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고온 압전재료 개요 및 개발 동향 우리나라 시설원예 개요 및 개발 동향
동인대학교 저널 13권 5호
13권 5호
2011년 9월 동인대학교 저널 2011년 9월
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고온 압전 재료의 개요 및 개발 동향
Shi Wei, Ran Yaozong, Zuo Jianghong, Wang Qiang, Tao Tao, Ou Yongkang
(Tongren University Physics and Department of Electronic Science, Tongren, Guizhou 554300)
Abstract: 이 기사에서는 고온 압전 재료의 현재 연구 상태를 소개하고 네 가지 구조 시스템(페로브스카이트, 텅스텐 청동 유형, 비스무트 층형 및 구조 시스템)을 검토합니다. 알칼리 금속 니오브산염. 다양한 압전 세라믹의 구조와 연구현황, 고퀴리점 압전 세라믹의 연구 방향과 발전 동향을 지적하였다.
키워드: 압전 세라믹, 강유전성 세라믹
CLC 번호: TQ174 문서 식별 코드: A 품목 번호: 1673-9639 (2011) 05-0140-03
1. 서문
압전세라믹은 항공, 에너지, 자동차 제조, 통신, 가전제품, 탐지, 컴퓨터 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 필터, 변환기, 센서, 전자 부품 등 전자 부품을 구성하는 데 사용됩니다. 압전 변압기. [1][2]3[3] 압전재료는 그 재료의 퀴리온도(T c )보다 높은 환경에서 탈분극되어 압전성능이 약화되거나 심지어 소멸되기 때문에, 장치의 정상적인 작동 압전 장치의 적용 환경은 일반적으로 압전 재료의 퀴리 온도(T c )의 절반 미만입니다. [4]
민간 전자제품은 일반적으로 75℃ 이하에서 사용되며 일부 군용 전자제품은 125℃ 부근에서 사용된다. [5] 그러나 과학기술의 급속한 발전, 특히 지질탐사, 항공우주 및 자동차 기술의 발전으로 인해 고온 작동 환경의 한계에 지속적으로 도전하는 압전소자가 요구되고 있으며, 이를 해결하는 열쇠는 더 높은 퀴리 온도의 재료를 준비합니다. 주요 고온 작업 환경은 지질 탐사, 항공 우주, 원자력 산업, 자동차 산업 및 기타 분야에 존재합니다. 이러한 작업 환경의 온도는 대부분 200°C 이상, 심지어는 900°C까지 높습니다. 석유 추출 및 지질 탐사는 고온 압전 세라믹에 대한 연구를 촉진하는 주요 원동력 중 하나인 고온 재료에 대한 가장 광범위한 수요를 가지고 있습니다. 예: 드릴링 프로세스 중에 프로브 감지 시스템이 온도, 압력, 흐름, 밀도 및 화학 성분에 대한 데이터를 수집하면 프로브 근처의 온도가 200°C에 도달할 수 있으며 드릴링 깊이가 증가함에 따라 온도가 높아집니다. p>
접수일자 : 2011-05-03
계속 오를 예정입니다. 항공우주 분야에서는 고온 장치에 대한 요구 사항이 더욱 엄격합니다. 예를 들어 달 표면의 최대 온도는 330°C에 도달할 수 있고, 금성 표면은 심지어 460°C에 도달할 수도 있습니다. 이를 위해서는 지구를 떠나는 장치가 필요합니다. 고온 조건에서 100,000시간 이상 안정적으로 작업할 수 있습니다. 자동차 산업이 발달하면서 자동화, 정보화, 지능화가 점점 더 고도화되고 있는 것은 엔진 속도와 각도를 감시하는 고온 센서, 브레이크, 연료 시스템 등 수백 가지의 센서 장치가 사용되기 때문이다. . 감지 장치. 또한 원자력 산업의 고온 장치 및 화염 모니터링 시스템에 대한 수요도 높습니다.
2. 고온 압전 재료의 여러 분류
현재 연구되고 있는 고 Tc 압전 재료에는 주로 페로브스카이트 구조 시스템, 텅스텐 청동 구조 시스템, 비스무트 층 구조 시스템 및 알칼리 금속 니오븀 네 가지 유형의 산성염이 있습니다. 시스템. 표 1은 이들 4가지 시스템의 일반적인 재료에 관련된 중요한 전기 성능 데이터를 비교합니다.
기금 프로젝트: 2010년 동인대학교 박사과정 창업 기금(번호: DS1001) 지원.
