Calcium-Aluminate계 전자화물의 합성 및 특성

Title
Calcium-Aluminate계 전자화물의 합성 및 특성
Authors
소성민
Keywords
calciumaluminate계전자화물의합성및특성
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
칼슘-알루미네이트 계열의 12CaO·7Al2O3 (C12A7)은 나노다공 구조를 가지고 있으며 알루미나 시멘트의 구성 성분으로 알려져 있는 화합물로 그 자체는 절연체이지만 독특한 conduction band 구조를 가지고 있어 다른 칼슘-알루미네이트 계열의 화합물과 다르게 이온전이 현상이 낮은 에너지에서 빠르게 진행이 되며 전자 친화도가 높은 것으로 보고되었다. C12A7이 이러한 특성을 갖는 이유는 그 독특한 결정 구조 때문이다. C12A7은 2개의 분자가 하나의 unite cell ([Ca24Al28O64]4+·2O2-)을 형성하며, unite cell에는 +1/3의 전하를 가지는 12개의 나노 사이즈 cage가 존재하며, 여기에 2개의 자유산소이온이라 불리는 O2-가 포집 되어 있는 구조를 가지고 있다. 자유산소이온은 cage내에 존재하며 쉽게 활성화된 1가의 음이온으로 치환이 가능하며, 이러한 과정을 통해 독특한 광학적 및 전기적 특성이 발현되어진다고 알려져 있다. 뿐만 아니라 자유산소이온은 전자와도 치환이 가능하여 상온에서도 안정한 C12A7 electride를 형성한다. 기존에 알려진 electride는 대부분 유기계 electride로 상온에서 불안정하여 사용이 제한적 이었지만, C12A7 electride는 무기계로 상온에서 안정하며, 높은 전기전도도, 낮은 일함수, 낮은 열전도도 그리고 대기 및 수분에 안정한 장점을 가지고 있어 전계방출형디스플레 광원, 투명전도막, 열전 소재 등 으로 응용이 가능한 재료이다. 이에 본 연구에서는 melt-solidification 공정을 사용하여 다결정 C12A7 electride를 합성하였고, 용융 후 결정화과정에서 3CaO·Al2O3와 CaO·Al2O3의 공융 석출을 억제하기 위해 carbon black을 첨가하여 공정의 단계를 개선 하고자 하였다. 또한 합성한 다결정 C12A7 electride를 방전 플라즈마 소결 공정으로 소결하여 소결체의 전기적 특성을 분석하여 약 25 S/cm의 전기전도도와 음수의 Seebeck 계수를 보여 n-type반도체의 특성을 보이는 것을 확인 했다.
Description
1. 서론 1 2. 이론적배경 4 3. 실험방법 15 3-1. C12A7 Electride 제조 15 3-1-1. Solid-state reaction (C12A7 합성) 15 3-1-2. Melt-Solidification Process (C12A7 electride 합성) 16 3-1-3. Spark Plasma Sintering (C12A7 electride 소결) 18 3-2. 분석방법 20 3-2-1. TG/DSC 분석 20 3-2-2. 미세구조 20 3-2-3. X 선 회절 20 3-2-4. Raman 분광법 21 3-2-5. 밀도 21 3-2-6. 전기적특성 21 4. 결과 및 고찰 23 4-1. Solid-state reaction 23 4-1-1. 혼합원료의 TG/DSC 분석 23 4-1-2. Solid-state reaction에 따른 X선 회절 및 미세구조 28 4-2. Melt-Solidification Process 35 4-3. Spark Plasma Sintering 40 5. 결론 45 Reference 46
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22404
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College of Engineering(공과대학) > Materials Science & Engineering (신소재공학) > Theses(신소재공학 석박사 학위논문)
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