batio3제조법

소개글

batio3제조법에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.batio3의특징

2.batio3의 응용-반도체재료
-반도체 재료로서의 특성

3.batio3분말 합성기술
-고상법
-액상법
-기상법

본문내용

같은 가수 분해 반응이 진행된다.
Ti(OR)4 + 4H2O -- Ti(OH)4 + 4ROH(1-4)
Ba(OR)2 + 2H2O -- Ba(OH)2 + 2ROH(1-5)
여기서 R=CnH2n+이다. 이는 결국 반응의 생성물로 수산화물이 석출하고 알코올이 추출된다는 의미이다. 이러한 결과는 앞서 소개한 공침법에 의한 분말 제조 방식과 매우 유사하게 보일 수 있으나 근본적으로 sol-gel 법에서는 가수 분해에 의하여 중합체가 형성된다는 점이 중요한 차이점이다. 즉 가수 분해 반응이 중합 반응에 비하여 지나치게 빠르지 않다면 가수 분해에 의하여 석출이 일어나기 보다는 중합 반응에 의하여 고분자가 형성되며 이러한 Ba-Ti고분자는 주위의 알코올 등의 액상을 포획함으로써 젤화 된다. 졸로부터의 성공적인 젤화는 가수 분해 반응과 중합 반응의 속도차가 크지 않은 경우이며 이를 위하여 산이나 염기를 첨가하여 반응속도를 조절하기도 한다. 식(1-2)의 반응에 쓰인 바륨 알콕사이드(Ba(OR)2)는 일반적으로 공기 중의 수분과 급격히 반응하므로 우리가 원하는(Ba, Ti)중합체를 얻기 어렵다. 따라서 바륨 알콕사이드 대신에 수산화바륨(Ba(OH)28H2O)을 원료로 사용하는 경우가 많다. Ti-알콕사이드와 수산화바륨을 1:1몰 비로 혼합할 경우 다음과 같은 반응이 진행될 것으로 사료된다.
OH
Ti(OR)4 + Ba(OH)2 --- Ba-O-Ti-OR + 2ROH (1-6)
OH
Ti(OR)4를 가수분해 시키면 알킬기(R)가 떨어져 나가면서 Ba-O-Ti-(OH)2를 기본 골격으로 한 고분자가 형성된다. 알콕사이드의 고분자화에 영향을 미치는 인자로는 물과 알콕 사이드의 혼합비, 반응염의 희석 정도, 온도, 전해질의 유무 등이 있다. 한편, 고분자들이 형성되면 고분자들의 ostwald ripening이 일어나는데 이 과정을 통하여 작은 고분자는 용해-석출 과정을 통해 큰 고분자로 성장하게 되어 고분자화가 가속된다. 이렇게 고분자 단위가 성장하고 연결되어 연속적인 network을 형성하고 액상을 포함하게 되는데 이를 젤화라 한다. 결국 젤화 되는 동안 성장하는 고분자들끼리 서로 접합하고 엉키기도 하고 교차하면서 점도가 급격히 증가하게 된다. 이렇게 생성된 젤을 건조 및 열처리함으로써 BaTiO3 분말을 얻을 수 있다. 낮은 온도에서 건조하면 유기 성분들이 분해, 휘발되며 약 300-500℃에서 수산기가 분해된다. 약 600℃가 되면 거의 대부분이 휘발되고 결정질의 BaTiO3가 나타나기 시작한다. 알콕 사이드를 이용한 sol-gel법은 입도가 작고 화학적 균일도가 크다는 장점이 있는 반면 값이 비싼 점이 단점으로 지적되고 있다.
3.2.3. 수열 합성법
