• 한국항공우주학회지
• /
• 제43권9호
• /
• pp.822-829
• /
• 2015

본 논문에서는 압전재료를 이용하여 중소형 무인기 브레이크 시스템에 적용 가능한 압전유압펌프를 설계 및 제작하고, 제작된 압전유압펌프의 성능검증 실험을 수행하였다. 중소형 무인기급 목표 항공기를 선정하여 브레이크 시스템의 요구조건을 분석하였으며, 이를 바탕으로 압전유압펌프의 성능 요구조건을 선정하였다. 요구조건을 만족하는 압전유압펌프의 형상설계를 수행하였으며, 고속 동작 조건에서도 유체의 역류를 효과적으로 차단시킬 수 있는 체크밸브를 비롯한 모든 구성품을 제작하였다. 제작된 압전유압펌프의 성능검증을 위해 실험장치를 구성하여 무부하 토출특성, 부하 시 압력형성 특성실험을 수행하였다. 실험결과, 무부하 최대 토출유량은 80 Hz에서 120.04 cc/min이고, 부하 시 최대 토출압력은 140 Hz에서 783.17 psi이고, 압력형성 반응속도는 약 30 ms 이내임을 확인하였다. 이는 설계 제작된 압전유압펌프가 펌프성능 요구조건을 충족하고 있다고 판단된다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제34권6호
• /
• pp.701-708
• /
• 2010

면외평면전단하중과 면내전기하중을 받는 직교이방성 압전재료에서 전기투과형 전파균열장을 해석하였다. 압전재료에서 전파하는 균열의 운동방정식이 유도되었으며 근접해법을 통하여 응력장과 변위장의 해를 얻었다. 압전상수 및 유전율 등이 균열선단의 응력장과 변위장에 미치는 영향을 명확히 나타내었다. 본 연구에서 유도된 응력장과 변위장을 사용하여 압전재료에서 전파하는 균열선단부근의 응력과 변위의 특성에 대하여 논의하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
• /
• pp.306-306
• /
• 2010

21 세기는 언제, 어디에서, 누구나가 정보를 자유롭게 염가에 이용할 수 있는 유비쿼터스 정보사회가 될 것으로 예상하고 있다. 이러한 유비쿼터스 사회가 실현되기 위해서는 필연적으로 대두되고 있는 과제가 에너지 공급원의 문제이다. 휴대용 전자제품이나 소형 에너지 공급원으로 지금까지 주로 전지가 사용되어 왔지만 이것들은 교환 및 충전이 불가피하다. 이러한 불편함을 개선하기위해 교환과 충전이 불필요하거나 아주 장시간동안 공급해주는 형태의 에너지 공급원의 필요성이 대두되고 있다. 이러한 에너지 공급원으로 최근에 많은 연구가 되고 있는 것이 주위의 환경으로부터 버려지는 에너지를 수확(harvesting)하여 전력으로 변환하는 에너지 하베스팅 (energy harvesting)기술이 연구 개발되고 있다. 에너지 하베스팅 응용을 위해서 사용되어지는 압전 세라믹스는 전압출력계수 ($g_{33}$)가 커야하는데 이것은 압전상수 ($d_{33}$)와 유전상수 (${\varepsilon}_{\tau}$)의 값에 영향을 받는 것으로 알려져있다. 그 중에서 우수한 전기적 특성 때문에 PZT를 기반으로 하는 압전 세라믹스가 사용되어져왔다. 그러나 Pb의 높은 유독성과 Pb를 포함하는 제품들의 처분문제들로 인해 제조에 관한 많은 문제점들을 지니고있다. 그리하여, Pb를 포함하지 않는 Pb-free계에 관한 연구가 전세계적으로 활발히 진행되고 있다. 다양한 Pb-free계 후보자들 가운데 $K_{0.5}Na_{0.5}NbO_3$ (KNN)는 높은 큐리온도와 좋은 강유전 특성 및 압전특성 때문에 PZT를 대체할 가장 장래성있는 대안들 중의 하나로 고려되고 있다. 그러나 고온에서 알칼라인 원소들의 높은 휘발성 때문에 보통의 소결공정으로는 소결이 잘되고 치밀한 세라믹스를 얻기가 어렵다. 많은 연구에서 KNN 세라믹스의 소결성을 개선하기 위하여 강유전 또는 반강유전체인 $SrTiP_3$와 $LiTaO_3$를 고용체 형성에 포함시키고 또한 $K_4CuNb_8O_{23}$, $MnO_2$, CuO등과 같은 소결조제를 첨가하여 압전 특성과 소결성을 개선시켰다. 따라서 본 연구에서는 비화학양론적 (1-X)[$[(K_{0.5}Na_{0.5}]_{0.97}(Nb_{0.96}Sb_{0.04})O_3]$ + 0.008CuO + 0.2wt% $Ag_2O$ + X $CeMnO_3$의 조성을 사용하여 A사이트와 B 사이트에 각각 Ce이온과 Mn 이온의 치환량을 변화하여 그에 따른 유전 및 압전특성을 조사하였다.

