가동원전 1차 계통 핵심설비의 안전을 상시적으로 모니터링하기 위해서는 고온, 방사선 극한환경에서 신뢰적으로 동작하기 위한 센서시스템 기술이 필요하며, 이를 위해 본 사업에서는 고온, 방사선 등 가혹환경에서 동작 가능한 센서용 압전 산화물 소재 원천기술을 확보하고자 하였다. 문헌분석을 통해 고온용 압전 산화물로 BiT(Bi
4Ti
3O
12) 물질계 및 도핑물질(Nb, Ta)을 결정하고 조성, 구조, 공정 최적화를 통해 최종적으로 Bi
4Ti
2.99Nb
0.005Ta
0.005O
12 압전 산화물을 선정하였으며, 압전상수 32.1pC/N 및 큐리온도 673도를 달성하였다. 압전 산화물의 고온 물성 및 열화 특성을 연구하기 위해 온도에 따른 전기적 특성 평가를 수행하였으며, 이를 위해 in-situ(상온~300도) 및 ex-situ(상온~700도) 고온 환경 적용성 평가 체계를 구축하였다. in-situ 고온 환경 시험에서는 Bi
4Ti
2.99Nb
0.005Ta
0.005O
12 샘플의 유전손실(tanδ), 저항(Ω), 전기 전도도(σ
ac), 압전상수(d
33*), P-E loop, unipolar strain 전기적 특성 평가를 통해 고온 안정성을 확인하였고, ex-situ 고온 환경 시험에서는 650도에서 Bi
4Ti
2.99Nb
0.005Ta
0.005O
12 샘플이 초기 압전상수 (d
33) 대비 80% 이상 우수한 특성을 유지하는 것을 확인하였다. 또한, 300도에서 14일 이상 고온 장기 안정성 평가를 수행한 결과 초기 압전상수(d
33)의 91% 이상을 유지하였다. 압전 산화물의 방사선 조사 특성 연구를 위해 첨단방사선연구소와 협력 연구를 통하여
60Co 감마선 선원을 이용한 조사 특성 평가체계를 구축하였고, Bi
4Ti
2.99Nb
0.005Ta
0.005O
12 샘플은 고선량 감마선 조사 후에도 초기 값 대비 압전상수 (d
33)는 91%, 큐리온도(Tc)는 98.6% 특성을 유지하는 것으로 우수한 내방사선 특성을 확인하였다. 적층형 압전소재 신뢰성 평가를 위해, 상용 가속도계 센서의 내부 구조, 사양, 재질을 X-ray, SEM, EDS 등을 통하여 분석하고 기술 개발 방법론을 도출하였고, 적층형 압전소재용 세라믹 제작기술을 확보하였다. (출처 : 서지정보양식 79p)
- 연구책임자 : 박진주
- 주관연구기관 : 한국원자력연구원
- 발행년도 : 20210100
- Keyword : 1. 센서시스템;고온;방사선;압전 산화물;고온 특성;방사선 조사 특성; 2. sensor-system;high temperature;radiation;piezoelectric oxide;high temperature property;irradiation property;
