수열합성법에 의한 고결정 $BaTiO_3$ 나노 입자 합성에 관한 연구

Abstract

바륨 타이타네이트 ($BaTiO_3$) 는 높은 유전율을 갖고, MLCC (Multilayer ceramic capacitor) 의 주 재료로 사용된다. 소형 전자기기와 통신기술의 발달은 높은 용량을 갖는 MLCC 에 대한 요구를 증가 시켰다. MLCC 의 고용량화를 위해 입자 $BaTiO_3$ 의 입자 크기 감소는 필수적이다. 하지만 입자 크기가 작아질수록 $BaTiO_3$ 의 유전율이 낮아지는 size effect 가 일어나게 된다. 이는 MLCC 의 특성 저하에 직접적으로 영향을 미친다. 이에 입자 크기를 줄이면서 유전율을 유지 시킬 수 있는 합성 방법에 대한 연구가 필수적이라고 하겠다. 본 연구에서는 수열합성을 통해 입자 크기를 줄이면서, 유전율과 관계된 특성인 tetragonality 를 증가시키며 균일도와 높은 분산성을 갖는 나노 크기의 $BaTiO_3$ 를 합성하는 것이다. 이 연구의 목표점은 평균 입자 크기가 70 nm 이하, tetragonality 가 1.007 이상을 갖는 BaTiO3 을 합성하는 것으로 하였다. 결과적으로 Ti-butoxide 의 가수분해를 통해 얻은 $TiO_2$ 에 바륨 솔루션을 섞은 후 암모니아, 아민, 산 등 여러 가지 첨가제를 사용하여 본 연구의 목표점에 도달할 수 있었다. 합성된 $BaTiO_3$ 은 XRD, SEM, TEM 등을 통해 분석하였고, $TiO_2$ 의 표면 분석은 XPS 를 사용하여 확인하였다.