페로브스카이트는 산화칼슘(CaTiotal oxide, CaTiO삼)는 양이온-산소(또는 할로겐 원소)-양이온이 교대로 입방정계 결정 구조를 갖는 모든 물질의 총칭이다.
페로브스카이트는 1839년 우랄 산맥에서 구스타프 로즈에 의해 처음 발견되었으며 러시아 광물학자 LA 페로브스키(1792-1856)의 이름을 따서 명명되었습니다.
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구조와 성능
페로브스카이트 화합물의 일반 화학식은 ABX이다.
삼여기서 “A”와 “B”는 크기가 매우 다른 두 개의 양이온이고 X는 일반적으로 산소 또는 할로겐 원소와 관련된 음이온입니다.
그림 1에서 보는 바와 같이 세 개의 원자 A, B, X는 입방체 구조를 형성해야 하므로 A와 B의 원자는 입방체 구조 내에서 안정적으로 형성되는 크기를 가져야 한다.
페로브스카이트 구조의 안정성에는 다음 식으로 표현되는 공차 계수가 중요한 역할을 한다.
τ : 공차계수
아르 자형ㅏ : 원자 A의 반지름
아르 자형두번째 : 원자 B의 반지름
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일반적으로 0.9와 1.0 사이의 공차 계수는 안정적인 것으로 간주됩니다.
A 및 B 원자의 크기는 종종 전체 입방 구조 자체를 왜곡하여 페로브스카이트 구조에 강유전성 또는 압전성과 같은 고유한 특성을 부여합니다.
자기 저항, 강유전성 및 초전도성으로 인해 페로브스카이트 재료는 연료 전지 센서, 촉매 전극, 메모리 장치 및 스핀트로닉스 응용 분야에 널리 사용됩니다.
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주목적
태양 전지
X 사이트에 Cl, Br, I 등의 할로겐 물질로 구성된 할로겐화물 페로브스카이트는 우수한 반도체 특성으로 인해 태양전지 소재로 널리 연구되고 있다.
할라이드 페로브스카이트가 빛을 받은 후 전자가 여기되고 여기된 전자는 이산화티타늄(TiO2) 전극, 산화주석(SnO)2:F) 전극, 금 전극 등을 통해 전류를 흐르게 합니다.
페로브스카이트 태양전지는 25% 이상의 효율을 보였지만 전압/전류 히스테리시스, 열/습도 안정성, 대면적 소자 제작 안정성, Pb 대체 소재 개발 등 아직 해결해야 할 과제가 많다.
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강유전체
BaTiO3는 전형적인 페로브스카이트 산화물 강유전체로 1949년에 강유전체가 발견되었다.
BaTiO삼고온에서는 입방정계로 강유전성을 갖지 않으나 408K, 278K, 183K에서는 결정구조가 입방정 → 정방정 → 사방정계 → 능면체정으로 변화하며, 위의 물질들은 모두 강유전성을 나타낸다.
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압전체
리튬 산화물삼, 납 티타네이트삼. 니오브산칼륨삼압전 세라믹스(PbZr엑스티탄1-x유럽삼), 다양한 페로브스카이트 재료는 강유전성임과 동시에 압전 특성을 나타낸다.
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초전도체
1986년 IBM이 페로브스카이트 구조 결함(페로브스카이트 구조의 화학량론적 산소 결핍)으로 발견한 YBCO(barium copper yttrium oxide)는 비교적 높은 온도에서 초전도성을 달성해 차세대 기술로 주목받고 있다.
관심 온도는 77K입니다.
오늘날에도 페로브스카이트 구조의 초전도체가 다양한 방식으로 연구되고 있다.
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연료 전지
티탄산스트론튬삼의 경우 이온 및 전자 전도성으로 인해 고체 산화물 연료 전지(SOFC)에 사용됩니다.
연료 전지의 연료 측에는 La 도핑된 SrTiO삼Ga(LST), 산소 측용 스트론튬 티타늄 페라이트.
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재료 합성
LSAT(strontium aluminate-lanthanum aluminum tantalate)는 단결정 박막으로 만들어 에피택셜 성장용 기판으로 널리 사용된다.
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레이저
Nd 도핑된 란탄 알루미늄삼1080nm 파장의 레이저 광을 방출하는 것으로 알려져 있습니다.