• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.30 no.5
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• pp.94-100
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• 2002

This paper is concerned with the development, and performance test of LIPCA (Lightweight Piezo-composite Curved Actuator) that is lighter than other conventional piezo-composite type actuators. LIPCA is composed of top fiber composite layers with a high modulus and low CTE (Coefficient of Thermal Expansion), a middle PZT cermaic wafer, and base layers with a high modulus and high CTE. The performance of each actuator was evaluated using an actuator test system consisting of an actuator supporting jig, a high voltage actuating power supplier, and a non-contact laser measuring system. The simply supported condition actuator was excited by the power supplier with 1.0Hz cycle and up to $100\sim400V_{pp}$. The displacement at the center point of actuator was measured with non-contact laser displacement measuring system, It has been shown that the LIPCA-C2 can 34% decrease in mass and 13% increase in displacement compared to THUNDER.

• The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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• v.12 no.1
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• pp.245-248
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• 2012

In this paper, the optimized growing conditions of PZT thin films on low temperature co-fired ceramics (LTCC) substrates are studied. The LTCC technology is an emerging one in the fields of mesoscale (from 10 um to several hundred um) sensor and actuator against silicon based technology due to low cost, high yield, easy manufacturing of 3 dimensional structure, etc. The LTCC substrates with thickness of 400 um are fabricated by laminating 100 um green sheets using commercial power (NEG, MLS 22C). The Pt/Ti bottom electrodes are deposited on the LTCC substrates, then the growing conditions of PZT thin films using rf magnetron sputtering method are studied. The growing conditions are tested under various rf power and gas ratio of oxygen to argon. And the crystallization and ingredient of PZT films are analyzed by X-ray diffraction method (XRD) and energy dispersive spectroscopy (EDS). The optimized growing conditions of PZT thin films are rf power of 125W, Ar/O2 gas ratio of 15:5.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.325-325
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• 2008

스크린 프린팅에 의한 압전 후막은 MEMS 공정을 이용하여 마이크로 펌프, 마이크로 벨브, 마이크로 센서, 마이크로 로봇 등 여러 초소형 기계부품에 응용되고 있으며, Sol-Gel, PLD를 이용해 증착된 막 등에 비해 수십${\mu}m$의 비교적 두꺼운 막을 형성시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 실리콘 기판을 사용하여 스크린 프린팅으로 형성된 압전 후막의 경우, 공정상 바인더를 연소시키는 과정을 거치게 되므로, 밀집된(Dense) 구조를 가지는 막을 만들기가 어렵다. 이로 인해 스크린 프린팅에 의한 후막은 전기적 특성 및 기계적 특성이 떨어지는 경향이 있다. 본 연구에서는 스크린 프린팅에 의한 압전 후막의 밀집된 구조 및 특성을 향상시키기 위해 0.01Pb$(Mg_{1/2}W_{1/2})$O3-0.41Pb$(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-0.35PbTiO_3-0.23PbZrO_3$의 powder와 Attrition 밀링 처리된 powder를 비율별로 혼합하여 입자의 크기를 변화시켜 막의 충진 밀도를 향상시켰으며, 열처리 효과를 극대화시키기 위해 RTA(Rapidly Thermal Annealing)를 통해 열처리 하였다. Attrition 밀링에 의한 파우더를 각각 비율별로 100%, 50%, 25%로 혼합하여 만든 압전 세라믹 페이스트는 P-type(100)Si Wafer sample 위에 $1{\mu}m$의 하부전극용($1100^{\circ}C$) Ag 전극을 screen print하여 소결했다. 그리고 다시 전극이 형성된 Si wafer 위에 스크린 프린팅하고, 건조 한 후 RTA로 300초 동안 열처리 한 결과 밀집된 구조를 가지는 압전 후막을 제작 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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• 2004.04a
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• pp.135-138
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• 2004

