$BaTiO_{3}$ 에서 $La_{2}O_{3}$ 첨가와 산소분압을 통한 입계 구조변화와 입자성장 양상

Abstract

Burton등이 온도 증가에 따른 surface roughening을 예측한 이후에, faceted계면에서 rough계면으로의 roughening transition은 이론적으로뿐만 아니라 실험적으로 연구되어왔다. 재료의 계면에서의 이러한 structural change는 온도뿐만이 아니라 dopant의 첨가나 산소분압의 변화에 의해서도 일어날 수 있다. $La_2O_3$ 의 첨가량이 낮을 때, $La_2O_3$ 의 첨가량이 많아도 산소분압이 낮으면 전자에 의한 전하보상이 이루어져 계면은 각지고 {111} 쌍정판에의한 비정상입자성장이 일어난다. 하지만 $La_2O_3$의 첨가량이 많아지면 전하보상은 양이온 공공에 의해 발생하고, 양이온 공공의 증가에 따라 faceted 계면에서 faceted 계면과 rough한 계면이 혼재하는 구조로 변화가 일어난다. 이 때 {111} 쌍정판의 생성이 억제되고 입자성장 구동력은 임계구동력보다 작아 입자성장이 억제되는 SGG(Stagnant Grain Growth)가 일어난다. 산소분압이 환원반응이 지배적인 분압 까지 낮아지게 되면 격자에 있는 산소가 기체상태로 방출되고 이 때 발생하는 산소공공에 의해 전체 공공의 농도는 증가하고 rough한 입계를 나타낸다. 이 때는 시간에 따라 전체 입자가 성장하는 정상입자 성장을 하지만 $La_2O_3$ 의 첨가량이 증가함에 따라 입계편석 효과에 의해 입자성장은 억제된다.