2011-06-24
org.kosen.entty.User@148b3790
김형주(hotdog328)
- 1
안녕하세요. KOSEN여러분들. 오늘 비가내리는게 시원하고 좋네요^^;
디름이 아니라 세라믹관련해서 궁금한것이 있어 질문을 올립니다.
세라믹의 전기저항 or 체적저항은 Ω·cm 의 단위로 가는데
대략적으로 반도체인 Si wafer가 10의6승, glass가 10의12승, 알루미나(사파이어구조)
가 10의16승 Ω·cm 의 저항값을 가지는것으로 알고 있는데요.
세라믹이 온도를 올릴수록 체적저항 or 전기저항의 값이 내려간다고 하더라구요.
예를들어 사파이어구조(코런덤구조)인 알루미나를 상온에서 체적저항을 측정한 값이
10의 16승이라고 나오고, 섭씨 80도에서 측정한 값이 10의14승, 섭씨 100도에서 측정한
값이 10의 13승값을 갖는데요.
이 이유를 정말 모르겠어서 너무 힘드네요. 관련서적을 뒤져봐도 이렇다할 해답이 없더라
구요..
제 아둔한 생각엔 이온결합+공유결함이 대부분인 세라믹에서 온도를 올리면 양자화된 포논
에 의해 저항이 올라가야 맞는거 같은데 말이죠..
많은 조언 부탁드립니다 KOSEN 여러분들!^^
디름이 아니라 세라믹관련해서 궁금한것이 있어 질문을 올립니다.
세라믹의 전기저항 or 체적저항은 Ω·cm 의 단위로 가는데
대략적으로 반도체인 Si wafer가 10의6승, glass가 10의12승, 알루미나(사파이어구조)
가 10의16승 Ω·cm 의 저항값을 가지는것으로 알고 있는데요.
세라믹이 온도를 올릴수록 체적저항 or 전기저항의 값이 내려간다고 하더라구요.
예를들어 사파이어구조(코런덤구조)인 알루미나를 상온에서 체적저항을 측정한 값이
10의 16승이라고 나오고, 섭씨 80도에서 측정한 값이 10의14승, 섭씨 100도에서 측정한
값이 10의 13승값을 갖는데요.
이 이유를 정말 모르겠어서 너무 힘드네요. 관련서적을 뒤져봐도 이렇다할 해답이 없더라
구요..
제 아둔한 생각엔 이온결합+공유결함이 대부분인 세라믹에서 온도를 올리면 양자화된 포논
에 의해 저항이 올라가야 맞는거 같은데 말이죠..
많은 조언 부탁드립니다 KOSEN 여러분들!^^
- 세라믹
- 온도
- 유전체
지식의 출발은 질문, 모든 지식의 완성은 답변!
각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
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답변 1
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답변
최규석님의 답변
2011-06-27- 3
금속의 경우는 쉽게 이동이 가능한 자유전자에 의해서 전하가 전달되므로 자유전자의 갯수나 전자가 움직이는데 필요한 에너지 보다는 전자가 움직일 수 있는 거리(평균 자유 행로)에 의해서 전기 전도도(저항의 역수)가 결정됩니다. 그런데 자유전자들 속에 있는 금속 원자는 한 자리에 가만히 있는 것이 아니라 제자리에서 진동을 하는데 이 진동의 폭은 온도가 올라갈수록 커집니다. 따라서 원자핵 사이를 이동하는 자유전자는 온도가 올라갈수록 원자핵과 충돌하면서 이동 거리가 짧아지기 때문에 전기 전도도가 떨어지고 반대로 저항은 증가하게 됩니다. 한편 세라믹스 물질은 이온결합이나 공유결합을 하고 있습니다. 이들 결합의 경우는 결합에 참여하는 전자들이 모두 주어진 궤도를 차지하고 있기 때문에 자유전자가 거의 없습니다. 세라믹스 물질의 공통적인 성질들은 모두 이러한 결합형태 때문에 얻어지는 것입니다. 즉, 자유전자의 숫자가 절대적으로 부족하기 때문에 전기전도도 및 열전도도가 낮으며 단결정의 경우는 자유전자가 빛을 흡수하지 않으므로 투명하게 보입니다. 또 원자간의 결합이 단단하기 때문에 열팽창계수가 작으며 경도가 높지만 연성이나 전성을 가지지 않습니다. 세라믹스 물질에서 전기를 흐르게 하는 전하 전달체는 자유전자, 전자 빈자리(정공), 이온 빈자리, 틈새 이온 등이 있습니다. 어떤 세라믹스에서는 이들중 한가지 전하 전달체만 작용하는 반면 다른 것에서는 여러가지가 함께 작용하기 때문에 이들 전하 전달체 모두의 열적 거동에 대해서 알아 보겠습니다. 참! 세라믹스의 경우는 모두 단결정에 대한 설명입니다. 다결정 물질의 계면 효과까지 생각하게 되면 책 한권이 넘는 분량이니까요. 여하튼... 세라믹스 물질에서 자유전자와 정공은 온도가 올라가면 그 숫자가 증가합니다(그 이유는 통계열역학으로 증명됩니다.). 세라믹스 역시 온도가 올라가면 원자의 진동 폭이 커지지만 금속보다는 그 폭이 작으며 또한 자유전자나 정공의 평균자유행로 감소에 의한 영향 보다는 그 숫자의 증가에 의한 영향이 전기전도도에 훨씬 더 크게 미치므로 온도가 올라가면 전기전도도가 증가합니다. 한편 이온 빈자리와 틈새 이온은 그 갯수는 온도의 영향을 거의 받지 않지만 이동하기 위해서는 많은 활성화 에너지를 요구합니다. 따라서 온도가 올라갈 수록 이동에 필요한 횔성화 에너지를 쉽게 얻을 수 있기 때문에 움직임이 빨라져서 역시 전기 전도도가 증가합니다. 이상의 내용을 한줄로 정리하면 금속은 온도가 올라갈 수록 전기저항이 증가하자만, 세라믹스는 온도가 올라갈 수록 전기저항이 감소한다고 할 수 있습니다.
와...seed77님 너무 감사합니다. 정말 이해하기 쉽고 자세히 설명해주셔서 정말 큰 도움이 되었습니다!! 혹시 다결정 세라믹스에 관한 온도와 비저항관의 관계에 대한 정보(서적, 사이트)도 가지고 있으시면 한번 염치불구하고 도움 부탁드리겠습니다!^^