Nd₂O₃ 첨가가 0.3CaTiO₃-0.7(Li_1/2Nb_1/2)TiO₃ 세라믹스의 마이크로파 유전특성에 미치는 영향

김범수,박일환,윤상옥,김경용 한국세라믹학회 2002 한국세라믹학회지 Vol.39 No.1

유전율(${\varepsilon}_r$) 126, $Q{\cdot}f_{0}(GHz)$값은 2240, 공진주파수의 온도계수(${\tau}_f$) $+68\;ppm/^{\circ}C$의 특성을 갖는 $0.3CaTiO_3-0.7(Li_{1/2}Nd_{1/2})TiO_3에\;Nd_2O_3$를 첨가하였을 때의 마이크로파 유전특성의 변화에 대해 고찰하였다. 유전율(${\varepsilon}_r$)은 5wt% $Nd_2O_3$ 첨가시 131로 가장높은 값을 나타내었으며, 이후 첨가량이 증가함에 따라 유전율은 감소함을 보였다. $Q{\cdot}f_{0}(GHz)$값은 9wt% $Nd_2O_3$ 첨가시까지 입계의 치밀화 등에 의해 3533까지 증가하다가 이후 l8wt% $Nd_2O_3$첨가시까지는 비정상적 입계성장의 영향으로 감소함을 보이고, 25 wt% 이상 첨가시에는 제2상인 $Nd_2Ti_2O_7$상의 영향으로 다시 증가함을 보였다. 공진주파수의 온도계수($({\tau}_f$)는 $Nd_2O_3$첨가에 따라 최초의 $+68\;ppm/^{\circ}C$에서 30wt% $Nd_2O_3$ 첨가시 $-46\;ppm/^{\circ}C$까지 변화함을 알 수 있었다. $0.3CaTiO_3-0.7(Li_{1/2}Nd_{1/2})TiO_3에\;Nd_2O_3$를 9wt% 첨가하여 $1425^{\circ}C$에서 3시간동안 소결한 시편에서 유전율(${\varepsilon}_r$)은 108, $Q{\cdot}f_{0}(GHz)$값은 3533, 공진주파수의 온도계수(${\varepsilon}_f$)가 $+6\;ppm/^{\circ}C$인 우수한 마이크로파 유전특성을 얻을 수 있었다. The effects of $Nd_2O_3$ addition to $Q{\cdot}f_{0}(GHz)$ ceramics with ${\varepsilon}_r$ of 126, $Q{\cdot}f_{0}(GHz)$ of 2240 and of $68\;ppm/^{\circ}C$ on their microwave properties were investigated. For the addition of 5 wt% $Nd_2O_3$, the dielectric constant (${\varepsilon}_r$) showed maximum value of 131, then decreased with the further addition of $Nd_2O_3$. $Q{\cdot}f_{0}(GHz)$ value was still increased to 3533 with 9 wt% $Nd_2O_3$ addition, it is influenced by densification of grain boundary. With more addition of $Nd_2O_3$ up to 18 wt%, the abnormal grain growth have influence on the decreasing of $Q{\cdot}f_{0}(GHz)$ value. But with the further addition of $Nd_2O_3$ over 25 wt%, the $Q{\cdot}f_{0}(GHz)$ value was again increased by the effect of the second phase ($Nd_2Ti_2O_7$) forming. The temperature coefficient of resonant frequency (${\tau}_f$) was decreased from $+\;68\;ppm/^{\circ}C$ with the addition of $Nd_2O_3$, reached $0\;ppm/^{\circ}C$ at 12 wt% addition, and became negative with the further addition of $Nd_2O_3$. The optimum microwave dielectric properties were obtained for $0.3CaTiO_3-0.7(Li_{1/2}Nd_{1/2})TiO_3$ with 9 wt% $Nd_2O_3$ sintered at $1425^{\circ}C$ for 3 hrs. The dielectric constant (${\varepsilon}_r$), the $Q{\cdot}f_{0}(GHz)$ value, and the temperature coefficient of resonant frequency (${\tau}_f$) were 108, 3533, and $+\;6\;ppm/^{\circ}C$, respectively.

