전기방사법으로 제조한 다강체 BiFeO3 나노섬유의 미세구조 및 자기적 특성

Abstract

다강체 물질은 강유전, 강자성 및 강탄성 특성이 동시에 나타나는 물질을 말하며, 강자성 및 강유전 특성이 동시에 존재하는 많은 산화물이 있다. 자기 전기성 효과는 외부 전기장을 인가하면 자기 분극이 유도되거나 자기장을 인가하면 전기분극이 형성되는 현상을 의미하며, 새로운 소자를 구현하기 위한 다강체에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. BiFeO3는 다강체 물질 중 상온에서 강유전성과 반장가성이 동시에 나타나는 유일한 단일 물질로서 높은 상전이 온도로 인해 저장매체나 스핀트로닉스, 센서 등의 다양한 응용 가능성을 가지고 있는 물질이다. 본 연구에서는 금속염을 사용하여 균질한 방사용액을 제조하였으며, 전기방사법을 사용하여 BiFeO3 나노섬유를 제조하고 미세구조 및 자기 특성을 조사하였다. 방사용액 제조의 변수로서 점도를 제어하여 비드상이 생성되지 않는 나노섬유를 얻을 수 있었다. 공정 변수로서 팁과 콜렉터 사이의 거리와 인가전압을 조절하였으며, 1.8 ㎸/㎝의 전기장을 형성하였을 때 가장 균일한 나노섬유를 얻을 수 있었다. 방사 후에 얻어진 나노섬유는 500 ℃의 온도에서 열분해를 하여 페로브스카이트 구조의 BiFeO3 나노섬유로 합성되었으며, 이 때 얻어진 나노섬유의 직경은 약 200 ㎚ 이며, 단결정인 입자들의 응집으로 이루어져 있는 다결정체임을 확인하였다. BiFeO3 나노섬유를 온도별로 하소하고 미세구조와 자기 특성을 분석하였다. 600 ℃ 이상의 온도에서는 섬유형태가 무너지게 되며, 550 ℃에서 열처리된 나노섬유는 가장 높은 포화자화값을 나타내었다. BiFeO3 나노섬유는 상온에서 약자성 거동을 나타내었다. 결론적으로 본 연구를 통하여 금속염을 출발원료로 하여 전기방사법에 의해 수백 ㎚ 직경의 BiFeO3 나노섬유를 제조하였으며, 미래 소자응용을 위한 재료로서의 가능성을 확인하였다.