• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2008.06a
• /
• pp.56-56
• /
• 2008

최근, 비납 또는 납의 함량을 줄인 압전 세라믹에 대한 관심이 증가하고 있고, 그에 따른 여러 연구가 활발히 이루어지고 있다. 납을 포함하는 세라믹은 높은 소성온도에서 납의 휘발로 인한 특성저하와 환경오염 등이 문제가 된다는 것을 우리는 익히 알고 있다. 그렇기 때문에 PZT계 세라믹스를 대체할 우수한 특성을 가지는 새로운 비납 세리믹스의 조성개발이 시급하다. 비납계 세라믹스 중에서 NKN계를 바탕으로 하는 세라믹스는 가장 기대되는 재료이다. 일반적인 소성에서 순수한 NKN 세라믹은 가장 높은 압전 $d_{33}$상수가 100 pC/N이 넘지 않는다. 그런데 페로브스카이트 구조로된 NKN세라믹스의 A-site에 $Li^{1+}$이온을 치환하면 압전 특성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 압전세라믹에서 분극처리는 필수적인데 분극처리는 압전성을 부여할 뿐 아니라 다른 물성도 변화시킴은 잘 알려져 있다. 그러므로 그에 대한 연구 또한 중요한 의미를 갖는다. 따라서 이번 연구에서는 NKN세라믹스에 $Li_2CO_3$를 소결조제로 첨가하여 시편을 제작하였고, 제작된 시편의 특성을 분극전계에 따라 조사하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 1998.08a
• /
• pp.115.1-115
• /
• 1998

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
• /
• v.25 no.9
• /
• pp.702-710
• /
• 2012

Eco-friendly $(Na,K)NbO_3$ (NKN)-based piezoelectric ceramic materials were fabricated by conventional ceramic method for shear mode piezoelectric energy harvesting application. $NKN-LiTaO_3$ (LT) based compositions were adopted for the high $d_{15}{\times}g_{15}$ which is proportional to harvested energy density. The composition $0.935(Na_{0.535}K_{0.485})NbO_3-0.065LiTaO_3$ was found to be lie on the boundary of tetragonal and orthorhombic phases. With reducing Ta content, the dielectric constant decreased gradually while maintaining high $d_{15}$, which resulted in increased $d_{15}{\times}g_{15}$. The composition $0.935(Na_{0.535}K_{0.485})NbO_3-0.065Li(Nb_{0.990}Ta_{0.010})O_3$ was found to possess excellent piezoelectric and electromechanical properties ($d_{15}{\times}g_{15}=29\;pm^2/N$, $d_{15}$ = 417 pC/N, $k_{15}$ = 0.55), and high curie temperature ($T_c=455^{\circ}C$).

• Journal of the Korean Ceramic Society
• /
• v.54 no.4
• /
• pp.261-271
• /
• 2017

Environment-friendly $(K,Na)NbO_3-based$ (KNN) lead-free piezoelectric materials have been studied extensively in the past decade. Significant progress has been made in this field, manifesting competitive piezoelectric performance with that of lead-based, for specific application scenarios. Further understanding of the relationship between high piezoelectricity and microstructure or more precisely, ferroelectric domain structure, domain wall pinning effect, domain wall conduction and local polarization switching underpins the continuous advancement of piezoelectric properties, with the help of piezoresponse force microscopy (PFM). In this review, we will present the fundamentals of scanning probe microscopy (SPM) and its cardinal derivative in piezoelectric and ferroelectric world, PFM. Some representative operational modes and a variety of recent applications in KNN-based piezoelectric materials are presented. We expect that PFM and its combination with some newly developed technology will continue to provide great insight into piezoelectric materials and structures, and will play a valuable role in promoting the performance to a new level.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
• /
• v.24 no.8
• /
• pp.632-635
• /
• 2011

Additions (ZnO, CuO) doped $0.98(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3-0.02Li(Sb_{0.17}Ta_{0.83})O_3$ (0.98NKN-0.02LST-x) lead free piezoelectric ceramics have been fabricated by ordinary sintering technique. The effects of additions doping on the dielectric, piezoelectric, and ferroelectric properties of the ceramics were mainly investigated. X-ray diffraction of the sample appeared orthorhombic phase. The specimen doped with additions exhibits enhanced electrical properties ($d_{33}$= 153 pC/N). These results indicate that the 0.98NKN-0.02LST-x ceramics is a promising candidate for lead-free piezoelectric ceramics for applications such as piezoelectric actuators, harmonic oscillator and so on.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2008.06a
• /
• pp.327-327
• /
• 2008

