• 한국소음진동공학회논문집
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• 제26권7호
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• pp.881-887
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• 2016

In this study, the vibration-based tactile actuator for smart wear applications is presented by using piezoelectric ceramic transducers. The compact wireless actuation system is constructed with a high voltage piezoelectric amplifier, a microcontroller, wireless communication module, and rechargeable lithium-polymer battery. For the wireless communication between a hardware and an operator, the bluetooth-based wireless communication system is prepared and the user interface is provided via smart phone applications. From a series of experimental user studies, it is demonstrated that the proposed vibro-tactile actuator based on piezoelectric ceramic transducers can be effectively applied to smart wear applications.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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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.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2006년도 하계학술대회 논문집 Vol.7
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• pp.331-332
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• 2006

Ag-ceramic composite materials were investigated as internal electrodes for multilayer ceramic actuators (MLCA). Ag-ceramic pastes were prepared by adding PZT-based ceramic powders to a Ag patse in a range of 0 to 50 wt.%. PZT/Ag-PZT multilayered laminates were fabricated by tape casting and fired at low temperatures below $950^{\circ}C$. The addition of ceramic into the Ag electrode resulted in a decrease in the thermal expansion mismatch between the electrode and the ceramic sheet. The maximum strain of PZT/Ag-PZT multilayered actuators were $9{\times}10^{-4}$ under an electric field of 2.5MV/m. In conclusion, Ag-PZT composite materials are efficient for low cost piezoelectric MLCAs.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권5호
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• pp.337-343
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• 2020

지난 수십 년간, 소형 로봇 가운데 동물과 곤충을 모방한 생체모방 로봇은 인간이 신체적으로 접근할 수 없는 영역에서 특별한 임무를 위해 개발되어 왔다. 최근 들어, 사람의 접근이 제한되는 공간(예 : 고농축 방사능 보관지역, 바이러스 지역, 대테러 위험지역 등)이 늘어나면서 로봇의 활용범위가 더욱 다양해지고 있으며, 과거에는 사람만 가능했던 많은 행위들이 소형 로봇으로의 대체가 시도 되고 있다. 그 중에서도 보행 로봇의 최적 움직임은 이동하는 표면의 특성(예: 거칠기, 곡률, 경사, 재료 등)에 의해 결정될 수 있다. 본 연구에서는 소형 보행 로봇에 적용하기 위한 구조가 간단하고 효율적으로 구동 가능한 압전세라믹 벤더 엑츄에이터를 제안하였다. 유한요소 해석법을 활용한 동적 모델링을 통해 구동원의 형상을 최적화하여 로봇의 이동 성능을 극대화 하였고, 제작과 실험을 통하여 그 결과를 검증하였다. 제작된 엑츄에이터는 무부하 조건에서 최대속도 236mm/s로 이동 하였고, 5g의 부하를 적재하고 156mm/s의 속도로 이동 가능함을 확인 하였다. 제안된 다족형 액추에이터는 수행해야 할 임무와 요구 성능에 따라 모듈식으로 추가가 가능한 장점이 있다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제18권3호
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• pp.248-252
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• 2005

The effects of electric field strength and mechanical compressive stress on the displacement of multilayered ceramic actuator, stacked alternatively 0.2 (PbM $n_{1}$3/N $b_{2}$3/ $O_3$)-0.8(PbZ $r_{0.475}$ $Ti_{0.525}$ $O_3$) ceramic thin films and 70Ag-30Pd electrodes were investigated. Because the actuators were designed to stack ceramic layer and electrode layer alternatively, the ceramic-electrode interfaces may act as a resistance to motion of domain wall. so the polarization and strain were affected by the amount of 180$^{\circ}$domain, electric field strength and mechanical compressive stress. Consequently, the change of polarization, displacement with respect to field strength, and mechanical compressive stress were likely to be caused by readiness of the domain wall movement around the ceramic-electrode interfaces.ces.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제18권5호
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• pp.445-449
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• 2005

Aging phenomena of 0.2PMN-0.8PZT multilayered ceramic actuators(MCA) have been investigated at the room temperature. The piezoelectric materials were synthesized as conventional ceramic process, and MCA were fabricatedby tape casting methods. The crystalline structures and lattice parameters were investigated by X-ray diffraction analysis, showing the structure was tetragonal and c/a was about 1.01. And, the effective electromechanical coupling coefficient keff and pseudo-piezoelectric constant $d_{33}$were measured. Variable unipolar electric fields, $2{\sim}4kV/mm$, were applied to MCh to investigate the aging characteristics. After 2 kV/mm unipolar electric field, keff and $d_{33}$ were 0.454 and 4.44 respectively. The measured and simulated values using for aging phenomena analysis, had a good fit to the linear logarithmic stretched exponential law.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제12권1호
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• pp.245-248
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• 2012

본 논문에서는 실리콘 기반의 기술과 차별화하여 저온동시소성세라믹 (LTCC) 기판을 이용하여 대표적 압전물질인 PZT 박막의 최적의 증착조건을 연구하였다. LTCC 기술은 실리콘 기반의 기술에 비하여 낮은 생산 단가, 높은 수율, 3차원 구조물의 용이한 제작성 등으로 인하여 센서 및 액추에이터와 같은 10 um ~ 수백 um 정도의 중규모 디바이스를 제작하는데 있어서 중요한 역할을 담당하고 있다. LTCC 기판은 NEG사의 MLS 22C 상용 파우더를 이용하여 100 um 두께의 그린쉬트를 적층하고 동시소결하여 400 um 두께로 제작하였다. 제작한 기판위에 Pt/Ti 하부전극을 증착하고 RF 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여 PZT 박막의 증착조건을 연구하였다. 증착조건으로는 RF 전력과 아르곤과 산소 가스비를 가변하여 실시하였으며, XRD와 EDS를 사용하여 박막의 결정성 및 성분을 분석하였다. 실험을 통하여 얻어진 최적의 증착조건은 RF 전력 125W, 아르곤과 산소비 15:5에서 가장 우수한 특성을 나타내는 것을 확인하였다.