BaO-$Nd_2O_3$-$TiO_2$계 및 BaO-(Sm, $ND)_2O_3$-$TiO_2$계 마이크로파 유전체의 합성 및 제특성에 관한 연구

이용석,김준수,이병하 한국전기전자재료학회 1997 電氣電子材料學會誌 Vol.10 No.8

The microwave dielectric materials of the BaO-Nd$_2$O$_3$-TiO$_2$and BaO-(Sm, Nd)$_2$O$_3$-TiO$_2$system were synthesized by conventional ceramic processing and sintered 1220 to 140$0^{\circ}C$ for 2 hours respectively. Their crystallization and dielectric properties were examined. In the BaO-Nd$_2$O$_3$-TiO$_2$ and BaO-(Sm, Nd)$_2$O$_3$-TiO$_2$system. Nd$_2$Ti$_2$O$_{7}$ and (Sm, Nd)$_2$Ti$_2$O$_{7}$ were observed as a second phase respectively. The maximum relative dielectric constant were 79,99 for the BaO-Nd$_2$O$_3$-TiO$_2$system and 105.07 for the BaO-(Sm,Nd)$_2$O$_3$-TiO$_2$system and their Q-value were over 2000 at 3GHz.GHz.

Nd2O3 를 첨가한 Gadolinium-Borate 유리 섬광체의 발광특성 연구

하대훈,김홍주,박정민,J. Kaewhao 한국물리학회 2015 새물리 Vol.65 No.3

Glass scintillators have good radiation hardness and high chemical and thermal resistance. Therefore, glass scintillators are suitable for use in the high-energy physics, nuclear power, and so on. Because the fabrication of glass scintillators is not difficult, adding various dopants is easy. Thus, we doped rare-earth elements in glass scintillators in order to increase their luminescence properties. In this study, we used Nd2O3-doped glass scintillators with a formula of (55-x)B2O3:25Gd2O3:10SiO2:10CaO:xNd2O3 (x: 0.05 2.50 mol%). We measured the absorption spectrum, the X-ray-induced emission spectrum, and the photoluminescence of Nd2O3-doped gadolinium-borate glass scintillators. The absorption spectrum followed the f-f transition of Nd3+ ions. In the X-ray-induced emission spectrum, an emission peak was observed at 890 nm. The photon emission peaks are 800 nm and 890 nm, and excitation peaks are 542 nm, 592 nm and 653 nm. 유리 섬광체는 방사선에 대한 저항도가 높고 화학적, 열적 내성이 높아 고에너지 물리 및 원자력분야 등에서 쓰이기에 적합하다. 유리 섬광체는 제작 방법이 간편하여 다양한 원소를 첨가하기가 편하므로, 란탄족 원소이온을 이용하여 섬광 특성을 개선하기에 용이하다. 본 연구에서 Nd2O3가 첨가된 Gadolinium-Borate 유리 섬광체를 사용하였으며, 실험에 사용된 유리 섬광체는 (55-x)B2O3:25Gd2O3:10SiO2:10CaO:xNd2O3 (Nd2O3 첨가농도: 0.05 ~ 2.50 mol%)의 조성비를 가진다. 섬광체의 흡수 스펙트럼, X-선에 대한 발광 스펙트럼, 광자에 의한 여기 및 방출 스펙트럼을 측정 하였다. 실험 결과, 흡수 스펙트럼은 모두 f-f전이를 따랐으며, X-선에 의한 발광파장은 890 nm로 측정되었다. 광자 여기 스펙트럼은 800 nm, 890 nm 에서 측정되었고, 방출 스펙트럼은 542 nm, 592 nm, 653 nm 임을 확인하였다.

