• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.56-56
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• 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
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• 2009.05a
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• pp.30.1-30.1
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• 2009

PZT(Pb(Zr, Ti)$O_3$ 압전세라믹스는 뛰어난 압전 특성과 강유전 특성을 가지고 있어서 현재 널리 사용되고 있다. 하지만 PZT세라믹스는 큐리온도 이상에서 그 특성을 잃게 되고 높은 온도에서의 응용이 제한된다. 따라서 높은 큐리온도를 가지는 압전체를 개발하기 위한 연구가 많이 이루어지고 있다. $PbTiO_3$의 경우에는 $Bi(Zn_{0.5}Ti_{0.5})$, $BiFeO_3$등의 Bi계 세라믹스를 치환하면서 큐리온도가 올라가는 결과가 보고되고 있다. 하지만 이것은 PZT세라믹스 보다 압전 및 유전 특성이 상당히 낮다. 따라서 본 연구에서는 $(1-x)PbZrO_3-xPbTiO_3$조성에 Bi(Me)$O_3$(Me:Zn, Ti, Fe, Al)를 치환하여 압전특성 및 강유전 상전이 온도를 조사하였다. 모든 시편들은 고상반응법으로 제조하였고, 제조한 시편으로 조성에 따른 압전특성 및 유전특성의 변화를 측정하였다. 그리고 이를 통해 큐리온도는 PZT의 MPB조성근처에서 Bi계 세라믹의 치환은 $T_C$가 낮아 졌으나, Tetragonal 상을 가지고 있는 Ti-rich인 조성에서는 $T_C$가 높아지는 것을 관찰하였다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.32 no.4
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• pp.18-23
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• 2004

In this paper, material non-linear behavior of PZT wafer(3203HD, CTS) under high electric field and stress is experimentally investigated and the non-linearity of the PZT wafer is numerically simulated. Empirical functions that can represent the non-linear behavior of the PZT wafer have been extracted based on the measured piezo-strain under stress. The functions are implemented in an incremental finite element formulation for material non-linear analysis. New definition of the piezoelectric constant and the incremental strain are incorporated into the finite element formulation for a better reproduction of the non-linear behavior. With the new definition of the in incremental piero-strain the measured non-linear behavior of the PZT wafer has been accurately reproduced even for high electric field. For validation of the measured non-linear characteristics and the proposed approach, a PZT bimorph beam actuator has been numerically and experimentally tested. The predicted actuation displacement, based on the material nonlinear finite element analysis, showed a good agreement with the measured one.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.48-48
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• 2008

현재 압전재료로써 사용되고 있는 PZT계 세라믹스는 우수한 압전 및 유전특성으로 초음파 센서, 압전변압기, 액츄에이터, 필터, 레조네이터와 같은 여러 응용분야에 널리 사용되어지고 있다. 그러나 납을 60%이상 포함하므로 환경오염에 의하여 그 사용에 대한 규제가 강화되고 있어 최근에는 납을 함유하지 않은 무연 환경친화형 압전세라믹스가 주목받고 있다. 현재 무연 조성 세라믹스에는 텅스텐-브론즈 형, 비스머스 레이어형, 페로브스카이트 형 등이 이으며, 그 중 페로보스카이트 혈을 제외하고는 보통 소성법 조제시 낮은 압전특성을 갖는다. 그러므로 압전특성을 증가시키기 위하여 Hot pressing, Hot forging, RTGG(Reactive Template Grain Growth), SPS(Spark Plasma Sintering), 그러나 이는 무연 세라믹스의 대량생산 과정에서 어려운 문제를 가지고 있고, 저가격 관점에서 볼 때 보통소성법이 보다 바람직하다. 그래서 보통소성법으로 NKN세라믹스의 소결성을 향상 시키고 비교적 높은 압전특성을 얻기 위해서 $LiSbO_3$, $LiNbO_3$, $LiTaO_3$, alkaline-earth(Mg, Ca, Sr, Ba) 등을 첨가한 논문들이 보고되고 있으며, 이러한 재료들의 kp는 대략 0.3-0.4를 나타내고 있다. 따라서, 본 연구에서는 소결온도를 낮추고자 $Ag_2O$를 소결조제로 사용하였고 유전 및 압전특성을 높이고자 소결시간 변화시켜 시편을 제작하여 NKN 세라믹스의 유전 및 압전특성을 조사하였다.

• Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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• v.34 no.5
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• pp.390-396
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• 2014

A study on smart seats for railroad vehicles was conducted using piezoelectric (PZT) sensors. For this purpose, the concept of passenger friendly smart seats was defined, and a PZT sensor was selected as the optimum sensor based on this concept. Using PZT sensors, simulation tests were performed using a sub-scale model railroad vehicle. In these tests, the main functions of the smart seats were extracted and simplified to improve the effectiveness of the simulation tests. Based on the test results, the system for smart seats proposed in this paper was successfully verified using PZT sensors and the dedicated operation software for the system. This paper will contribute to the improvement of services in high-speed rail systems through advances in ticket checking tasks.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.304-304
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• 2010

최근 생활에 편리하며 휴대하기 좋은 전자기기들이 개발되고 있다. 휴대폰이나 MP3와 같은 전자기기들은 거의 필수품이라고 할 정도로 우리의 일상생활에 근접하여 있다. 그 종 대표적으로 휴대폰의 종류로 스마트폰과 같은 터치스크린을 이용한 사례는 점차 상승하고 있으며 시간이 지날수록 그 수요는 더욱 많아지고 있다. 때문에 몰입감 제공을 위하여 햅틱장치의 채용이 일반화 되고 있다. 햅틱장치란 가상환경이나 원거리에 있는 환경과 사용자가 상호 작용할 때 사용자에게 촉감이나 힘의 정보를 전달하여 주는 장치로 진동 및 회동 저항에 의해 사용자로 하여금 촉감들 느낄 수 있도록 하는 장치를 뜻한다. 즉, 현실감을 전달을 중점으로 하는 햅틱장치는 빠른 응답 속도와, 진동의 주파수와 크기는 독립적으로 제어가 가능해야 하며 기계적 수용기들을 직접적으로 자극할 수 있어야 한다. 하지만 모바일 햅틱장치의 경우 크기 및 소비전력의 문제로 모든 스펙을 만족하기에는 어려워 좀 더 한정적인 느낌을 제공할 수 없다. 현재까지 모바일 장치에서 햅틱 피드백을 위하여 진동모터나, 솔레노이드, 압전 액츄에이터 등이 많이 사용되어 지고 있다. 그 중 압전 액츄에이터는 입력에너지를 기계적 출력에너지로 변환되는 효과를 이용 한 것으로 압력 센서, 초음파 센서 등 많은 분야에서 응용되고 있으며 변위 범위는 작지만, 크기가 매우 작고 변위 정밀도가 높으며 발생력과 응답속도가 빠르다는 장점이 존재한다. 이를 이용한 햅틱 압전 엑츄에이터의 제작에 사용되는 압전 세라믹스는 높은 전기적 특성을 가질수록 더 졸은 효율을 가지며 이로 인하여 보다 좋은 전기적 특성을 가지는 압전 세라믹스를 필요로 한다. 현재 많이 사용되는 PZT계 세라믹스는 우수한 전기적 특성으로 많이 사용되고 있지만 Pb의 유독성으로 인한 환경문제로 Pb가 포함된 제품을 제한하고 있어 현재 Lead-free의 연구가 이루어지고 있다. Lead-free중 Ba$(Ti_{0.8}Zr_{0.2})O_3$(BZT)는 PZT계 세라믹스를 대체할 차세대 압전 재료로 주목받고 있다. 일반적으로 Lead-free의 압전계수($d_{33}$=100~300pC/N)는 비교적 낮은 값을 보이지만 BZT의 압전계수(BZT $d_{33}$~620pC/N)는 PZT계 세라믹스의 압전계수($d_{33}$=500~600pC/N)와 비교하여 부족하지 않은 압전계수를 보여주며 PZT를 대체할 재료로 주목받고 있다. 본 실험은 햅틱 압전 엑츄에이터용 무연 압전세라믹스의 제작을 위하여 Ba$(Ti_{0.8}Zr_{0.2})O_3-(Ba_{0.7}Ca_{0.3})-TiO_3$(BZT -BCT)의 조성으로 유전 및 압전 특성을 조사하였다.

• Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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• v.18 no.6
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• pp.40-45
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• 1996

전자제어를 이용한 자동차의 제어란 인간의 감각 기관과 같은 센싱부, 두뇌와 같은 전자제어 유니트부, 명령을 수행하는 액츄에이터로 구성되어 있다. 그 중 센서는 각가지 물리량 및 화학량을 전자제어 유니트가 이해할 수 있는 전기적인 양으로 변환하여 전달하는 부품이라고 할 수 있으며 매우 다양한 원리와 구조로 이루어져 있다. 그 중에서 자동차에서 일어나는 가장 일반적인 물리량인 가속도, 압력, 충격, 변위, 온도 등을 센싱할 수 있는 재료인 세라믹 재료는 자동차의 전자화에 따라서 그 적용범위가 크게 확대되어 왔다고 할 수 있다. 세라믹이란 단결정의 무질서 집합체이며, 가장 일반적인 것은 원료 분말을 조합해서 그 성형체를 고열로 소성함으로서 만들어진다. 세라믹은 절연성, 유연성, 압전성, 초전성, 반도체적 특성 등 센서와 관련된 많은 유용한 전자적 기능들을 보유하고 있어 세라믹이 아니고는 실현할 수 없는 기능들도 많이 생겨나게 되었다. 본 기고에서는 세라믹의 자동차 센서에의 응용에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 압전 효과를 이용한 센서 재료와 서미스터를 이용한 온도센서 재료에 대해서 소개하고자 한다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.3
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• pp.220-225
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• 2008

In this research, the P(VDF-TrFE) copolymer thin films were prepared by the physical vapor deposition and studied to their piezoelectric properties. In the case of a specimen produced by varying the deposition temperature from $260^{\circ}C$ to $300^{\circ}C$, its piezoelectric coefficient($d_{33}$) increased from 32.3pC/N to 36.28pC/N, and piezoelectric voltage coefficient($g_{33}$) from $793{\times}10^{-3}V{\cdot}m/N$ to $910.5{\times}10^{-3}V{\cdot}m/N$. On the basis of these experimental results, we concluded that the P(VDF-TrFE) copolymer thin film prepared at $300^{\circ}C$ showed the optimum piezoelectric properties. At the deposition temperature of $320^{\circ}C$, its piezoelectric coefficient(d33) decreased 25.3 pC/N and piezoelectric voltage coefficient($g_{33}$) $680{\times}10^{-3}V{\cdot}m/N$.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.37 no.1
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• pp.217-229
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• 2017

The high-frequency electro-mechanical signatures, which are excited and received by piezoelectric wafers mounted on a beam, are sensitive to incipient defect in a beam. Predicting the sensing range of the piezoelectric wafers is needed to effectively conduct damage assessment of a beam through utilizing their advantage. Damping of a beam plays the most important role in determining the sensing range among other features. This paper has proposed a scheme for estimating high-frequency damping of a beam through electro-mechanical signatures of piezoelectric wafers mounted on the beam. Considering damping effect while resonance of a beam evolves, wave perspective is adopted to formulate the electro-mechanical signatures of piezoelectric wafers. The damping of a beam is estimated through the least squares method minimizing the difference between the calculated and the measured damping ratio function values which are obtained from formulated and measured electro-mechanical signatures, respectively. The validity of the proposed scheme has been demonstrated through numerical and experimental examples using an aluminum beam with collocated piezoelectric wafers.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.3 no.1
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• pp.20-28
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• 1990

Pb(Zr, Ti)O$_{3}$-Pb(Ni, Nb)O$_{3}$계 세라믹스에 Ba를 치완시켜 Ba치환량의 증가에 따른 유전율, 전기기계결합계수 및 압전 d정수의 변화를 고찰하였다. 또한 Ba치환에 따른 세라믹스 소자의 송신감도 특성을 조사하고 큐리온도 이동에 따른 온도안정성을 고려하여 초음파 송신기용 압전소자에 응용가능함을 보였다.