저자 소개: Shi Wei(1975-), 남성, 먀오족 국적, 귀주성 통인 출신, 박사, 통인대학교 물리전자과학과 강사.
Issue 5 Shi Wei: 고온 압전 재료 개요 및 개발 동향 141
2.1. 페로브스카이트 구조
페로브스카이트 구조를 갖는 지르콘 티탄산염 PZT 세라믹은 우수한 압전, 유전 및 광전자 전기적 특성을 가지고 있으며 1954년 Jaffe 등에 의해 처음으로 성공적으로 시험 생산되었습니다. 전자정보 분야, 2.3. 비스무트 층상 구조
1949년 오리빌리우스가 비스무스 층상 구조 화합물을 발견한 이후, 그 독특한 결정 구조와 높은 Tc가 널리 주목을 끌었습니다. 많이 연구된 비스무트 적층 압전 세라믹은 센서, 변환기, 메모리와 같은 전자 부품을 준비하는 데 사용됩니다. 따라서 PZT와 PZT 이원 및 삼원 세라믹 시스템은 현재 가장 성숙하고 상용화된 압전 재료가 되었습니다. [13][14] 그러나 PZT계 세라믹의 퀴리 온도는 높지 않다(T c
그림 1 페로브스카이트 구조의 모식도
일반 화학식은 ABO 3, 페로브스카이트 광물의 구조는 육면체의 8개 꼭지점에 A자리 이온이 위치하고, 육면체의 6개 면 중심에 산소 이온이, 중앙에 B 이온이 위치하여 간단한 입방체로 설명할 수 있습니다. 전체 결정은 이러한 단위 셀의 반복 배열로 구성됩니다.
높은 퀴리 온도(T c ~490°C) 페로브스카이트 구조를 갖는 또 다른 압전 세라믹 납 티탄산염(PbTiO3)은 유전 상수가 작고 압전 활성도가 높으며 압전 이방성이 크고 3차 고조파의 온도 계수가 가장 작습니다. 기존 세라믹 소재 중 압전상수 d33은 60~70pC/N에 불과해 사용 범위가 제한돼 고온 초음파 탐촉자에만 사용된다. [15][16]
2.2. 텅스텐 청동 시스템
텅스텐 청동 시스템의 일반적인 화학 공식은 A 6B 10O 30입니다. 납 메타니오베이트(PbNb 2O 6)는 가장 먼저 발견된 텅스텐 청동 구조 강유전체입니다.
[ 17]
PbNb 2O 6 의 뛰어난 특징은 높은 T c (570℃), 큰 압전 효과 이방성(d 33/d 31=10, k t > k p ), 매우 낮은 기계적 품질 계수(Q)입니다. m = 약 10)은 고온 초음파 변환기 장치에 사용될 수 있습니다. 그러나 메타니오브산 납의 강유전상은 더 높은 온도(1230°C)에서 형성되어야 하며 상온에서 준안정합니다. 납 메타니오베이트의 소결 성능 및 압전 특성을 향상시키기 위해서는 1가 금속 이온 M +
또는 2가 금속 이온 M 2+
메타니오브산염 압전 세라믹, 복합 텅스텐 발견 후
청동 구조 화합물
Pb 4Na 2Nb 10O 30
및
Ba 4-2x Ag 2+x La x Nb 10O 30 등도 T c가 높습니다.