Conventional piezoelectric lead-zirconate-titanate (PZT) senor has high sensitivity, but it is very brittle. Recently polymer films such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and poly(vinylidene fluoride­trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) copolymer have been used as a sensor. The advantages of polymer sensor are the flexibility and mechanical toughness. Simple process and possible several shapes are also additional advantages. Polymer sensor can be directly embedded in a structure. In this study, nondestructive damage sensitivity of single basalt fiber/epoxy composites was investigated with sensor type and thermal damage using AE and oscilloscope. And AE waveform for epoxy matrix with various damage types was compared to each other. The damage sensitivity of two polymer sensors was rather lower than that of PZT sensor. The damage sensitivity of PVDF sensor did not decrease until thermal damage temperature at $80^{\circ}C$ and they decreased significantly at $110^{\circ}C$ However, the damage sensitivity of P(VDF-TrFE) sensor at $110^{\circ}C$ was almost same in no damage sensor. For both top and side impacts, the difference in arrival time increased with increasing internal and surface damage density of epoxy matrix.

• Journal of Aerospace System Engineering
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• v.13 no.2
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• pp.43-50
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• 2019

Satellite and aircraft components are greatly affected by the possibility for missions and safety due to temperature effects. In the field of fuel cells, research is actively carried out for UAV. For the efficiency and stability of the fuel cells, the temperature for operations must be confirmed. In this paper, a smart paint was fabricated with $BaTiO_3$ and $SrTiO_3$ ceramics in order to take advantage of the rapid characteristics of the PTC thermistor, which is the resistance changes abruptly above the Curie point. A coating agent was prepared to prevent the paint from peeling off the samples and the coated models were checked for resistance changes. Moreover, the resistance change of the $BaTiO_3$ and $SrTiO_3$ with temperature conditions was measured before and after coating.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.35 no.4
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• pp.412-417
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• 2022

Capacitive-type humidity sensors with a high sensitivity and fast response/recovery times have attracted a great attention in non-contact respiration biological signal monitoring applications. However, complicated fabrication processes involving high-temperature heat treatment for the hygroscopic film is essential in the conventional ceramic-based humidity sensors. In this study, a non-toxic ceramic/metal halide (BaTiO₃(BT)/NaCl) humidity sensor was prepared at room temperature using a solvent-free aerosol deposition process (AD) without any additional process. Currently prepared BT/NaCl humidity sensor shows an excellent sensitivity (245 pF/RH%) and superior response/recovery times (3s/4s) due to the NaCl ionization effect resulting in an immense interfacial polarization. Furthermore, the non-contact respiration signal variation using the BT/NaCl sensor was determined to be over 700% by maintaining the distance of 20 cm between the individual and the sensor. Through the AD-fabricated sensor in this study, we expect to develop a non-contact biological signal monitoring system that can be applied to various fields such as respiratory disease detection and management, infant respiratory signal observation, and touchless skin moisture sensing button.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.30 no.2
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• pp.13-20
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• 2023

The process of microelectromechanical system (MEMS) fabrication involves surface treatment to impart functionality to the device. Such surface treatment method is the self-assembled monolayer (SAM) technique, which modifies and functionalizes the surface of MEMS components with organic molecule monolayer, possessing a precisely controllable strength that depends on immersion time and solution concentration. These monolayers spontaneously adsorb on polymeric substrates or metal/ceramic components offering high precision at the nanoscale and modifying surface properties. SAM technology has been utilized in various fields, such as tribological property control, mass-production lithography, and ultrasensitive organic/biomolecular sensor applications. This paper provides an overview of the development and application of SAM technology in various fields.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.306-306
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• 2008

