첨가제 Nb2O5와 Nd2O3에 따른 BaTiO3 입자의 평형모양

Abstract

평형모양은 표면에너지를 최소화할때의 모양이다. 일반적으로, 평형모양은 평면과 부드러운 곡면으로 이루어져있다. 본 연구에서는 첨가제 Nb2O5, Nd2O3의 농도에 따른 BaTiO3의 평형모양을 관찰하였다. 각 첨가제를 비율에 맞게 BaTiO3를 혼합한 후 공기중, 1250도에서 50시간동안 열처리 하였다. 주사전자현미경과 투과전자현미경을 통해 입자의 평형모양을 관찰하였고, 3차원 시뮬레이션을 진행하였다. 각 면의 에너지가 중점에서부터의 거리에 비래한다는 Wulff theorem을 이용하여, 각각의 면에 대한 상대적 표면에너지를 측정하였다. 도핑되지 않은 BaTiO3의 평형모양은 {100}면으로 이루어 졌으며 모서리가 둥근 육면체였다. Ti/Ba의 비가 1 이상이거나 Nb을 도핑하였을 때나 {100}, {111}, {210} 평면이 추가로 나타났으며, Ti-excess양 또는 도핑한 Nb의 농도가 0.3 at.% 이상일때 {411}면이 평형모양에 나타났다. Ti의 양이 Ba보다 많은 경우와 Nb을 도핑한 경우에는 평형모양의 모서리가 날카로웠다. 이 두 경우에서 평형모양은 서로 유사하였으나 농도에 따른 상대적인 표면에너지의 변화는 차이를 보였다. 반면 Nd을 도핑한 경우는 {100}면 이외의 평면이 발견되지 않았으며 모서리 또한 곡면으로 이루어져있었다. 이러한 결과는 B-site 도펀트인 Nb을 첨가한 경우 평형모양은 날카로운 모서리와 여러 평면으로 구성되는 반면 A-site 도펀트인 Nd을 첨가한 경우의 입자는 {100}면과 둥근모서리로 이루어짐을 보여준다. 하지만 치환자리와는 무관하게 첨가제의 농도가 증가할 수록 평형모양은 더 많은 평면으로 이루어지며, 표면에너지의 이방성은 낮아졌다.