공침법에 의한 비스무스 페라이트 나노 분말 제조

Preparation of Bismuth Ferrite Nano-powder by Co-precipitation

비스무스 페라이트 (BiFeO3)는 강유전성과 강자성을 동시에 나타내는 대표적인 다강체 세라믹스로 고집적 메모리소자, 자기전기 변환소자 등으로의 응용이 기대되는 재료이다. 최근 전자 소재 및 부품의 소형화 및 고성능화가 진행됨에 따라 이러한 요구에 부합할 수 있는 나노 분말의 필요성이 커지고 있다. 본 연구에서는 비스무스 질산염 및 철 질산염을 출발 원료로 선택하고, 침전제로 KOH 용액을 이용하여 공침법으로 BiFeO3 나노 분말을 제조하였으며, BiFeO3 상이 합성되는 수소이온지수 (pH) 조건을 조사하였다. 침전 반응이 일어나는 용액의 pH를 5 ∼ 12 사이로 조절하여 (pH = 5.34, 7.25, 9.63, 11.58) 침전물을 얻은 후 결정화를 위하여 450 ℃∼700 ℃의 온도에서 열처리하였으며, 결정화된 분말을 X-선 회절 분석하여 열처리 온도에 따른 상의 합성과정을 조사하였다. 수소 이온 지수가 9.63에서 침전시킨 후 700 ℃에서 열처리한 경우만 불순물이 없는 순수한 BiFeO3 분말이 합성되었으며, 그 이외의 조건에서는 불순물 상의 다량 포함하고 있었다.

Bismuth ferrite (BiFeO3) is a typical multiferroic material which shows ferroelectric and ferromagnetic properties simultaneously and is expected to be applied for high density memories, magnetoelectric coupling devices and so on. Nano-size powder is required to meet a miniaturization and high functionality of the electronic materials and devices. In this work, BiFeO3 nano-sized powder was prepared by co-precipitation method. Bismuth nitrate and iron nitrate were used as raw materials and KOH solution as a precipitant. The pH range for the preparation of a pure BiFeO3 phase is investigated. The pH of the precipitation reaction was controlled in the range of 5 ∼ 12 (pH = 5.34, 7.25, 9.63, 11.58) and the precipitated powder was crystallized at the temperature of 450 ℃∼700 ℃. The pure BiFeO3 nano-powder was prepared only when precipitated at pH of 9.63 and crystallized at 700 ℃.