본 논문에서는 몰 비율에 따라 혼합된 BaTiO3 - CaBi4Ti4O15 시스템에 고상반응법을 이용하여 다양한 화합물을 첨가하였으며 CaBi4Ti4O15 함량과 첨가된 화합물에 따른 유전특성을 연구하였다. 혼합...
본 논문에서는 몰 비율에 따라 혼합된 BaTiO3 - CaBi4Ti4O15 시스템에 고상반응법을 이용하여 다양한 화합물을 첨가하였으며 CaBi4Ti4O15 함량과 첨가된 화합물에 따른 유전특성을 연구하였다. 혼합된 CaBi4Ti4O15의 양과 화합물에 따른 결정구조, 격자 상수, 미세구조, 유전특성의 변화가 어떠한 상관관계를 가지고 있는지 고찰 하였다.
(1-x) BaTiO3 - x CaBi4Ti4O15 시스템에서 최적의 비율을 찾기 위해 x = 0.0, 0.1, 0.2, 1.0 의 4가지 조성의 유전체 샘플을 제작하였으며, 제작된 샘플들을 XRD를 통해 확인해본 결과, 2차상은 확인되지 않았다. 샘플의 소결온도는 1100 oC로 BaTiO3의 소결온도 보다 낮은 온도로, 순수한 BaTiO3(x = 0.0)는 65.59% 의 낮은 상대 밀도를 가지는 반면, x = 0.1, 0.2의 경우에서는 95% 이상의 높은 상대 밀도를 획득하였다.
유전특성의 경우, x = 0.2의 경우 상온에서 200 oC까지의 온도범위에서 15% 이내의 TCC를 보이며 가장 안정적인 특성을 나타내었다. 가장 우수한 조성인 0.8 BaTiO3 – 0.2 CaBi4Ti4O15에 ZnO, ZnF2, BaF2, ZnF2/BaF2를 3mol% excess로 첨가하여, 이에 대해 미세구조 분석과 유전특성 변화에 대해 연구하였다. 이를 통해, 다양한 첨가제에 따른 결정구조의 변화와 유전특성 변화에 대해서 연구하였으며, BaF2를 첨가를 통해 유전특성의 개선과 200 oC까지의 온도범위에서 TCC의 최대값이 8.2%에 달하는 안정적인 유전특성을 가지는 유전체를 개발하였다.
위의 실험결과를 통해 확인한, CaBi4Ti4O15와 음이온 첨가제의 첨가효과를 기반으로 순수한 BaTiO3보다 온도안정성이 뛰어난 BaTiO3-Bi0.5Na0.5TiO3에 CaBi4Ti4O15를 첨가하였다. 0.9BaTiO3-0.1Bi0.5Na0.5TiO3 + x CaBi4Ti4O15 를 기준으로 x = 0.00, 0.05, 0.10, 0.20을 첨가하였으며, x = 0.20의 경우 가장 우수한 특징을 가지는 것을 확인하였다. 이를 토대로 온도안정성 개선에 효과를 보인 BaF2를 1, 3, 5 mol%를 첨가하였으며 5 mol%를 첨가한 경우 상온에서 200oC까지의 온도범위에서 -1.6 ~ 0.3 의 TCC를 가지며 가장 안정적인 특성을 가지는 것을 확인하였다.
X9R에 해당하는 -55 ~ 200oC 범위를 측정한 결과, -55oC의 저온에서 허용범위인 15%를 초과하는 값을 가지는 것을 확인하였지만, CaBi4Ti4O15 및 BaF2의 온도안정성 향상 효과를 확인할 수 있었다.