$CaCu_3Ti_4O_{12}$ 다결정체에서 공간전하에 의한 계면편석의 원자레벨 관찰

Abstract

표면과 입계과 같은 계면에서 일어나는 용질 편석은 재료의 계면 특성에 큰 영향을 주는 현상이다. 이러한 용질 편석 현상을 일으키는 구동력은 용질과 호스트 이온 간의 큰 크기 차로 인한 탄성 변형 에너지과 표면에서의 전하 불균형으로 인한 정전기적 에너지가 있다. 용질과 호스트 이온 간의 큰 크기 차로 인한 용질 편석에 관해서는 다양한 재료를 통해 원자 단위의 직접적인 관찰을 통해 입증되었다. 하지만 공간전하에 의한 용질 편석에 관해서는 원자단위의 직접적인 관찰이 크게 진행되지 않았다. 이에 본 연구에서는 $Ca^{2+}$ 와 사이즈가 유사하지만 이종원자가를 가지는 $La^{3+}, Gd^{3+}, Yb^{3+}$ 를 도핑시킨 페롭스카이트 산화물인 $CaCu_3Ti_4O_{12}$ 를 고상합성법과 소결을 통해 준비한 후, 이를 주사투과전자현미경과 에너지 분산형 분광분석을 통한 원자레벨의 직접적인 관찰을 통해 공간전하에 의한 계면에서의 용질 편석 현상을 관찰하였다. 이를 통해 계면에서 용질의 정확한 편석 위치와 분포를 확인하였으며, 계면에서 과잉 전하의 생성 기원을 규명하였다.