$\textrm{V}_{2}\textrm{O}_{5}$계 전자 전도성 유리의 제조 및 전기적 특성

Preparation and Electrical Properties of Electro-conducting Glasses Containing $\textrm{V}_{2}\textrm{O}_{5}$

  • 김일구 (부산대학교 무기재료 공학과) ;
  • 박희찬 (부산대학교 무기재료 공학과) ;
  • 손명모 (대구공업전문대학 세라믹공업과) ;
  • 이헌수 (대구공업전문대학 세라믹공업과)
  • 발행 : 1997.01.01

초록

유리 형성제로 $B_{2}O_{3}$를 사용하고 CuO를 첨가한 vanadate계 3성분계 유리의 전기적 특성을 조사하였다. 각 조성별 결정화온도에서 열처리 시간을 다르게 하여 생성되는 결정상을 조사 하였으며, 결정화 특성에 따른 직류 전기 전도도의 변화를 분헉하였다. 생성 결정물은 XRD 분석결과 $V_{2}O_{5},\;{\alpha}-CuV_{2}O_{6}$로 판명 되었으며, 열처리 시간에 따라 $V_{2}O_{5}\;와\;{\beta}-CuV_{2}O_6$의 결정화도는 별다른 변화가 없었으나 ${\alpha}-CuV_{2}O_{6}$의 결정화도는 크게 변화하였고 ${\alpha}-CuV_{2}O_{6}$의 결정화도 증가에 따라 전기 전도도가 증가 하였다. 전기 전도도는 상온(303K)에서 유리 조성을 변화시켜 $10^{-2}~-10^{-4}{\Omega}^{-1}cm^{-1}$ 범위로 조절될수 있었다. $V_{2}O_{5}$ 함량이 증가할수록, 염기도($CuO/B_{2}O_{3}$)가 감소할수록 전기 전도도가 증가 하였다. 이 유리의 charge carrier는 전자인 n-type 반도체임이 seebeck coefficient 측정결과 판명되었으며, 전자 전도에 대한 활성화 에너지는 0.098-0.124eV로 계산되어졌다. 측정 온도인 $30~200^{\circ}C$에서 small polaron hopping conduction이 발생함이 관찰되었고, variable range hopping은 보이지 않았다.

Vanadate glasses using $B_2O_3$ as a network former and with CuO additive were mainly investigated in relation to electrical properties. Crystalline phases formed by heat-treatment in each composition were examined and dc electrical conductivity changes of the glasses were analyzed. Crystalline phases were identified as $V_3O_5,\;a-CuV_2O_6\;and\;{\beta}-CuV_2O_6$ by XRD analysis. Crystallization degrees of $V_2O_5$ and ${\beta}-CuV_2O_6$ were little changed with heat-treatment time, but those of ${\alpha}u-CuV_2O_6$ were changed sharply with heat-treatment time. The more crystallization of ${\alpha}u-CuV_2O_6$ occurred, the higher electrical conductivity was observed. Electrical conductivities with $10^{-2}~10^{-4}/{\Omega}/cm$ at room temperature(303K) could be obtained by controlling the glass compositions. The electrical conductivities were increased with increasing of $V_20_5$ content and decreasing of alkality($CuO/B_2O_3$). In this study, electron was proved to be charge carrier by seebeck coefficient measurement. Accordingly, the glasses are believed to be n-type semiconductor. Calculated activation energies for the conduction were in the range 0.098-0.124 eV. Electrical conduction mechanism was small polaron hopping without showing variable range hopping in the temperature range $30~200^{\circ}C$.

키워드

참고문헌

  1. Chem. Lett. N. Machida;H. Tanaka;T. Shigematsu
  2. Mater. Chem. Phys. v.23 J. H. Kennedy
  3. セラミツクス v.29 no.6 Super Conducting Glass 辰巳砂昌弘
  4. Solid State Ionics v.40;41 J. P. Prereira-Ramos;R. Messina
  5. J. Phys. D: Appl. Phys. v.22 R. Singh;K. Sehtupathi
  6. Solid State Ionics v.70;71 M. Wasiucionek;J. Garvarczyk;P. Kurek;W. Jakubowski
  7. 應用物理 v.38 淸水勇
  8. 化學 v.38 土田英俊
  9. Solid State Ionics v.28 L. Jourdaine;J. L. Souguet;V. Delord;M. Ribes
  10. Solid State Ionics v.40;41 H. Ohtsuka;S. Okada
  11. J. Ceram. Soc. Japan v.100 no.12 H. Sakata;M. Amano;T. Ishiguro;T. Hirayama
  12. J. Ceram. Soc. Japan v.102 no.5 M. Amano;H. Sakata;K. Tanaka;T. Hirayama
  13. Mater. Res. Bull. v.23 no.323 A. Tsuzuki;S. Kawasaki;M. Awano;T. Sekiya;Y. Torii
  14. Mater. Res. Bull. v.22 A. Tsuzuki;S. Kawasaki;T. Sekiya;Y. Torii;E. Ishii
  15. Adv. Phys. v.18 no.41 I. G. Austin;N. F. Mott
  16. Electronic Processes in Non-Crystalline Materials(2nd edn.) N. F. Mott;E. A. Davis
  17. J. Mater. Sci. Lett v.9 A. Tsuzuki;K. Kani;S. Kawakami;T. Sekiya;Y. Torii
  18. J. Non-Cryst. Solids v.51 no.87 V. K. Dhawan;A. Mansingh;M. Sayer
  19. Solid State Ionics v.40;41 N. Lebrun;M. Le'vy;J. L. Soquet
  20. J. Ceram. Soc. Japan v.101 森 英嗣;北見高志;坂田浩伸
  21. 內田老鶴圃 X-Ray Diffraction Analysis U. Rokakuho