Optical and dielectric properties of Ba(Ti1-xZrx)2O5 prepared by aerodynamic levitation

초록

도가니를 사용한 전통적인 재료의 용융공정에서는 고온에서 용기 벽으로부터 오염될 수 있다. 그러나, 가스부유용융법과 같이 비접촉식의 용융공정에서는 공중 부양상태에서 용융 후 응고함으로써, 용기로부터의 오염을 막고 불균일 핵생성을 방지할 수 있다. 2006년 J. Yu연구진[1]에 의해 망목형성체를 첨가하지 않고 구형(직경: 2 mm)의 BaTi2O5비정질상을 제조하였다. 유리화한 BaTi2O5는 α상과 β상의 두가지 준안정상이 존재하는데, α상의 결정화 온도에서 유전율이 107보다 높은 특성을 나타내었다. 또한 굴절률이 2.2정도로 매우 높아 우수한 광학적 특성을 가지고 있다. 본 연구의 예비실험 결과에 의하면, BaTi2O5는 사이즈가 커질 경우 유리화하기 힘들고, 실투현상에 의해 투명도가 떨어지는 단점이 있었다. 따라서, 본 연구에서는 미량의 ZrO2를 첨가하여 투명한 비정질상의 샘플을 제조하는 조건을 가스부유용융로를 이용하여 상세히 조사하였디. 그 결과, Ti4+ site에 Zr4+를 4 at%이상 첨가한 조성에서 2.0이상의 고 굴절률을 나타내는 투명한 비정질상을 제조할 수 있었다. Fig. 1에 BaTi2O5와 Ba(Ti0.9,Zr0.1)2O5 샘플에 대한 고온 XRD실험 결과를 나타내었다. 일반적인 BaTi2O5는 유리상에서 준안정상인 α상과 β상을 거쳐 안정화상 γ상으로 상전이 하지만, Ba(Ti0.9,Zr0.1)2O5는 α상에서 바로 γ상으로 상전이하고, 이 후 Ba(Ti,Zr)O3와 Ba2Ti5O12로 상분리를 하였다. 특히, 고유전율을 나타내는 준안정의 α상이 존재하는 온도영역이 증가하는 것으로 나타났다. 기타, 제조한 샘플의 유전특성을 분석하고 고찰하였다.