Lead-free $(K_{0.5}Na_{0.5})NbO_3$ 압전 세라믹스는 다양한 광소자로의 응용과 압전 특성, 초전 특성을 이용한 압전 소자로의 응용이 가능한 재료로 보고되고 있다. 그러나 KNN계 압전소재 특성상 판상 형태의 결정립으로 인해 낮은 소결 밀도를 갖게 되고, 그로인해 압전물성의 저하를 초래하는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 본연구에서는 다양한 밀링 방법을 적용하여 입자 사이즈를 작게 하고 소성체의 결정립을 구형화 함으로써 저온소결에서의 압전물성을 개선시키고자 한다. $(K_{0.5}Na_{0.5})NbO_3$를 기계적 분쇄법에 의해 입자사이즈에 따라 변화되는 상의 분석과 압전체로서의 특성을 관찰하였다. 결정학적 상분석 및 미세 조직은 XRD, SEM을 이용하여 관찰하였고, Capacitance는 Impedance analyzer(HP4192A)로 측정하였으며, Impedance 주파수 특성은 Network Analyzer로 측정하여 Kp, Kt와 Qm을 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2010.06a
• /
• pp.307-307
• /
• 2010

최근 유한연료의 고갈로 인해 세계 유가가 불안정 됨으로서 대체 에너지에 대한 연구가 많이 진행 되고 있다. 특히 압전 소자를 이용한 에너지 하베스팅은 압전 역효과를 이용한 것으로서 주변에서 무의미하게 버려지는 진동이나 바람, 열 에너지를 실 생활에 사용할 수 있는 전기 에너지로 변환할 수 있는 유망한 기술 중 하나이다. 이러한 에너지 하베스팅 기술은 일본과 같은 선진국에서 이미 지하철 및 일반 다리와 같이 진동이 극히 많은 곳에서 응용되고 있다. 이러한 에너지 하베스팅 기술을 응용 하려면 전압출력 계수($g_{33}$)가 높아야 한다. 이것은 압전 d 상수와 유전상수에 영향을 많이 받는 것으로 알려져 있다. 현재가지 응용되는 압전 하베스팅 조성은 Pb(Zr,Ti)$O_3$ (PZT)를 기초로한 세라믹이 응용되고 있다. Pb(Zr,Ti)$O_3$ (PZT) 세라믹은 Morpohotropic phase boundary(MPB)에서 전기기계 결합계수 (kp) 와 기계적 품질계수 (Qm) 이 각각 0.5와 500으로 우수한 특성을 나타낸다. 또한 큐리온도 (Tc) 도 $400^{\circ}C$로 온도 안정성 또한 높다. 하지만 $1000^{\circ}C$ 이상에서 소결하는 PbO는 소결 중 급격한 휘발로 환경적 오염 뿐 아니라 특성의 저하를 야기시킨다. 그래서 몇몇 나라에서는 그 사용을 제한하고 점차적으로 사용을 줄여 나가고 있는 동시에 PbO가 첨가되어 있지 않은 Lead-Free 세라믹의 연구가 많이 진행되고 있다. Lead-Free 세라믹 중 alkaline niobate를 기초로 한 페로브스카이트 구조의 ($Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3$ (NKN) 은 PbO를 기초로 한 세라믹을 대체할 유망한 후보자 중 하나이다. 하지만 NKN세라믹의 K 성분의 조해성 및 고온에서의 휘발로 인해 일반 적인 소결 방법으로는 고밀도의 세라믹을 얻기 매우 어렵다. 그래서 Hot pressing, Hot forging, RTGG(Reactive Template Grain Growth), SPS(Spark plasma Sintering)와 같은 특별한 소결 법을 이용하거나 $K_8CuNb_4O_{23}$(KCN) 이나 $K_{5.4}Cu_{1.3}Ta_{10}O_{29}$(KCT) 등을 첨가하여 그 소결성을 향상 시키는 방법도 있다. 또한 압전 d상수를 향상 시키기 위해 $Nb_2O_5$나, $La_2CO_3$, $CeO_2$, $Li_2CO_3$ 등을 치환함으로써 압전 d상수를 향상 시켜 전압출력 계수를 높이는 연구 또한 많은 보고가 되어 있다. 특히 $Li_2CO_3$의 첨가는 일반 적인 소결 방법으로도 밀도의 조밀함을 향상 시켜 그에 따른 높은 유전율과 전기기계 결합계수, 압전 d상수를 가져 많은 연구가 되어지고 있다. 그래서 본 연구에서는 일반적인 ($K_{0.5}N_{0.5})_{1-x}Li_x(Nb_{0.96}Sb_{0.04})O_3$ + 0.2mol%$La_2O_3$ + 1.2mol%$K_8CuNb_4O_{23}$ 세라믹에 x(=Li) 치환에 따른 유전 및 압전특성을 조사하였다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
• /
• v.10 no.4
• /
• pp.121-124
• /
• 2009

