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자기의 미세구조. 2003.3.5 윤용진. 목차. 입계와 입성장의 성질 강유전성 자기의 분극 강유전성 자기의 내압전과 열화 자기의 미세구조와 유전 특성. 입계의 성질. 자기 표면을 전자현미경으로 관찰하면 3~10[u] 정도의 작은 결정입자로 분리되어 있다 . 즉 단결정 입자의 집합으로 이것이 다결정체 이며 , 미결정 입자의 내부는 몆개의 분역으로 되어있다 .
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자기의 미세구조 2003.3.5 윤용진
목차 • 입계와 입성장의 성질 • 강유전성 자기의 분극 • 강유전성 자기의 내압전과 열화 • 자기의 미세구조와 유전 특성
입계의 성질 • 자기 표면을 전자현미경으로 관찰하면 3~10[u]정도의 작은 결정입자로 분리되어 있다. 즉 단결정 입자의 집합으로 이것이 다결정체 이며, 미결정 입자의 내부는 몆개의 분역으로 되어있다. • 물질의 성질중 각종 입자의 이동과 관계된 현상등에 있어 다결정체의 입계, 즉 미결정 입자사이의 경꼐가 결정입자와는 서로 다르게 행동한다. 그리고 이러한 입계의 존재가 자기전체의 성질에 큰 영향을 주게된다. 의 미세구조
입계의 성질 • 입계에 있어서의 확산속도는 결정입자에서의 확산 속도보다 빠르다.(경계층 콘덴서로 이용) • 도체나 반도체에서는 전자나 포논이 입계에서 산란 되기때문에 전기전도도나 열전도도는 다결정체쪽이 단결정체보다 낮아진다. • 전위의 이동은 입계에 의하여 방해되어 소성변형은 입계의 존재에 의하여 억제된다. 이는 다결정체가 단결정에 비해 표면강도가 높고 또한 늘어나기 어려운것 또한 이 때문이다. • 입계에 있어서의 변위와 불순물의 존재는 국부적으로 자유에너지를 증대시키기 때문에 에칭과 같은 화학적 효과가 커진다.
입성장 이론 • 입성장 영역(결정립이 점점 성장하여 가는 영역)은 소성의 최종단계에서 시작되며 입성장이 어느정도 진행된 상태에서 소성을 끝낸다. • 결정입자의 입경 D는 최고 소성온도의 유지시간 와 의 관계가 있으며 이론적으로 n=2가 된다. 그러나 실제 실험에서는 n=2~5가 된다
입계의 전기적 성질 • 자기의 미세구조는 강유전성 결정으로 되어있는 결정입자(grain)와 상유전성 성질로 되어있는 입계층의 집합이다. 결정입자와 입계층과는 전기적으로 비유전율 와 저항률 가 모두 다르며 화학적 조성이나 물리적 조성에 있어서 크게 다를것이다. 이러한 입계층의 여러특성을 분명히 하는것은 세라믹스의 성질을 규명하는 관건이라 할수 있다.
입계의 전기적 성질 • 자기화된 원자가제어형 반도체 자기에 최고온도에서의 유지시간 를 더욱 길게하면 할수록 가 커지는 경향이 있다. (a)BTP-5 (b)BTP-CeTi (c)BTSY-2
입계의 전기적 성질 • 시료를 옴성 접촉을 시켜 임피던스 Z의 주파수 특성은 최고온도에서의 유지시간이 길수록 임피던스의 f 의존성이 현저해지는 경향을 보인다.이는 결정입자와 입계층과는 각각 유전율과 저항률이 다른 물질이라 생각할수 있다. 옴성 접촉을 시킨 티탄산바륨 반도체의 임피던스 의 주파수 특성
강유전성 자기의 분극의 종류 • : 배열에 의한 강유전성 특유의 분극으로써 큐리온도 이하의 온도에서 전계 를 가하면 방향에 가 배열되어 을 만든다 큐리온도 이상의 온도에서는 는 존재하지 않으므로 큐리온도 이상으로 온도를 가열하면 은 즉시 소실된다. • :결정입자 내부에 이온이나 공격자점 등의 하전입자 qi의 변위에 의한 공간전하분극으로써 qi 는 결정입자 표면의 전위장벽 혹은 전위 등에 구속되어 강유전성 결정 밖으로 나오지 못한다. • : 큐리온도 이하의 온도에서 분극처리를 하고 이 생성된 상태에서 방치 시키면 에 의한 반전계에 의하여 처음의 와 역방향에 공간전하분극이 생긴다. 이는 처음 분극처리에서 전계를 가한방향과 역방향으로 쌍극자능률이 생기기 때문이다. • : 입계층의 상유전성 물질 속에 생기는 공간전하 분극으로 단결정에는 존재하지 않는 자기 특유의 것이다.