CaBi 4Ti 4O 15[19] (T c =790℃), Bi 3TiNbO 9[20] (T c =940℃) 및 (Nb 0.5Bi 0.5) Bi 4Ti 4O 15 (T c = 600℃) 등 일반적으로 유전율이 상대적으로 낮고, 소결 온도 및 노화 속도가 우수하고, 절연 저항 및 전압 저항 특성이 매우 높으며, Tc가 매우 높으며, 전기 기계 결합 계수의 명백한 이방성이 이러한 특성으로 인해 고온 및 고온에서 사용되는 압전 재료로 사용하기에 적합합니다. 주파수 응용. 그러나 비스무트 층 구조의 낮은 대칭성과 판상 결정 특성으로 인해 이 시스템의 Ec는 매우 크고 분극화하기가 매우 어렵습니다. 이는 일반적으로 고온에서 수행되어야 합니다. 한편, 자발 분극은 2차원 제한을 받기 때문에 압전 활동이 매우 낮습니다. d 33은 일반적으로 20pC/N을 초과하지 않습니다. 2.4． 니오브산 알칼리 금속
니오브산 알칼리 금속은 ANbO 3라는 화학식을 가지며, 그 중 가장 대표적이고 널리 사용되는 것은 니오브산 리튬(LiNbO 3)[2]3이다. 니오브산리튬은 현재 가장 높은 Tc(1210°C)와 가장 큰 자발 분극(상온에서 약 0.7C/m2)을 갖는 것으로 알려진 강유전성 결정입니다. 왜곡된 페로브스카이트 구조의 화합물(LiNbO 3형 결정 구조)입니다. 그러나 LiNbO3 결정의 가격이 높고 LiNbO3 세라믹 제조가 매우 어렵다. LiNbO3의 낮은 압전 활성과 LiNbO3 단결정의 d33은 6pC/N에 불과하기 때문에 압전 장치에 사용하기 위한 요구 사항을 충족할 수 없어 압전 분야에서의 적용이 심각하게 제한됩니다. 이를 위해 사람들은 압전 활성을 향상시키기 위해 리튬 이온을 다른 알칼리 금속 이온으로 대체했으며 일련의 다성분 알칼리 금속 니오브산염계 화합물이 연구되었습니다. 예를 들어, 0.2Sr 2TaO 7-0.8Sr 2Nb 2O 7 (SNST) 단결정은 LiNbO 3 (T c ~1125℃)와 유사한 퀴리 온도를 가지며, 테스트 결과 결정은 1000℃에 있는 것으로 나타났습니다. 압전성도 있습니다 압전 상수 d 33~3pC/N을 갖는 특성. [21] 2007년 미국 펜실베이니아 주립대학이 발표한 고온 압전재료 특허에는[22] 2개의 압전 단결정 YCaO(BO3)3(YCOB)과 GdCa4O(BO3)3(GDCOB)이 있다. , 둘 다 융점 이전의 온도가 높습니다. 압전 특성을 가지며 높은 저항률을 유지합니다. 압전 상수 d33은 각각 5~6 및 6~7pC/N입니다.
3. 토론
이전 검토에서 압전 세라믹의 두 가지 주요 지표인 퀴리 온도(T c )와 압전 상수(d 33)는 대략 간단한 역비례 관계, 즉 압전 상수를 따르는 것으로 나타났습니다. 높은 Tc 압전 세라믹의 활성
142 Journal of Tongren University 2011
은 강하지 않습니다. 예: 퀴리 온도 T c>500℃, 압전 상수 d 33
그림 2 일반적인 압전 세라믹의 퀴리 온도와 압전 상수 사이의 상관관계
4． 결론
높은 퀴리 온도와 우수한 압전 특성을 모두 갖춘 압전 재료를 준비하는 것이 미래 추세입니다. 준비 공정과 기술을 개선하고 압전 활성이 더 좋은 페로브스카이트 구조와 퀴리 온도가 더 높은 비스무트 층 구조의 다양한 장점을 통합함으로써 새로운 재료 준비에 획기적인 발전을 이루는 것이 해결해야 할 문제입니다.
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고 T c 압전 세라믹 개발
SHI Wei, RAN Yao-zong, ZUO Jiang-hong, WANG Qiang, TAO Tao, OU Yong-kang
(Tongren University 물리학 및 전자과학과; Tongren, Guizhou 554300 China )
Abstract: 이 논문에서는 텅스텐 폰즈, 비스무트 층 구조, 페로브스카이트형 압전 세라믹 및 커런덤 구조 세라믹 4가지 구조 유형의 고큐리 압전 세라믹 개발에 관한 연구 연구도 검토했으며, 연구 방향과 압전 세라믹 개발 동향도 논의했다.
핵심 단어: 압전 세라믹; 높은 퀴리 온도, 강유전성
(Li Zongbao 편집자)
(124페이지에서 계속)
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레저, 스포츠, 레저 스포츠
WANG Juan
(장쑤성 과학기술대학교 체육연구소; 전장장수,212003)
요약: 레저와 스포츠에 관한 연구가 급속히 발전하면서 사람들은 여가와 스포츠의 관계, 레저스포츠의 개념 등 몇 가지 기본적인 이론적 문제에 주목하게 되었다. 여가는 역사적 필요성이 되고 스포츠 가치의 변화를 분석하여 레저스포츠의 역사적 기반을 마련한다.
핵심어: 레저스포츠; (편집 담당 루나나)