Langasite 구조 기반 새로운 화합물의 합성, 결정구조 및 산소이온 전도에 관한 연구

Abstract

Langasite 구조 기반 새로운 화합물의 합성, 결정구조 및 산소이온 전도도에 관한 연구 La3Ga5GeO14는 langasite 구조 기반의 화합물이다. 본 연구에서는 새로운 산소 이온 전도체로서 La3Ga5+xGe1-xO14+x/2(x = 0 ~ 0.5) 을 합성 및 결정구조를 규명하고 산소 이온 전도도를 측정하였다. 고상법을 이용하여 La3Ga5+xGe1-xO14+x/2(x = 0 ~ 0.5) 화합물들을 합성한 후 시료를 방사광 X­선 회절 측정하였다. Fullprof 프로그램을 이용하여 분말 X­선 회절 분석법으로 결정구조를 규명하였고 분석 결과, La3Ga5+xGe1-xO14+x/2(x = 0 ~ 0.5)는 삼방정계 구조에 속하며 공간군은 P321 규명하였다. La3Ga5+xGe1-xO14+x/2(x = 0 ~ 0.5) 화합물은 공간군은 다르나 melilite(황장석)과 유사한 구조를 이루고 있다. La1원자는 8개의 산소와 뒤틀린 톰슨 큐브(twisted thomson cube)로 십면체를 이루고 있고 Ga1 원자가 팔면체 결합을 하고 있고 Ga2/Ge 원자와 Ga3원자가 각각 산소와 사면체 형성하고 있다. 이 화합물들은 melilite와 유사하게 GaO4와 Ga0.5Ge0.5O4 사면체들이 층을 이루고 있으며 층 사이에 팔면체인 GaO6이 층의 연결 다리 역할을 하며 melilite와 달리 3차원으로 산소가 이동할 수 있어 melilite보다 좋은 산소 이온전도도가 기대되어 다양한 온도에서 각 화합물의 이온 전도도를 측정하였다. La3Ga5-xGe1+xO14+x/2(x=0~0.5)¬ 화합물의 산소 이온 전도도를 900℃(±5)에서 측정한 결과 각 조성에 따라 3.31×10-5S/cm(x = 0), 3.48×10-4S/cm(x = 0.1), 1.00×10-3S/cm(x = 0.2), 2.59×10-3S/cm(x = 0.3), 2.13×10-3S/cm(x = 0.4), 2.67×10-3S/cm(x = 0.5)을 나타내며 활성화 에너지 또한 각 조성에 따라 0.97 eV(x = 0), 1.00 eV(x = 0.1), 1.01 eV(x = 0.2), 1.09 eV(x = 0.3), 1.12 eV (x = 0.4), 1.17 eV(x = 0.5) 값을 가진다.