최근 몇 년 동안 독성 납의 사용 및 폐기를 제한하기 위해 Pb(Zr, Ti)O₃ (PZT) 및 관련 페로브스카이트 재료를 대체하는 것을 목표로 무연 압전 세라믹 분야가 발전해 왔다. 다양한 무연 소재는 잘 알려진 PZT 소재를 대체하기 위해 경쟁하고 있다. 그 중 PZT를 대체할 것으로 보이는 비스무스 티탄산나트륨(BNT)이 연구자들의 관심을 끌고 있다. BNT는 독특한 페로브스카이트 구조와 높은 유전율을 지닌 기능성 소재로 커패시터, 센서, 에너지 저장 장치 등 다양한 전자 응용 분야에 매력적인 후보이다. 페로브스카이트 상을 얻기 위해서는 건식법(고상반응법)과 습식법(공침법)의 두 가지 합성법을 사용할 수 있다.
본 연구에서는 BNT 결정립 크기, 결정성 및 소결성을 보다 정밀하게 제어하기 위해 공침 합성에 대해 살펴보고 합성 조건을 조사하였다. 공침 합성 공정과의 비교를 위해 탄산나트륨, 산화비스무트, 산화티타늄 분말의 고상반응을 통해 BNT 분말도 제조하였다. 습식합성법의 출발물질로는 티타늄 이소프로폭시드, 질산나트륨, 질산비스무트를 사용하였다. 수산화티타늄, 질산, 과산화수소를 이용하여 티타늄 퍼옥소 착물 용액을 합성하였다. 티타늄 퍼옥소 복합체, 나트륨, 질산비스무트 용액을 혼합하여 투명한 Bi-Na-Ti 전구체 용액을 형성하였다. NaOH를 사용하여 전구체 용액의 pH를 9로 높이는 동안 흰색 분말이 침전되었다. 결정 구조, 입자 크기 및 미세 구조는 각각 XRD, Zeta Potential 및 SEM을 통해 분석되었다. 소성 온도를 최적화함으로써 BNT에는 2차 상이 없도록 만들어졌다. 백색 침전물을 600℃ 이상에서 3시간 동안 소성하여 구형의 단일상 BNT 분말을 얻었다. 입도 분석 및 SEM 측정 결과, BNT 분말은 500nm 이하의 입경으로 균일하게 분산되어 있는 것으로 나타났다. 고상 반응을 이용하여 합성된 BNT 분말과 비교하여, 습식 석출법은 BNT 세라믹의 소결성을 크게 향상시켰다. 낮은 소결온도에서 습식석출법을 이용하여 이론치의 98% 밀도의 BNT 세라믹 분말을 얻었다.. 유전 특성 분석에 따르면, 저온(1000℃) 소결 세라믹 샘플은 더 높은 열 안정성을 나타내며, 낮은 소결 샘플의 경우 200℃까지 유전 전이 피크가 관찰되지 않습니다.