In this study, in order to develop compositions of ceramics suitable for piezoelectric actuator and ultrasonic vibrator applications using low temperature sintering, multilayer, PMN-PNN-PZT ceramics were fabricated using $Li_2CO_3$ and $Na_2CO_3$ as sintering aids. Their structural, piezoelectric and dielectric characteristics were investigated according to the Zr/Ti ratio. As the Zr/Ti ratio increased, the electromechanical coupling factor $k_p$, and piezoelectric constant $d_{33}$ and the mechanical quality factor $Q_m$ all increased with Zr/Ti ratio and then decreased after the ratio exceeded 50/50. At the ratio of Zr/Ti =49/51 and sintering temperature of $900^{\circ}C$; the density, electromechanical coupling factor $k_p$, dielectric constant ${\varepsilon}_r$ piezoelectric $d_{33}$ constant and mechanical quality factor $Q_m$ all showed the optimum values of 7.900 $g/cm^3$, 0.576, 856, 312 pC/N, 1,326, respectively. These property values are very suitable for multilayer ceramics actuator applications.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2004.07b
• /
• pp.744-747
• /
• 2004

[ $0.96[Bio_{0.5}(Na_{0.84}K_{0.16})_{0.5}TiO_3]+0.04SrTiO_3+0.3wt%Nb_2O_5+0.2wt%La_2O_3+xwt%MnO_2$ ], were studied in order to develope the superior dielectric and piezoelectric properties of Lead-free Piezoelectric ceramics. With increasing amount of $MnO_2$ addition, density showed the maximum value of $5.79[gcm^3$] at 0.1wt% $MnO_2$ addition, and electromechanical coupling factor($k_p$) and dielectric constant decreased, and mechanical quality factor($Q_m$) increased and showed the maximum value of 161 at 0.3wt% $MnO_2$ addition.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2008.06a
• /
• pp.59-59
• /
• 2008

Pb(Zr,Ti)$O_3$(PZT)는 현재 가장 우수한 압전특성을 가진 압전 재료로써, 압전효과와 역압전효과를 이용한 압전 액추에이터, 압전 트랜스듀서, 센서, 레조네이터 등의 활동에 대한 연구과 활발하게 이루어 지고 있다. 그러나 압전성이 우수한 PZT 세라믹스들은 Pb 성분이 포함되어 있기 때문에 환경오염뿐 아니라, 경제적인 측면에서도 많은 문제점을 가지고 있어 최근에는 유해원소인 Pb를 포함하지 않는 친환경 압전 세라믹스에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. (Na, K)$NbO_3$은 뛰어난 특성을 가지고 있어 Pb를 기본조성으로 하는 압전세라믹스를 대체할 수 있는 대표적인 물질중의 하나로 알려져 있다. 그러나, potassium의 수분과의 반응성과, 소결시 휘발로 인해 높은 소결밀도의 NKN을 제조하기 어렵다. 이러한 단점을 보안하기 위해 Hot pressing, Hot forging, SPS 등 여러가지 방법을 이용하여 연구가 수행되고 있지만, 고가의 제조공정을 이용해야만 한다. 본 연구에서는 $BaSrTiO_3$의 새로운 고용체를 추가시켜 기본 NKN 조성보다 소결밀도, 유전 및 압전특성을 향상시키고자 하였다.