기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 에너지 변환소자인 압전 세라믹스는 액추에이터, 변압기, 초음파모터, 초음파 소자 및 각종 센서로 응용되고 있으며, 그 응용분야는 크게 증가하고 있다. 최근에는 이러한 압전 소자를 앞으로 도래하는 ubiquitous, 무선 모바일 시대의 휴대용 전자제품, robotics, MEMS 분야 등의 대체 에너지원으로 응용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 특히 인간의 걷기 운동 등과 같은 일상적인 동작으로 필요한 전력을 얻을 수 있고, 세라믹 소자를 이용하기 때문에 전자노이즈가 발생되지 않을 뿐 아니라 반영구적으로 사용할 수 가 있어서, 기존 이차전지를 대체 또는 보완 할 수 있는 방안도 검토되고 있다. PZT계 세라믹스는 높은 유전상수와 우수한 압전특성으로 전자세라믹스 분야에서 가장 널리 사용되어지고 있지만 $1200^{\circ}C$ 이상의 높은 소결온도 때문에 $1000^{\circ}C$ 부근에서 급격히 휘발되는 PbO로 인한 환경오염과 기본조성의 변화로 인한 압전 특성의 저하가 문제시 되고 있다. 또한 적층 세라믹스의 제작 시 구조적 특성상 내부전극이 도포된 상태에서 동시 소결이 필요한데, 융점이 낮은 Ag전극 대신 값비싼 Pd나 Pt가 다량 함유된 Ag/Pd, Ag/Pt 전극이 사용되고 있어 경제성이 떨어지는 단점을 갖게 된다. 순수 Ag 전극을 사용하거나 Ag의 비율이 높은 내부전극을 사용하기 위해서는 $900^{\circ}C$ 이하에서 소결되고 우수한 전기적 특성을 보이는 압전 세라믹스를 개발 하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 압전특성이 우수한 $(Pb_{1-x}Cd_x)(Ni_{1/3}/Nb_{2/3})_{0.25}(Zr_{0.35}/Ti_{0.4})O_3$ 계의 조성을 설계하고, 소걸온도를 낮추기 위해서 2 단계 하소법을 이용하였다. 또한 $MnCO_3$, $SiO_2$, $Pb_3O_4$ 등을 소량 첨가하여 액상 소결 특성을 부여하여 소결 온도를 감소시키려는 시도도 하였다. 분말을 볼 밀링 (ball milling)을 통해 24시간 동안 혼합하고, 혼합된 분말은 $800^{\circ}C$에서 2시간 동안 하소하였다. 하소한 분말을 다시 72시간 동안 볼 밀링 하여 최종 분말을 얻었다. 최종 분말에 PVB를 첨가하여 직경 15mm의 디스크 형태로 성형한 후, 850~$975^{\circ}C$ 범위에서 온도를 변화시키면서 소결을 하였다. 최종 분말 및 소결된 시편을 XRD분석을 통하여 상을 확인하였고, SEM을 이용하여 미세조직을 관찰 하였다. 전기적 특성을 평가하기 위하여 두께를 1mm로 연마한 시편에 Ag 전극을 도포하여 $650^{\circ}C$에서 열처리한 후, 분극처리 하였다. 압전특성은 $d_{33}$-meter로 측정하였고, impedance analyzer를 이용하여 압전 특성 (전기기계결합계수 및 기계적품질계수)을 측정 하였다. 또한 강유전체 특성 평가 장치 (Precision-LC)를 이용하여 분극-전계 특성을 평가하였다. 이상의 연구를 통하여 소결 온도가 $900^{\circ}C$인 경우에서도 양호한 압전 특성을 확보 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.295-295
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• 2007