BaO-Pr$_2$O$_3$-TiO$_2$계 및 BaO-(Nd,Pr)$_2$O$_3$-TiO$_2$계 마이크로파 유전체의 합성 및 특성에 관한 연구

이용석,이재원,성학제,김준수,이병하 한국세라믹학회 1998 한국세라믹학회지 Vol.35 No.8

This experiment is third study concerning BaO-{{{{ { { Pr}_{ 2} O}_{3 } }}-{{{{ { TiO}_{2 } }} (Ln=Sm, Nd, Pr, La..) system which is known to show a high dielectric constant and Q value in microwave dielectric materials. The process of cry-stallization and the microwave dielectric properties of the specimens sintered at 1220-140$0^{\circ}C$ for 2 hr was investigated in the BaO-(Na,{{{{ { { Pr})_{2 }O }_{3 } }}-{{{{ { TiO}_{2 } }} as well as BaO-{{{{ { { Pr}_{ 2} O}_{3 } }}-{{{{ { TiO}_{2 } }} system. The single phase BaPr2Ti5O14 and Ba(Nd,{{{{ { { Pr})_{2 }O }_{3 } }}Ti5O14 was finally formed from the Pr2Ti2O7 (Nd, Pr)2Ti2O7 as a secondary phase in the BaO-{{{{ { { Pr}_{ 2} O}_{3 } }}-{{{{ { TiO}_{2 } }} and BaO-(Nd, {{{{ { { Pr})_{2 }O }_{3 } }}-{{{{ { TiO}_{2 } }} system respectively The dielectric constant of the specimens sint-ered at 1280~131$0^{\circ}C$ showed the maximum value as 105(BaO-{{{{ { { Pr}_{ 2} O}_{3 } }}-{{{{ { TiO}_{2 } }} system) and 88 (BaO-(Nd,{{{{ { { Pr})_{2 }O }_{3 } }}-{{{{ { TiO}_{2 } }} system) and the Q values of them showed higher value than 1800 which are due to the maximum den-sity. However the dielectric properties of the specimens sintered at higher temperature than 131$0^{\circ}C$ were reduced due to the increases of pore which were resulted from the sudden grain growth.

K₂O-CaO-P₂O₅계 유리-BNT(BaO-Nd₂O₃-TiO₂)계 세라믹 복합체의 소결 및 유전특성

오영석,이용수,강원호,정병해,김형순 한국세라믹학회 2003 한국세라믹학회지 Vol.40 No.10

To develop mobile phone antenna modules, glass-ceramics composites that are 20∼80 dielectric constant materials which has been fabricated. The glass-ceramics composites were based in the BNT (BaO-Nd$_2$O$_3$-TiO$_2$), and properties-a sintering and dielectric property-were investigated in its composites according to the $K_2$O-CaO-P$_2$O$_{5}$ system glass frits. The prepared ceramics were sintered at 900∼120$0^{\circ}C$ with the glass frit contents ranging from 10 to 40 wt%. The shrinkage and relative density grew into increasing glass frits and sintering temperature. Sintered composites showed the tendency that the dielectric constant ($\varepsilon$$_{r}$) and quality factor (Q${\times}$f) decreased in increasing glass frits and sintering temperature. 본 연구에서는 모바일 폰 안테나 모듈용 유전체 재료를 개발을 위해 20∼80의 유전율을 가지는 유리-세라믹스 복합체를 제조하고자 하였다. BaO-Nd$_2$O$_3$-TiO$_2$계 세라믹스에 $K_2$O-CaO-P$_2$O$_{5}$계 글래스 프릿의 첨가를 통해 제조된 글래스-세라믹스 복합체의 소결특성과 유전특성을 조사하였다. BaO-Nd$_2$O$_3$-TiO$_2$계 세라믹스에 글래스 프릿을 10∼40 wt% 범위로 첨가하였고, 900∼120$0^{\circ}C$의 온도범위에서 소결하였다. 그 결과로서, $K_2$O-CaO-P$_2$O$_{5}$계 글래스 프릿의 첨가량이 증가하고 소결온도가 증가할수록 소결수축률과 상대밀도가 증가하였다. 또한 유전율($\varepsilon$$_{r}$)과 품질계수(Q${\times}$f)는 감소하는 경향을 나타내었다.

