일반기술

Gallium Orthophosphate (GaPO4) 뛰어난 특성을 지닌 새로운 압전(piezoelectric) 결정

Gallium Orthophosphate (GaPO4)는 오스트리아의 대기업에 의해 개발된 새로운 압전 결정으로, 석영(quartz) 과 동일한 점군 (point group)에 속하지만, 두 배나 되는 압전 감도를 보이며, 최대 950°C 이상에 이르는 온도에 대해 뛰어난 열 안전성을 보인다. 따라서, GaPO4는 고전단 전도계(high -shear viscometer)나 모든 유형의 친화성(affinity) 센서 뿐 아니라, 소형의 비 냉각식 압력계(pressure transducer), 가속도계(accelerometer), 또는 고온 결정 미세 저울(high temperature crystal microbalance) 등의 설계를 가능케 한다.이 오스트리아 회사의 과학자들은 냉각을 하지 않고서도 내연 기관 내에서 고정밀도의 측정을 가능케 하는 새로운 압전 물질들의 연구를 시작했다. GaPO4는 이와 같은 야심찬 요구를 가장 잘 충족시키는 물질로서 발견되었다. 천연 상태의 GaPO4 결정이 존재하지 않으므로, 이 회사는 이 신 물질을 위한 성장 기술을 개발하였다. 이 회사는 세계에서 유일하게 GaPO4의 산업 생산 설비를 갖추고 있으며, 이 설비에는 GaPO4 결정의 성장을 위해 특별히 개발된 고압 멸균기(autoclave)가 장착되어 있다. 이제 GaPO4는 다양한 용도를 위해 이용될 수 있게 되었다. GaPO4는 높은 수준의 열 안전성으로 인해, 고온 환경에서의 기계 모니터링과 압력 측정을 위한 최적의 물질이라 할 수 있다. GaPO4에는 초전성(pyroelectricity)이 없는데, 고온의 애플리케이션을 위해 종종 사용되는 다른 물질들(LiNbO3, 전기석-tourmaline-)과는 달리, GaPO4 내의 온도 변화는 센서의 신호를 간섭하지 않는다. 또한 GaPO4는 소형화와, 냉각을 통하지 않은 열 안전성을 가능케 한다. GaPO4에는 응력 유도(stress-induced) twinning이 존재하지 않으며, 수정과 같은 alpha-beta 상 전이(phase transition)가 없으므로, 고응력 하에서도 압전 특성들이 변하지 않는다. GaPO4를 공진을 위한 애플리케이션에 사용하면, 공진 주파수가 온도에 대한 의존도가 낮음으로 인해 다른 물질들보다 훨씬 더 큰 이득을 가져온다. 또한 GaPO4는 유체에서의 감폭(damping) 이 더 적으므로, 고온에서도 높은 감도를 보장하며, 결합 상수(coupling constant)의 값이 석영보다 더 높으므로, 더 넓은 대역폭과 풀링(pooling) 범위, 그리고 더 낮은 삽입 손실(insertion loss)을 통해 VCXO나 SAW 필터에 매우 적합한 물질이다. 이 독특한 물질은 심지어는 600 °C가 넘는 온도에서도 트랜스듀서나 SAW 원격 모니터링 센서들에 대해 수년동안 높은 수준의 신뢰성을 보장한다. 혁신적인 사항:GaPO4는 고전단 전도계(high -shear viscometer)나 모든 유형의 친화성(affinity) 센서와 같이 높은 수준의 감도를 요구하는 저온 애플리케이션 뿐 아니라, 압력계(pressure transducer), 가속도계 (accelerometer), 또는 고온 결정 미세 저울(high temperature crystal microbalance) 등과 같이 초고온에서 압전 효과를 이용하는 모든 애플리케이션들에 적합하다. 주요 장점:GaPO4는 심지어는 극 고온에서도 높은 감도와 뛰어난 열 안전성을 지닌 소형의 비냉각식 트랜스듀서의 설계를 가능케 한다. 뛰어난 압전 감도최대 950°C 이상에 이르는 온도에 대해 뛰어난 열 안전성 초전성(pyroelectricity)이 없음 응력 유도(stress-induced) twinning이 없음뛰어난 절연 저항(insulation resistance)뛰어난 전기기계(electromechanical) 결합 더 넓은 대역폭더 넓은 풀링(pooling) 범위유체 내 감폭(damping) 이 더 적음낮은 삽입 손실(insertion loss)낮은 SAW 속도