Al 정전용량 측정

목차

-콘덴서란?
1. 실험 목적

2. 이론적 배경

3. 실험 방법

4. 결 과

5. 도찰 및 의문점

본문내용

1) 시편 제작
순도 99.9％이고 면적은 20㎜×50㎜ 즉, 넓이가 100㎟ 알루미늄시편을 0.5M NaOH의 용액에 2분간 침지 시킨다. 이 과정을 탈지 과정이라고 하는데 탈지 과정이란 피막이 잘 형성되도록 금속의 표면에 불순물을 제거해주는 과정이다. 다음으로 30％ HNo₂에 2분간 침지 시킨다. 이 과정은 중화시키는 과정으로써 알칼리나 산으로 그 과정이 수행되었을 경우에 중성으로 만들어주는 과정이다.
(2) 알루미늄 박의 전해 에칭
그 다음 표면적을 넓혀주기 위해서 에칭을 한다. 1.5M HCl 과 0.25 MH₂So₄를 83℃에서 5분간 침지 시킨 후에 Power supply를 이용하여 전류밀도를 0.1~0.3A/㎠범위에서 전해 에칭을 실시한다.
(3) 양극 산화
전해액 150g/ l 암모늄 아디핀산을 사용하여 93℃(±2℃)를 유지하여 피막을 형성시킨다. 양극의 전압은 140V로 일정하게 유지해주고 정전류를 공급하여 원하는 전압(140v)까지 상승시킨 후 피막의 형성에 의해 전류밀도가 감소하는 정전압-정전류 방법으로 피막을 형성시킨다.
(4) 정전 용량 측정
전해 에칭 한 시편을 양극산화를 실시 후 정전 용량을 특정하기 위하여 암모늄 아디핀산 150g/ l 를 사용한다. 그다음에 은박을 사용하여 원통형 관 모양으로 만든 다음에 ED1620 LCR meter 을 이용하여 등가 직렬회로로 측정하고 주파수는 120㎐에서 측정하며 용액 온도는 30℃로 유지한다. 이때 은박을 사용하는 이유는 1/C = 1/C(알루미늄의 정전용량) + 1/C(은박의 정전용량) 이때 C는 0에 가깝다. 그러므로 은박의 정전용량은 무한대이기 때문에 알루미늄의 정전용량을 구하는데 유리하다.
4. 결 과
정전용량의 공식
C = 0 A / d ox
C : 정전용량
d ox : 산화피막의 두께
ε : 알루미나의 유전상수 (ε = 8.8)
ε0 : 진공의 유전율 (ε0 = 8.015 x 10 F/m)
1차
2차
3차
평균
250mA
6.684
6.663
6.657
6.668
350mA
5.650
5.135
5.008
5.264
450mA
5.054
5.132
5.058
5.081
1V 당 13Å 우리는 140V로 실험했기 때문에 140 × 13Å으로 계산하여야 하며 Å을 마이크론(㎛) 단위로 바꾸어 주어야 한다. 1㎛는 10⁴Å이다.
1) 250mA
C₁= (8.8)(8.015 x 10 F/m)(140 x 13 x 10⁴)/ d ox = 6.668
d ox = 5.19 ㎛
2) 350mA
C₂= (8.8)(8.015 x 10 F/m)(140 x 13 x 10⁴)/ d ox = 5.264
d ox = 4.10 ㎛
3) 450mA
C₃= (8.8)(8.015 x 10 F/m)(140 x 13 x 10⁴)/ d ox = 5.081
d ox = 3.96 ㎛
∴ 평균 d ox 값은 4.417 ㎛ 이다.
5. 도찰 및 의문점
이 실험은 알루미늄 시편을 애칭시켜서 표면적을 넓게 하여 체적에 비해 높은 정전용량을 얻어내는 실험이었다. 그 다음은 양극산하를 함으로써 피막을 형성시켜주는데 목적이 있다. 양극산화는 보호피막을 형성 시킴으로써 부식이나 내마모에 대해 보호할 수 있고 장식(칼라코팅)으로도 쓰일 수 있다. 페인트나 유기코팅의 하지처리용으로도 쓰이며 전해콘덴서에도 쓰인다. 표면적을 넓어진다는 의미가 표면이 긁힘인데 이 긁힌 홈에 다른 금속을 입혀서 좀 더 공기 중이나 부식이 덜 되는 금속을 만들 수도 있고 콘덴서처럼 정전용량을 크게 만들어서 더 큰 용량을 만드는 방법도 있는 것 같다. 이와 같은 방법으로 만들어진것이 알루미늄 전해 커패시터이다.
형성된 애칭터널의 기지 조직의 표면적은 증가하지만 높은 전압에 의해 형성된 두꺼운 피막의 경우에는 오히려 애칭터널의 막힘 현상으로 전압이 떨어지게 된다.
에칭을 하고 산화피막을 형성시켜주게 되면 같은 Al금속이어도 다른 성질을 가지게 되므로 성질이 다양한 Al금속을 만들 수 있는 것이다. 반도체를 생산할 경우에 도핑의 경우에도 금속에 다른 물질을 첨가함으로써 여러 가지의 성질이 다양한 금속을 제작하는데 이 실험과는 다른면은 있지만 성질이 다양한 금속을 만든다는 것이 비슷한 것 같다. 그리고 이 실험은 전압을 140V로 일정하게 걸어주었지만 다르게 걸어줄 경우에는 또 다른 두께의 산화피막이 Al시편 위에 될 것이다. 하나의 성질을 가지고 있는 금속에 대해서 산화피막을 형성하여 표면적을 증가시키고 정전용량을 다르게 나타나게 하는 실험이었다.

키워드

Al시편,   애칭,   정전용량,   양극산화