기계적 에너지를 전기적 에너지로 변화하는 에너지 변환소자인 압전 세라믹스는 액츄에이터, 변압기, 초음파모터, 초음파 소자 및 각종 센서로 응용되고 있으며, 그 응용분야는 크게 증가하고 있다. 최근 이러한 에너지 변화 소자는 앞으로 도래하는 ubiquitous, 무선 모바일 시대의 휴대용 전자제품, robotics, 항공우주, 자동차, 의료, 건축, MEMS 분야 등의 대체 에너지원으로 응용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 특히 인간의 동작 등과 같은 일상적인 동작으로 필요한 전력을 얻을 수 있고, 세라믹 소자를 이용하기 때문에 전자노이즈가 발생되지 않을 뿐 아니라 반영구적으로 사용할 수가 있어서, 기존 이차전지, 연료전지를 대체 또는 보완 할 수 있는 방안도 검토되고 있다. PZT계 세라믹스는 높은 유전상수와 압전특성으로 전자세라믹스분야에서 가장 널리 사용되어지고 있지만 $1200^{\circ}C$이상의 높은 소결온도 때문에 $1000^{\circ}C$ 부근에서 급격히 휘발되는 PbO로 인한 환경오염과 기본조성의 변화로 인한 압전 특성의 저하가 문제시되고 있다. 또한, 적층 세라믹스의 제작 시 구조적 특성상 내부 전극이 도포된 상태에서 동시 소결이 필요한데, 융점이 낮은 Ag전극 대신 값비싼 Pd나 Pt가 다량 함유된 Ag/Pd, Ag/Pt 전극이 사용되고 있어 경제적인 문제가 발생하게 된다. 따라서 순수 Ag 전극을 사용하거나, Ag의 비율이 높은 내부 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 소결되는 압전 세라믹스를 개발 하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 압전특성이 우수한 $(Pb_{1-x}Cd_x)\;[(Ni_{1/3}/Nb_{2/3})_{0.25}Zr_{0.35}Ti_{0.4}]O_3$계의 조성을 설계하여, 소결온도를 낮추기 위해서 2단계 하소법을 이용하였다. 분말을 ball milling을 통해 24시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말은 $800^{\circ}C$에서 2시간 동안 하소하였다. 하소한 분말을 72시간 동안 ball milling 하여 최종 분말을 얻었다. 최종 분말에 PVB를 첨가하여 ${\Phi}21$ disk 형태로 성형한 후, $800{\sim}950^{\circ}C$ 소결을 하였다. 최종 분말 및 소결된 시편을 XRD분석을 통하여 상을 확인하였고, SEM을 이용하여 미세조직을 관찰하였다. 전기적 특성을 확인하기 위하여 두께 1mm로 연마한 시편에 Ag 전극을 도포하여 열처리한 후, 분극 처리하였다. 압전특성은 $d_{33}$ 미터로 측정하였고, impedance analyzer를 이용하여 주파수 및 impedance 특성을 측정하였다. 그 결과 $900^{\circ}C$에서 우수한 압전 특성 및 전기적 특성을 확보 할 수 있었다.

• Composites Research
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• v.34 no.6
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• pp.357-372
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• 2021

The energy harvesting device is known to be promising as an alternative to solve the resource shortage caused by the depletion of petroleum resources. In order to overcome the limitations (environmental pollution and low mechanical properties) of piezoelectric elements capable of converting mechanical motion into electrical energy, many studies have been conducted on a polymer matrix-based composite piezoelectric energy harvesting device. In this paper, the output performance and related applications of the reported piezoelectric composites are reviewed based on the applied materials and processes. As for the piezoelectric fillers, zinc oxide, which is advantageous in terms of eco-friendliness, biocompatibility, and flexibility, as well as ceramic fillers based on lead zirconate titanate and barium titanate, were reviewed. The polymer matrix was classified into piezoelectric polymers composed of polyvinylidene fluoride and copolymers, and flexible polymers based on epoxy and polydimethylsiloxane, to discuss piezoelectric synergy of composite materials and improvement of piezoelectric output by high external force application, respectively. In addition, the effect of improving the conductivity or the mechanical properties of composite material by the application of a metal or carbon-based secondary filler on the output performance of the piezoelectric harvesting device was explained in terms of the structure of the composite material. Composite material-based piezoelectric harvesting devices, which can be applied to small electronic devices, smart sensors, and medicine with improved performance, can provide potential insights as a power source for wireless electronic devices expected to be encountered in future daily life.