Nd\₂O₃ 첨가에 따른 화학양론조성 LiNbO₃ 단결정의 성장 및 형광특성

서중원,윤석규,이성문,윤대호,Shur, Joong-Won,Yoon, Seok-Gyu,Lee, Sung-Mun,Yoon, Dae-Ho 한국세라믹학회 2002 한국세라믹학회지 Vol.39 No.10

Micro-pulling down법을 이용하여 $Nd_2O_3$가 첨가된 crack 등의 결함이 없는 화학양론조성의 $LiNbO_3$ 단결정을 직경 1 mm, 길이 30∼35 mm의 크기로 성장시켰다. Electron probe micro analysis를 이용하여 결정 내에 $Nd_2O_3$가 균일하게 분포되어있음을 확인하였다. 성장된 결정의 $Nd_2O_3$ 첨가에 따른 흡수 band를 관찰하였고 $Nd_2O_3$ 첨가량 변화에 따른 형광특성의 변화를 측정하였다. Using the micro-pulling down method, $Nd_2O_3$ doped crack-free stoichiometric $LiNbO_3$ single crystals were grown in 1 mm diameter and 30∼35 mm length. The homogeneous distributions of $Nd_2O_3$ concentration were confirmed by the electron probe micro analysis. The absorption and photoluminescence spectra were measured with respect to the $Nd_2O_3$ doping.

Zn-B-O 글라스 첨가에 의한 Ca[(Li_1/3Nb_2/3)_0.2Ti_0.8]O_3-δ 세라믹스의 마이크로파 유전특성

인치승,김시연,여동훈,신효순,남산,In, Chi-Seung,Kim, Shi Yeon,Yeo, Dong-Hun,Shin, Hyo-Soon,Nahm, Sahn 한국전기전자재료학회 2016 전기전자재료학회논문지 Vol.29 No.12

With trend of the miniaturization and the high-functionalizing of mobile communication system, low-loss microwave dielectric materials are widely used for high frequency communication components. These dielectric materials should be co-sintered with highly electric-conducting metal such as silver or copper for high-frequency and thick film process application. Sintering temperature of $Ca(Li_{1/3}Nd_{2/3})_{0.2}Ti_{0.8}]O_{3-{\delta}}$, which has excellent dielectric properties such as ${\varepsilon}_r$ above 40, quality factor ($Q{\cdot}f_0$) above 16,000 GHz, and TCF (temperature coefficient of resonant frequency) of $-20{\sim}-10ppm/^{\circ}C$, is reported as high as $1,175^{\circ}C$, so it could not be co-sintered with silver or copper. Therefore in this study, low-temperature melting glasses of Zn-B-O and Zn-B-Si-O systems were added to $Ca[(Li_{1/3}Nb_{2/3})_{0.8}Ti_{0.2}]O_{3-{\delta}}$ to lower its sintering temperature under $900^{\circ}C$ without losing excellency of dielectric properties. With 15 weight % of Zn-B-Si-O glass and sintered at $875^{\circ}C$, specimen showed density of $4.11g/cm^3$, ${\varepsilon}_r$ of 40.1, $Q{\cdot}f_0$ of 4,869 GHz, and TCF of $-5.9ppm/^{\circ}C$. With 15 weight % of Zn-B-O glass and sintered at $875^{\circ}C$, specimen showed density of $4.14g/cm^3$, ${\varepsilon}_r$ of 40.4, $Q{\cdot}f_0$ of 7,059 GHz, and TCF of $-0.92ppm/^{\circ}C$.