• 한국음향학회지
• /
• 제20권1호
• /
• pp.68-76
• /
• 2001

유한요소법을 이용하여 압전 수중음향센서의 모델링 및 음향특성을 해석하였다. 압전 수중음향센서의 해석에서 기본적인 압전-탄성 구조물과 유체-구조물의 연성해석을 위한 유한요소 정식화를 하였으며 무한영역의 음향유체를 처리하기 위하여 IWEE (Infinite Wave Envelop Element)를 도입하였다. Tonpilz형 수중음향센서를 수중 산란체로 볼 경우 입사파가 산란체의 표면을 가진할 때 산란체로부터 발생되는 산란파는 IWEE로 인하여 무한 유체영역에서의 산란파의 감소특성을 갖게 되어 무한영역을 유한영역으로 나눈 인위적인 경계에서 반사가 일어나지 않게 되므로 산란파의 음압을 정확히 구할 수 있었다. 또한, 이러한 산란해석을 바탕으로 입사파에 대한 음향센서 내부의 전기적 응답특성인 RVS (Receiving Voltage Signal)를 구하였다. 이러한 일련의 연구 과정들은 소나 시스템을 정확히 해석하고 음향특성을 예측하는데 큰 도움이 될 것이다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제34권7호
• /
• pp.867-872
• /
• 2010

자연계에 존재하지만 사용되지 못 하고 버려지는 에너지를 효과적으로 채집하여 배터리를 충전하거나 전기 장치에 전기 에너지를 공급하는 에너지 하베스팅에 대한 연구를 수행하였다. 압전재료는 물체의 움직임이나 진동으로부터 에너지를 채집하는 주요한 재료로 널리 연구되고 있다. 본 논문에서는 기존의 PZT 압전 특성을 개량하고자 압전-복합재료 발전소자(Piezo-Composite Generating Element, 이하 PCGE)를 도입하여 성능 예측모델을 제안하고 이를 실험적으로 검증하였다. PCGE는 탄소/에폭시, PZT, 유리/에폭시 층으로 구성된다. 제작 과정에서 적층된 PCGE는 오토클레이브 안에서 $177^{\circ}C$의 온도에서 성형되는데, 이때 PCGE 내부에 초기잔류응력이 발생하게 되어 압전재료의 성능이 변화하게 된다. 세 종류의 PCGE를 제작한 후 에너지 채집 실험을 수행하여 제안된 성능 예측모델의 타당성과 기계적 진동을 전기적 에너지로 변환되는 성능을 검증하였다. 실험 결과 이론적인 성능 예측모델이 실험 결과와 잘 일치함을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
• /
• 제12권5호
• /
• pp.54-68
• /
• 2018

본 논문에서는 소형 압전유압펌프에 적용된 체크밸브의 동적 특성이 유량 형성에 미치는 효과에 대한 연구를 수행하였다. 브레이크 시스템 작동을 위한 부하 압력의 형성을 위해서는 압전유압펌프의 유량이 중요한 요소이다. 이때, 유체 내에서 작동하는 체크밸브의 고유 진동수는 압전 유압펌프의 유량 형성에 큰 영향을 미친다. 또한, 체크밸브의 고유 진동수는 체크밸브와 펌프 시트 사이의 간격에 영향을 받는다. 이를 고려하여 본 연구에서는 체크밸브와 펌프 시트 사이의 간격에 따른 체크밸브의 고유진동수를 유체-구조 연성 해석을 통해 산출하였다. 시뮬레이션을 통해 얻은 유량은 개발된 압전유압펌프를 이용한 유량 형성 실험과의 비교를 통해 검증하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
• /
• pp.306-306
• /
• 2007

