Hydrothermal synthesis and characterization of PMN-PT nanowires

Abstract

본 연구에서는 압전 나노 물질의 합성 및 나노구조 형성에 영향을 미치는 다양한 매개 변수를 알아보고자 하였다. PMN-PT는 높은 압전 상수 및 유전 상수를 가지는 물질로 알려져 있으며, 나노 압전 소자에 적용 시 0차원 입자에 비하여 유리한 1차원 나노입자를 합성하고자 하였다. 정방정계 페로브스카이트(Perovskite)상을 가지는 1차원 PMN-PT나노 구조체는 수열반응법에 의하여 합성하였다. 이 과정에서 반응용액인 KOH수용액의 농도, 수열반응 시간, PEG농도 등의 변수에 따른 PMN-PT나노 입자의 결정상 및 형상 변화를 비교？관찰하였다. KOH수용액의 농도와 PEG의 함량은 정방정계 결정상 형성과 입자 형상 변화에 중요한 역할을 하였다. 일련의 매개 변수 조절 실험 중 12M KOH수용액, 77wt% PEG함량 및 200°C 6시간의 수열반응 조건에서 1차원 나노구조체 형상을 가지는 PMN-PT입자가 얻어졌다. 이 밖의 조건들로부터 얻어진 입자의 경우에는 불균일 형상의 입자와 원하지 않는 결정상의 입자가 얻어졌다. 한편, 균일한 형태의 1차원 PMN-PT나노 구조체를 얻기 위하여 교반수열방법을 통한 합성을 진행하였다. 이로부터, 종횡비가 교반이 없이 수열반응하여 합성한 입자(길이 약 6μm)에 비하여 큰 약 11μm의 길이를 가지는 PMN-PT입자를 얻을 수 있었다. 그러나, 이 공정을 통하여 얻어진 분말에는 정육면체 형상의 입자 또한 혼재되어 있었다. 이렇게 혼재된 두 형상의 입자들은 계면활성제 혼합 후 원심분리를 통하여 분리하였다. 분리된 1차원 PMN-PT나노구조체는 패턴이 전사된 유연 폴리머 소자에 연결하여 굽힘 시의 압전 특성을 측정하였다. 단일 1차원 PMN-PT나노구조체로부터 약 9 mV와 20 nA의 출력전압 및 전류를 얻을 수 있었다.