| 초록 |
일반적으로 복잡한 조성과 재료적 구조를 갖는 압전세라믹을 제조하기 위해서는 볼밀, 하소 등 복잡한 공정 단계를 거치는 고상반응법 (Solid-state reaction)이 사용되는데, 정교한 고온의 열처리 과정과 30시간 이상의 복잡하고 오랜 공정 시간이 요구되면서도 재현성이 떨어지는 문제점이 있다. 본 연구에서는 기존의 기계적 밀링 (mechanical milling) 공정과 비교하여 인가 에너지를 3배 이상 증가시켜, 혼합과 동시에 기계화학적 반응 (mechanochemical reaction)을 발생시키는 고에너지 기계화학적 산화물 합성 기술을 개발하였다. 이를 이용하여 장시간의 볼밀과 하소 열처리 없이 상온에서 1시간 내에 페로브스카이트 구조 (Bi,Na)TiO3, (K,Na)NbO3계 압전 산화물을 매우 우수한 재현성으로 합성하였다. 마이크로 사이즈의 모분말이 페로브스카스이트 구조의 나노분말로 바뀌는데 필요한 반응시간은 약 30~40분 정도 밖에 되지 않았으며, 최종 산화물이 형성되는데 필요한 누적 운동에너지 (cumulative kinetic energy)는 (Bi,Na)TiO3가 387 kJ/g, (K,Na)NbO3이 580 kJ/g이었다. 고에너지 기계화학반응을 이용하여 제조된 비납계 압전세라믹 분말의 압전 특성을 평가한 결과 기존 고상반응법으로 제조된 세라믹과 거의 동등한 성능을 보이는 것으로 확인되었다. 개발된 기술은 기능성 복합산화물 제조시간을 기존 공정 대비 1/30로 단축할 수 있는 획기적인 기술로써, 압전 세라믹을 포함한 다양한 기능성 복합산화물의 고효율 대량 생산에 크게 기여할 것으로 기대된다. |
