2012-05-29
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김대영(kimvsyoung)
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안녕하십니까.
저는 현재 고체 전해질을 연구하고 있는 학생입니다.
현재 저는 고체전해질을 제작하여 그에 따른 전기적 특성을 측정하고있습니다.
제가 궁금한것은 세라믹의전도에서 크게 영향을 주는 것들이 이온전도라고 알고있습니다.
하지만 전자전도도 어느정도 포함되어있다고 하는데 이온전도와 전자전도를 판단할 수 있는지 궁금합니다..또한 판단할 수 있다면 어떤식으로 판단할수 있을지 알고싶습니다.
많은 답변 부탁드리겠습니다.^^
- 이온전도
- 전자전도
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답변 3
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이시우님의 답변
2012-05-30- 3
세라믹 전도체는 기본적으로 이온전도성과 전자전도성을 동시에 갖는 혼합전도체(MIEC, Mixed Ionic-Electronic conductor)라고 보시면 됩니다. 이온전도도와 전자전도도의 상대적 분율을 transference number라고 하는데 (각각 t_i, t_e), 통상 이온전도체(YSZ같은 고체전해질)는 t_i가 1에 가깝고, (LaCrO3 등) 전자전도체는 t_e가 1에 가까우며, 실제적 의미의 혼합전도체는 t_i (또는 t_e)가 대략 0.1~0.9 범위에서 값을 갖습니다. 일반적인 4-probe법으로 전도도를 측정하면 두가지 전도성 모두에 영향을 받는 전도도를 얻게 됩니다 (electrical conductivity or ambipolar conductivity). 혼합전도체를 회로적 측면으로 본다면 두 저항성분의 병렬 연결과 같기 때문에, 측정되는 전기전도도는 낮은 저항성분 즉 전도도가 큰 성분에 주로 영향을 받게 됩니다. 따라서 YSZ같이 t_i가 1에 가까운 물질은 4-probe 측정으로 얻은 전도도가 거의 이온전도도라고 볼 수 있는 것이지요. 문제는 실제적 의미의 MIEC인데, 이 경우 blocking electrode method 등의 특정한 구성을 통해, 전자나 이온 중에서 한 가지 성분만이 전도될 수 있도록 하여 전자(또는 이온)전도도를 측정합니다. 이 경우 일반적 방법으로 측정된 전기전도도 값이 있다면, 그 비율로서 transference number를 얻을 수 있습니다. 도움이 되셨기를.. -------------------------------------- 안녕하십니까. 저는 현재 고체 전해질을 연구하고 있는 학생입니다. 현재 저는 고체전해질을 제작하여 그에 따른 전기적 특성을 측정하고있습니다. 제가 궁금한것은 세라믹의전도에서 크게 영향을 주는 것들이 이온전도라고 알고있습니다. 하지만 전자전도도 어느정도 포함되어있다고 하는데 이온전도와 전자전도를 판단할 수 있는지 궁금합니다..또한 판단할 수 있다면 어떤식으로 판단할수 있을지 알고싶습니다. 많은 답변 부탁드리겠습니다.^^
이시우(crater) 2012-06-01임피던스 측정으로 시편의 전기전도도(electrical conductivity)를 구하거나, deconvolution을 통해 입계저항(grain boundary resistance)등을 구별해 내는 것 등은 가능하지만 전자전도와 이온전도도를 구별할 수는 없을 겁니다. Cr이 transition metal이기 때문에 전자전도성이 지배적이라는 것은 옳은 설명으로 볼 수 있습니다. 다만, 페롭스카이트 구조산화물에서 이온전도성은 A-site의 조성에 크게 의존적이므로 (즉, La3+ 일부가 Sr2+ 등으로 치환되면 산소 빈자리가 생성되어 이온전도도 증가) B-site가 천이금속(Fe, Co, Ni 등)이더라도 A-site 조성에 따라 이온전도도가 큰 물질도 많습니다. (대표적으로, La0.6Sr0.4CoO3) 다소 고전적인 참고 문헌으로, The CRC Handbook of solid state electrochemistry by P.J. Gellings을 추천합니다.
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윤성민님의 답변
2012-06-10- 2
위의 답변에 덧붙여 추가적으로 간단하게 말씀드린다면, 세라믹 재료에서 이온전도와 전자전도를 전도도 측정을 통해 확인할 수 있는 방법의 하나는 산소분압에 대한 전도도의 변화를 살펴보는 것입니다. 물론 이 방법에서는 산소분압이라는 환경 변수가 하나 더 들어가기 때문에 원하는 사용 영역에서의 transfer number를 정확하게 알 수는 없겠으나, 경향은 아주 잘 알 수 있습니다. 역으로 이야기하면, 해당 세라믹 소재의 이온전도, 전자전도 (중에서도 n형 전도, p형 전도)가 지배적으로 발현되는 산소분압 영역을 알 수 있습니다. 보통 이온전도가 지배적인 영역에서는 전체 전도도가 산소분압 변화에 영향을 받지 않습니다만, 전자전도가 지배적인 영역에서는 메인 전하의 종류 및 가수에 따라 산소분압의 변화에 대한 전도도의 변화가 서로 다르게 나타납니다. n형 전자전도의 경우에는 산소분압 증가에 대한 음의 기울기를 가지게 되며, p형 전자전도의 경우에는 산소분압 증가에 대한 양의 기울기를 가지게 됩니다. 이러한 정보는 Kroger-Vink diagram의 형태로 정리되며, 최근 사용되고 있는 대부분의 세라믹 소재들은 이미 해당 조성에 대해 diagram이 잘 정리되어 있습니다. 위의 내용은 세라믹의 전기적 전도 현상을 다루는 대부분의 교과서에도 설명이 잘 나와 있으니, 참고하시기 바랍니다. -
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강광철님의 답변
2012-05-29- 0
첨부파일
위 사이트를 참고하시면 자세히 설명이 되어있어요..전자전도와 이온전도, 알칼리용액등.. http://non-xtal.gsnu.ac.kr/glass/glasshtml/Glass9.htm
저의 전도도 측정방법은 2probe AC complex impedance로 측정을 하였습니다.
이러한 교류방식의 측정법은 전자전도와 이온전도의 특성을 분리하지 못하는건지..
또한 글에서 말씀해주신 LaCrO3 같은 같은 경우 perovskite구조를 가지는 물질로서, 유전체에 많이 쓰이는 구조로 알고있습니다. 이러한 경우에 LaCrO3조성에서 Cr이 천이금속이기 때문에 전자전도가 지배적인 물질인것으로 해석하면 되는건지요??.. 이러한 부분의 공부를 하기위한 참고문헌같은것이 있다면 추천해주시면 정말 감사드리겠습니다. 또한 이러한 부분에 대해서 간단한 설명을 해주신다면 정말 감사 드리겠습니다.답글 다시한번 감사드립니다^^.