최근, LED 구동 인버터, DC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터 및 형광등 ballaster 등의 고전압전원장치등에 압전변압기를 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 순수한 $PbTiO_3$는 큐리온도($490^{\circ}C$)가 높고, 기계적강도가 크며, 비유전율(약 200 정도)이 작다. 또한, 두께방향 진동의 전기기계 결합계수 ($K_t$)가 윤곽진동의 전기기계 결합계수($K_p$)보다 크므로 두께방향의 진동모드를 이용한 벌크파 진동자의 경우 윤곽진동방향으로 불요신호(spurious signal)가 적고, 작은 grain size($1\;{\mu}m$정도)로 미세가공이 가능하여 고주파 재료로 이용되고 있다. 압전변압기의 출력 전력을 향상시키기 위해서는 적층으로 제작하여야 하는데 적층 압전변압기 제작시 층간의 내부 전극이 도포된 상태에서 소결하여야 한다. 이때 소걸 온도가 높으면 Pd 함랑이 높은 전극을 사용하여야 하는데 Pd 전극의 가격이 비싸 소자의 경제성이 떨어지게 된다. 따라서 순수한 Ag 전극을 내부전극으로 사용하기 위해서는 $900^{\circ}C$ 이하에서 소결이 가능하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 $(Pb,Ca,Sr)Ti(Mn,Sb)O_3$ 조성을 이용하여 $900^{\circ}C$ 이하의 저온소결이 가능한 두께방향진동모드 적층 압전변암기를 제작하여 그에 대한 전기적 특성을 조사하였다.

• 한국음향학회지
• /
• 제27권5호
• /
• pp.215-220
• /
• 2008

의료용 초음파 프로브나 압전복합재료 트랜스듀서 등에 있어서는 배열된 압전세라믹 요소간의 공간, 즉 kerf에 주로 폴리머계열의 물질을 충진하고 있다. 이 경우 압전 요소의 횡방향 진동모드의 경계조건이 바뀌어 실제 사용되는 종방향 진동모드의 공진 주파수에도 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 kerf충진 매질에 따른 공진주파수의 변화를 실험적으로 고찰하기 위하여 크기가 $14mm{\times}0.22mm{\times}0.44mm$인 PZT 압전요소의 선형배열에 의한 초음파 트랜스듀서를 제작하고, kerf충진 매질이 없는 경우와 특성이 다른 두 종류의 에폭시로 충진한 경우 각각에 대한 측정을 행하였다. 그 결과 kerf충진 매질에 따른 종방향 공진주파수의 천이 경향이 이론해석 결과와 유사함을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제2권2호
• /
• pp.73-79
• /
• 2001

압전재료를 이용한 지능패널의 전달음 저감성능을 실험적으로 연구하였다. 제안된 압전지능패널은 압전 감지기와 작동기가 부착되어 있는 주구조물에 흡음재가 한 쪽면에 부착된 구조이다. 이는 저주파에서 능동적 방법과 고주파에서 수동적방법을 혼용한 개념이다. 이 개념을 증명하기 위하여 음향실험을 수행하였다. 음향실험을 위하여 음향터널을 설계, 제작하여 음향특성을 실험하였다. 음향 특성실험을 통하여 800 Hz가지 평면파특성을 나타내었다. 단일패널에 흡음재를 부착한 지능패널은 첫번째 공진주파수영역을 제외한 중주파수영역에서 뚜렸한 소음저감성능을 나타내었다. 첫번째 공진주파수에 대하여 반전회로를 이용한 능동제어를 수행하여 약 10 dB소음저감을 이루었다. 또한, 공기층을 갖는 이중지능패널에 대한 실험을 통하여 공진주파수에서 뿐만 아니라 넓은 영역에서 좋은 소음저감성능을 보였다. 수동적 방법과 능동적 방법을 혼용한 압전지능패널은 넓은 주파수 영역에서의 소온저감대책으로 유망한 기술이다.

• 센서학회지
• /
• 제4권2호
• /
• pp.7-13
• /
• 1995

MOSFET의 전장효과와 압전물질의 압전효과를 결합한 새로운 FET형 반도체압력소자(PSFET : pressure sensitive field effect transistor)를 제조하고 동작 특성을 조사하였다. PSFET의 압전박막은 RF 마그네트론 스퍼터링으로 ZnO박막을 약 $5000{\AA}$ 게이트 위에 성막하였다. ZnO 압전박막의 최적 c-축 배향분극 구조를 얻기 위한 막 제조조건은 기판온도가 $300^{\circ}C$, RF 전력이 140W, 작업 분위기압은 5mtorr였으며, 플라즈마가스는 아르곤이었다. 제조된 PSFET는 적용된 압력범위($1{\times}10^{5}\;Pa{\sim}4{\times}10^{5}\;Pa$)에서 비록 감도는 낮으나 비교적 안정한 동작특성을 나타내었다.