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X선 회절법을 이용한 강유전체 BaTiO3의 구조 분석과 시차 주사 열량계를 이용한 상전이 온도 측정 (예비)

신소재공정실험 A+입니다.
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최초등록일 2023.08.04 최종저작일 2021.06
xrd BaTiO3 DSC 강유전체
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X선 회절법을 이용한 강유전체 BaTiO3의 구조 분석과 시차 주사 열량계를 이용한 상전이 온도 측정 (예비)
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    소개

    신소재공정실험 A+입니다.

    목차

    1. 실험 목적
    2. 실험 원리
    3. 필요한 재료 및 기구
    4. 실험 방법
    5. 참고 문헌 및 출처

    본문내용

    유전체는 외부에서 전기장을 가하면 전기 분 극이 발생한다. 외부 전기장 방향에 따라 전기분극의 방향과 크기가 결정되는 상태를 상유전성이 라 하고 상유전성을 갖는 재료를 상유전체라 한다. 강유전체란 Tc(큐리 온도)이하에서 외부 전기 장이 없어도 결정의 대칭성이 변하여 내부의 전기 쌍극자 모멘트가 정렬하여 스스로 전기 분극을 갖는 재료이다. 이는 외부 전기장의 방향에 따라 유전체가 갖고 있던 자발 분극의 방향이 바뀔 수 있고, 외부 전기장이 없어진 다음에도 영구적인 편극을 갖는 물질이며 주로 산화물에 많이 응 용된다. 한편 강유전성을 띄는 물질의 온도를 Tc (강유전 상전이 온도) 이상으로 높이면 결정 구조 가 바뀌어 강유전성을 잃고 상유전상으로 전이한다.

    참고자료

    · Ahn, Heeju, Eunjeong Lee, Yujin Cho, Dongyeon Bae, Hee J. Park, Jayoon Yang, Jiung Cho, and Suyeon Cho. 2021. "Ferroelectric Transition in Sr- and W-Doped BaTiO3 Solid Solutions" Applied Sciences 11, no. 15: 6760
    · William D. Callister, (2016) Fundamentals of Materials Science and Engineering, 5th edition, Wiley, pp.63- 70, 94-99,545-546.
    · Douglas A. Skoog, F. James Holler, Stanley R. Crouch (2016) Principles of Instrumental Analysis, 7th edition, Cengage Learning, pp.279-280.
    · Cameron F.Holder, Raymond E. Schaak. 2019. “Tutorial on Powder X-ray Diffraction for Characterizing Nanoscale Materials” ACS Nano 13, no.7: 7359-7365
    · Pasuk I, Neațu F, Neațu Ș, Florea M, Istrate CM, Pintilie I, Pintilie L. “Structural Details of BaTiO3 Nano- Powders Deduced from the Anisotropic XRD Peak Broadening”. Nanomaterials. 2021; 11(5):1121

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    • 1. 강유전체 BaTiO3
      BaTiO3는 대표적인 강유전체 물질로, 강유전성, 압전성, 강유전성 등의 특성으로 인해 다양한 전자 소자 및 센서 분야에 널리 활용되고 있습니다. BaTiO3는 페로브스카이트 구조를 가지며, 온도에 따라 결정 구조가 변화하면서 강유전성을 나타냅니다. 이러한 BaTiO3의 특성은 압전 센서, 강유전 메모리, 압전 변압기, 압전 액추에이터 등 다양한 응용 분야에서 활용되고 있습니다. 특히 최근에는 나노 크기의 BaTiO3 입자를 이용한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이를 통해 기존 BaTiO3 소자의 성능 향상과 새로운 응용 분야 개발이 기대되고 있습니다.
    • 2. X선 회절법(XRD)
      X선 회절법(XRD)은 결정 물질의 결정 구조, 상 분석, 결정성 등을 분석하는 대표적인 분석 기법입니다. XRD는 X선이 결정 격자에 의해 회절되는 현상을 이용하여 물질의 결정 구조와 격자 상수 등의 정보를 제공합니다. 이를 통해 물질의 상 변화, 결정성 변화, 불순물 검출 등 다양한 정보를 얻을 수 있습니다. XRD는 비파괴적이고 신속한 분석이 가능하여 재료 과학, 화학, 물리학 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 특히 최근에는 고분해능 XRD, 박막 XRD, in-situ XRD 등 다양한 기술 발전으로 인해 XRD의 활용도가 더욱 높아지고 있습니다.
    • 3. 시차 주사 열량계(DSC)
      시차 주사 열량계(DSC)는 물질의 열적 특성을 분석하는 대표적인 분석 기법입니다. DSC는 시료와 기준 물질 간의 온도 차이를 측정하여 시료의 상 변화, 열 용량, 열 분해 등의 정보를 제공합니다. 이를 통해 물질의 녹는점, 결정화 온도, 유리 전이 온도 등 다양한 열적 특성을 분석할 수 있습니다. DSC는 고분자, 세라믹, 금속 등 다양한 물질의 열적 특성 분석에 활용되며, 특히 상 변화와 관련된 열적 특성 분석에 유용합니다. 최근에는 고온 DSC, 고압 DSC, 동적 DSC 등 다양한 기술 발전으로 인해 DSC의 활용도가 더욱 높아지고 있습니다.
    • 4. BaTiO3 합성
      BaTiO3는 다양한 합성 방법을 통해 제조될 수 있습니다. 대표적인 합성 방법으로는 고상 반응법, 용액 화학법, 수열 합성법 등이 있습니다. 고상 반응법은 Ba와 Ti 전구체를 혼합하고 고온에서 열처리하여 BaTiO3를 합성하는 방법으로, 비교적 간단하지만 입자 크기와 형태 제어가 어려운 단점이 있습니다. 용액 화학법은 Ba와 Ti 전구체를 용액에 혼합하고 화학 반응을 통해 BaTiO3를 합성하는 방법으로, 입자 크기와 형태 제어가 용이한 장점이 있습니다. 수열 합성법은 Ba와 Ti 전구체를 수용액에 혼합하고 고온, 고압 조건에서 반응시켜 BaTiO3를 합성하는 방법으로, 나노 크기의 BaTiO3 입자 제조에 유용합니다. 이러한 다양한 합성 방법을 통해 BaTiO3의 특성을 최적화할 수 있으며, 이는 BaTiO3 기반 소자 개발에 중요한 역할을 합니다.

  • 자료후기

      Ai 리뷰
      이 실험 보고서는 강유전체 BaTiO3의 합성, 구조 분석, 상전이 온도 측정 과정을 체계적으로 설명하고 있으며, 실험 원리와 방법, 참고 문헌 등을 자세히 제시하고 있습니다.

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