$BaORe_2O_3TiO_2$ (Re=La, Nd, Y)계 고주파 유전체의 결정구조 분석 및 온도계수 au_\varepsilon$와의 관련성

김정석,강현주,심해섭,이창희,천채일 한국세라믹학회 1999 한국세라믹학회지 Vol.36 No.2

텅스템브론즈형 고주파 유전체의 $BaORe_2O_3TiO_2$(BLT)와 $BaO(Nd({0.77}Y_{0.23})_2O_34TiO_2(B(NY)T)$의 결정구조를 Rietveld 정밀화법으로 분석하였다. 양이온은 X-선 데이터로부터, 산소이온은 중성자 데이터로부터 정밀화한 'combined법'에 의해 가장 신뢰성이 높은 결정구조분석 결과를 얻었다. Mateeva 등이 처음 제시한 결정구조의 결정학적 모순점을 해결하였다. BaORe2O34TiO2(Re=La, Nd, Y) 유전체는 $3\times2$개의 페롭스카이트 블록과 이 블록사이에 형성된 4개의 pentagon-channel로 이뤄진다. Ti-O6팔면체는 tilted 및 변형된 구조를 갖고 있고, 이에 의해 같은 z-층에 있는 Ba 및 Re 이온의 변위되어 초격자(c$\approx$ 7.6$\AA$)를 형성된다. Re 이온반경이 작은 B(NY)T의 Ti-O6 팔면체가 tilting 및 변형이 큰 것으로 나타났다. 유전상수 $\varepsilon_{\gamma}$과 온도계수 $au_\varepsilon$은 BLT의 경우 각각 $109.5, -180 ppm/^{\circ}C$였고, B(NY)T 경우 $76, +40ppm/^{\circ}C$이었다. Re 이온 크기가 작은 시료의 $\tau$$\varepsilon$이 +값을 나타내었다. 복합 페롭스카이트에서 관찰되는 $\tau_\varepsilon$과 팔면체 tilting과의 관계를 본 텅스텐 브론즈 구조재료에서 고찰하였다. Crystal structures of tungsten-bronze type microwave dielectric ceramics, $BaOLa_2O_34TiO_2$ (BLT) and $BaO(Nd_{0.77}Y_{0.23})_4TiO_2$ (B(NY)T), were analysed using the Rietveld method. The most relibale refinement was obtained by refining the cation and anion positions from the x-ray and neutron diffraction data, respectively. The ambiguites inherent in the refined crystal structure by Mateeva et al. were resolved. The $BaORe_2O_34TiO_2$ structure consiste of $3\times2$ perovskite blocks and 4 pentagon-channels. The Ti-O6 octahedrons are distroted and tilted, which, consequently, induces the displacements of Ba and Re ions producing the superlattics (c$\approx$ 7.6 $\AA$). The B(NY)T showed more severely tilted Ti-O6 octahedrons. The relative dielectric constant $\varepsilon_{\gamma}$ and temperature coefficient $\tau_\varepsilon$ are 109.5 and-$180 ppm/^{\circ}C$ in BLT, 76 and $+40 ppm/^{\circ}C$ in B(NY)T, respectively. The small Re ions produced a positive $\tau_\varepsilon$. The relation between $\tau_\varepsilon$ and the octahedron tilting in complex perovskite is discussed for the tungsten bronze type structure.