강유전성 자기의 분극의 종류 자기의 분극 모델
공간전하 분극과 에이징 • (a)는 최초의 상태로 는 불규칙한 배열을 하고 있으므로 Pr 이나 은 모두 0이다. • 여기에 큐리온도 이하의 온도에서 전계를 가하여 분극처리를 하면 결정입자 내부의 Ps 가 배열 되어 생기며 입계층 부분은 P1이 생기게된다. • 이후 양전극을 끊고 에이징 시키면 그림(c)와 같이 된다.즉 결정입자 내부의 qi에 전계와 역방향 전계가 걸려 –p2가 생성된다. 분극처리한 자기의 에이징 과정
공간전하 분극과 에이징 • 정상적인 히스테리시스곡선을 나타낼때 :전계를 가하지 않은 최초상태의 시료를큐리온도 이상의 온도에서 일정시간 방치후 큐리온도이하의 온도로 냉각한다. 이러한 조작을 재생이라하며 재생 직후에는 자발분극은 불규칙하게 배열하며 기계적변위및 공간전하분극도 거이 없다고 생각한다. 즉 이러한경우 (a)와 같이 정상적인 히스테리시스 곡선을 나타낸다. • 비대칭 히스테리시스곡선을 나타낼때 :큐리온도이하의 온도에서 분극처리한 시료를 방치하면 히스테리시스곡선은 (a)-(b)-(c)-(d)와같이 비대칭으로 된다.
분극 감소,분극반전특성과 에이징 • 실온에서 분극처리를 한후 을 가지게 한 직후에는 처음에는 약간의 비대칭이 일어나지만 교류전계를 가하면 점차 비대칭이 없어짐과 동시에 자체가 감소한다. 그러나 에이징을 시켜 -P2 에 의하여 을 안정화 시킨 시료는 높은 교류전계를 장시간 가하더라도 히스테리시스 곡선의 비대칭은 거의 없어지지않고 도 거의 줄어들지 않는다.
(a)는 분극처리 직후의 초기 전계인가 방향을 +로 했을때 p1으로 부터 –p1 에의 반전특성이나 –p1으로부터 p1에의 반전 특성 모두 비슷하며 대칭이다. • (b)는+방향으로 분극처리후 에이징 시켜 처음부터 –p2를 생성시킨 시료로써 그 특성은 비대칭이 된다. 이것은 p1-p2상태는 안정하지만 –p1-p2혹은 p1+p2상태는 대단히 불안정하여 이상태로는 되기 어려운 것을 나타낸다.
분극처리 방법 • 실온분극법 :큐리온도 이하의 실온에서 전계 를 동안 가한다. • 고온분극법:큐리온도 이하에서 가장 높은 온도 에서 를 동안 가한다. • 전계냉각법 :자성재료에서의 자계냉각법에 상응하는 것으로 큐리 온도로 부터 를 가하면서 상온까지 냉각시키는 방법이다. • 에이징후 재분극법 :큐리온도 이하의 온도에서 를 가한후 양쪽 단자를 끊고 에이징한다. 이후 큐리온도 이하의 온도에서 다시 를 가한다.
