나노기술 및 정책 정보

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중요한 기초 기능 소재인 반강유전체(antiferroelectric material)는 에너지 저장 밀도가 높고, 온도 안정성이 우수하며, 충전 및 방전 시간이 짧아, 항 피로 특성이 뛰어난 성능을 가지고 있기 때문에 위치 이동 구동 장치, 하이 파워 펄스 전원, 에너지 저장 커패시터 등 디바이스에 폭넓게 응용됨.

국제적으로 연구되고 있는 신형 에너지, 스마트 소재 및 디바이스 분야에서 반강유전체 단결정을 성장시키는 연구는 매우 어려운 과제에 속하기 때문에 현재 관련 연구 보도도 주로 세라믹 시스템에 집중되고 있으며, 반강유전체 단결정 관련 연구 보도는 매우 적은 상황임.

중국과학원 "광전자 소재 화학 및 물리 중점 실험실" 룽시파(龍西法) 연구원 연구팀은 조성 디자인을 통해 Pb(Lu0.5Nb0.5)O3 베이스 반강유전체 단결정을 성장시키기 어려운 난제를 해결하였으며, 단결정의 크기가 20mm×18mm×10mm에 이르는 블록 소재를 취득하였으며, 조성에 대한 조정 제어를 통해 전기 필드 유도의 2차 강유전-강유전 위상 변화 행위 유도를 실현하였으며, 소재의 포화 및 극화 강도를 최대한 증강시켜 최종적으로 에너지 저장 밀도의 대폭 향상을 실현하였음.

단결정 소재의 효과적인 에너지 저장 밀도는 4.81J/cm3 수준에 달하고 에너지 저장 효율은 82.36% 수준에 이르는 것으로 나타났음.

연구팀은 이번 연구를 통해 결정체의 위상 구조, 결정학 방향 결정, 미시 구조 특징과 높은 에너지 저장 밀도 등 우수한 전기학 성능과의 관련 관계에 대해 심층적인 연구를 실행하였으며, 신형 반 철전 소재에 대한 탐색을 위해 새로운 아이디어를 제공하였음.

본 연구 성과는 ‘ACS Appl. Mater. Inter.’ ("Enhanced Energy Storage Density of Lead Lutetium Niobate Crystals by Electric Field-Induced Secondary Phase Transition via Na/La Co-doping") 지에 게재됨.