수열 합성법은 고온, 고압하의 수용액에서 두 종류 이상의 원료분말을 반응시켜 단분산성 구형 초미립자들을 하소공정 없이 직접 제조 가능하다는 장점 때문에 고품질의 산화물 분말을 적은 비용으로 대량 생산 가능하다. 그러나 지금까지 연구 되어 온 수열 합성법은 주로 TiO2(S)와 Ba(OH)2의 고액 반응이었고, 이에 대한 열역학적인 기초 데이터도 빈약한 실정이다. 또한 습식 합성법의 주원료인 TiCl4가 강한 부식성을 나타내므로 원료 precursor 로서 부식성이 약한 Ti(OH)4를 사용했을 때의 BaTiO3제조 과정을 생각해 보아야 한다.
수열 합성법은 균질한 수용액이나 전구체 현탁액을 승온, 승압하여 처리하는 것이다. 압력은 승온 상태에서 용액상을 유지하기 위해서 필요하고, 그 결과 확산 계수가 고체 상태 반응에서보다 크고 상변환 속도가 증가된다. 압력과 온도의 결합된 효과는 대기압 하에서는 불안정한 여러 가지 평형-안정상의 에너지를 감소시킨다. 따라서 수열 합성은 고체 상태 반응이기보다 용액 상태 반응이며, 용액 화학이 입자를 형성하는데 중요한 역할을 한다.
수열 합성법은 저비용으로 낮은 온도에서 세라믹 분말을 만드는데 대단히 좋은 방법이다. 이 방법의 주요 장점은 소성 과정이 없이 탈수된 결정성 금속 산화물을 직접 만들 수 있다는데 있다. 다른 장점으로는 알콕 사이드 같은 비싼 물질에 비해 산화물, 수산화물, 염화물, 질산염 같은 값싼 물질이 출발 물질로 사용된다는 것이다. 또한, 조절된 입자 크기, 화학 양론 및 입자 형태를 갖는 결정성 분말을 제조할 수도 있다. 이 방법으로 제조된 분말은 소결시 높은 반응성을 나타낸다.
3.3 기상법
3.3.1. 급속 건조 하소법
급속 건조 하소법은 원하는 조성을 가진 액상 혼합물들을 만들어 이를 분무 건조 등의 방법으로 급속히 건조한 후 하소하여 분말을 얻는 방식이다. 건조된 입자들은 각각 금속 화합물들이 미세하게 혼합되어 있는 상태이므로 이를 하소하면 화합물의 유기 성분들이 휘발함
과 동시에 빠른 확산이 일어나 원하는 조성의 분말이 생성된다. 이 때 하소 온도는 고상 반응법에 의한 온도보다 현저하게 낮으며 따라서 일차 입자의 크기도 더욱 미세하여 진다. 이 방법에 의한 분말의 결점은 서로 응집되어 있는 것과 속이 빈 구형의 분말이 형성될 수 있고 급속한 건조 때문에 소량의 용매가 잔류할 가능성이 있다. 이 방법으로 BaTiO3분말을 제조할 경우, BaCl2및 TiOCl2, 액상을 출발 원료로 사용하는 것이 가장 일반적이다. 이들 두 종류의 액상은 서로 분리하려는 경향이 있으므로 강하게 교반하면서 분무 건조하여 용매를 날려 보낸다. 건조된 분말은 기계적으로 미세하게 혼합된 상태로 200-300℃에서 하소하여 화학 양론에 맞는 분말을 얻을 수 있다.
3.3.2. 열분해법
열분해법은 비활성(진공 또는 아르곤 상태)이나 반응성 분위기 (산소)에서 고체나 용융된 전구체(주로 분자나 고분자 화합물)의 고체상태 분해 반응에 의해 세라믹 분말을 형성한다. 분해 반응의 메커니즘에 관한 연구, 분해 반응과 그 변수 사이의 상호작용에 관한 연구는 열분해 생성물의 특성을 제어하기 위해 필수적이다. 예를 들면, 뭉침과 과도한 결정 성장은 과도한 발열 분해 반응에 기인한다. 분해된 잔여물(탄소)은 열분해 분위기, 가스의 유량 속도, 노의 설계와 같은 여러 가지 요인들을 잘못 선택하고 조절한 것에 기인한다.

키워드

batio3,   반도체재료,   유전체,   자전고온합성법,   수열합성법,   고상법,   액상법,   기상법