부유대역용융성장법을 이용한 (Nd/Y)-Ba-Cu-O계 초전도체의 미세구조

김소정 한국결정성장학회 2003 韓國結晶成長學會誌 Vol.13 No.2

부유대역용융성장법을 이용한 $(Nd/Y)_{1.8}Ba_{}2.4Cu_{3.4}O_{7-x}$[이하 (Nd/Y)1.8]계 고온초전도체를 대기 중에서 용융성장실험을 하였다. 용융성장에 사용된 (Nd/Y)1.8 시편은 rubber 몰드를 이용해 냉간정수압성형(CIP) 과정을 거쳐 길이방향 원통 형상으로 제조되었다. 용융성장 된 (Nd/Y)1.8 초전도체는 SEM, TEM 그리고 SQUID magnetometer를 이용해 미세구조 및 초전도특성을을 평가하였다. 특히 용융성장 된 (Nd/Y)1.8 초전도체의 SEM에 의한 미세구조 관측 결과 초전도상인 (Nd/Y)123 matrix 내에 비초전도상인 (Nd/Y)211 inclusions이 균질하게 분포되어 있는 것이 관측되었다. 또한 용융성장 된 (Nd/Y)1.8 초전도체는 90K에서 임계온도가 시작되어 77K 이상의 온도에서 포화되는 특성을 보였다. $(Nd/Y)_{1.8}Ba_{}2.4Cu_{3.4}O_{7-x}$high $T_c$ superconductor was directionally grown by floating Bone melt growth process with a large temperature gradient in air. Cylindrical green rods of (Nd/Y)1.8 oxides were fabricated by cold isostatic pressing (CIP) method using rubber mold. Microstructures were observed by SEM and TEM and superconducting properties were measured by a SQUID magnetometer. Nonsuperconducting $(Nd/Y)_2BaCuO_5$ inclusions were uniformly distributed within the superconducting $(Nd/Y)Ba_2Cu_3O_x$ matrix. The directionally melt-textured (Nd/Y) 1.8 superconductor showed an onset Tc $\geq$ 90 K and a sharp superconducting transition.

${Nd_2}{O_3}-{Al_2}{O_3}-{SiO_2}$ 계의 결정화유리의 물성

최우형,김형순,Choi, Woo-Hyeong,Kim, Hyeong-Sun 한국재료학회 2001 한국재료학회지 Vol.11 No.7

고온 안정성의 유리계로 알려진 회토류 알루미나 규산염계중, Nd$_2$O$_3$-Al$_2$O$_3$-SiO$_2$(NdAS)계 유리의 응용범위를 찾고자 결정화유리를 제조하여 그 물성의 특성을 평가하였다. NdAS에 결정화제로 TiO$_2$를 첨가하여 내부결정화를 유도하여 생성된 결정화유리에 대하여 결정상과 잔류유리의 물리적, 열적, 기계적 물성을 측정하였다. NdAS-TiO$_2$유리계는 열처리와 조성 조건에 따라 생성된 표면 및 내부결정상은 같은 결정상을 갖는 것으로 X선회절의 결과로 확인되었으나, 알려 있지 않은 결정상으로 내부결정의 경우, 원자구성비는 $Nd_{4.6}Si_{7.2}Al_{4.0}Ti_{2.4}O_{32}$이었다. 결정화유리의 선팽창계수는 $5.4~6.2{\times}10^{-6}/^{\circ}C$ 정도로 경정성장이 일어날수록 증가되었다. 결정화유리중의 결정상의 경도와 탄성계수는각 각 12GPa, 220Gpa으로 나타난 것을 고려한다면 내부결정화에 의한 결정화유리의 물성은 고온 구조용 재료로 활용도가 넓을 것으로 본다. Glass-ceramics were prepared and evaluated for the properties to expand the scope of application of the rare earth aluminosilicate glasses, A glass-ceramic added with $TiO_2$as a nucleating agent, which was crystallized internally and it was characterized for physical, thermal and mechanical properties of crystal and residual glass in the glass-ceramic, X-ray diffractometer reveals an unknown crystal as $Nd_{4.6}Si_{7.6}Al_{4.0}Ti_{2.4}O_{32}$ which was found in surface and internal crystals dependent on composition and heat treatments. The thermal expansion coefficients of glass-ceramics were $5.4~6.2{\times}10^{-6}/^{\circ}C$, which increased with increasing crystal growth. Considering that the hardness and the elastic constant of crystal in glass-ceramics are 12GPa and 220GPa, respectively, the application of the glass-ceramics would be applicable for structural materials at elevated temperature.