• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.06a
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• pp.300-300
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• 2006

일반적으로 PZT계 세라믹스는 높은 결정격자 이방성을 가지고 있으며, 우수한 압전특성을 가지고 있다. 이러한 특성을 보이기 위해서는 높은 온도($1200^{\circ}C$)에서 소결을 해야하기 때문에 PbO의 휘발로 인하여 환경문제가 야기되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 Li, Na같은 액상소결제를 첨가시켜 소결온도를 낮추는 연구를 하고 있다. 본 연구에서는 $Pb(Mn_{1/3}Nb_{2/3})O_3$-PZT세라믹스가 갖는 높은 결정격자 이방성을 유지시키고, 저온소결시 압전 및 유전특성을 향상시키기 위해서 $Pb(Mg_{1/2}W_{1/2})O_3$를 치환시켜 attrition milling 시간에 따른 PWM-PMN-PZT세라믹스의 압전특성을 조사하였다.

• 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($g_{33}$) $680{\times}10^{-3}V{\cdot}m/N$.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.205-205
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• 2008

PZT 세라믹은 우수한 유전 및 압전특성을 갖고 있어 변압기, 센서 및 엑츄에이터 등에 널리 응용되고 있다. 그러나, 우수한 특성에도 불구하고 PZT세라믹스의 소결시 PbO의 높은 유독성 및 휘발로 인하여 환경오염을 야기 시킨다. 그러므로 PbO로 구성된 세라믹을 대체하기 위한 우수한 압전특성을 가진 비납계 세라믹스 개발이 연구의 주류를 이루고 있다. 그 중 비납계 NKN와 BZT는 대체물질로 많이 관심을 받고 있다. 이는 일반적인 NKN조성은 우수한 압전성과 높은 큐리온도를 가지고 있을 뿐만 아니라, BZT조성의 Zr성분이 큐리온도를 낮추거나 유전특성을 졸게 하여 유전율 곡선을 완화하게 하는 특징이 있다. 하지만 NKN은 $1140^{\circ}C$이상의 소결온도에서 K의 휘발특성으로 인해 소성 후에도 주변의 수분을 흡수하는 조해성이 발생하는 문제가 발생한다. 그래서 본 연구에서는 낮은 온도에서 NKN계 세라믹스의 밀도를 증가시킬 뿐만 아니라, 우수한 유전 및 압전특성을 갖는 세라믹스를 제조하고자 비납계 $0.94(K_{0.5}Na_{0.5})NbO_3-0.06Ba(Zr_{0.05}Ti_{0.95})O_3$ (NKN-BZT)의 조성을 사용하였고 소결조제로는 $MnO_2$, NiO, $Bi_2O_3$, ZnO, $Li_2CO_3$, CuO등을 변화주어 유전 및 압전 특성을 알아보았다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.253-253
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• 2007

압전 액츄에이터 및 초음파진동자의 응용범위가 넒어짐에 따라 변위량, 응력 등을 개선시키기 위해 전기기계결합계수 kp 및 압전 d상수가 종전보다 큰 재료가 요구되고 있으며, 초음파진동자나 압전 모터와 같이 마찰에 의한 열손실이 많이 발생하는 액츄에이터에 적용할 큰 기계적품질계수롤 가지는 저손실 압전 액츄에이터 및 초음파진동자용 재료가 필요한 실정이다. 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 압전특성의 저하가 문제시 되고 있다. $Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3$는 약 $-120^{\circ}C$정도의 큐리온도룰 가지는 강유전체로 Pb(Zr, Ti)$O_3$계 세라믹스에 치환 시 유전상수와 전기기계결합계수를 개선시키는 대표적인 성분이다. 따라서 본 연구에서는 저온소결 저손실의 적층형 압전 액츄에이터를 개발하기 위해 PMS-PMN-PZT계 세라믹스에 $Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ 세라믹스를 치환하고 $Li_2CO_3$와 $Na_2CO_3$ ZnO를 소결조재로 사용하여 저온소결 하였으며 PNN 치환량에 따른 결과를 관찰 하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.190-190
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• 2008

자연적으로 발생되는 파도, 비, 우박 등과 철도, 차량 및 엘리베이터 등과 같은 인위적인 설치, 이동에 의해 발생되는 진동에너지는 우리 일상생활에서 가장 흔하게 발생할 수 있는 에너지원인데, 이러한 진동에너지는 압전 소재를 이용하여 재생 가능하여 최근에는 이에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 예를 들면, 미국의 MIT에서는 인간이 걸을 때 신발에 가해지는 압력을 이용하여 전력을 발생시키는 연구를 진행하여 2.9 mW의 전력을 얻었다. 특히 이러한 기술은 인간의 걷기 운동 등과 같은 일상적인 동작으로 필요한 전력을 얻을 수 있고, 세라믹 소자를 이용하기 때문에 전자노이즈가 발생되지 않을 뿐 아니라 반영구적으로 사용할 수가 있어서, 소형 전자기기 등에 서 기존 이차전지를 대체 또는 보완 할 수 있는 기술로 검토되고 있다. PZT계 세라믹스는 높은 유전상수와 우수한 압전특성으로 이러한 압전발전 분야에서 가장 널리 사용되어지고 있다. 하지만 에너지 효율을 높이기 위하여 적층 구조의 제작 시 구조적 특성상 내부전극이 도포된 상태에서 동시 소결이 필요한데, $1000^{\circ}C$ 이상의 높은 소결온도 때문에 소재 원가가 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 세라믹스 소재를 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, 소결온도를 낮추기 위해서 2 단계 하소법을 이용하였다. 또한 $MnCO_3$, $SiO_2$, $Pb_3O_4$ 등을 소랑 첨가하여 액상 소걸 특성을 부여하여 소결 온도를 감소시키려는 시도도 하였다. 소결체의 전체적인 제조 공정은 일반적인 벌크 세라믹의 소걸 공정을 따랐다. 최종 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. Impedance analyzer를 이용하여 압전 특성 (전기기계결합계수 및 기계적품질계수)을 측정 하였고, 압전전하상수는 $d_{33}$-meter로 측정하였다. 본 연구에서는 압전체에 가해지는 하중의 크기, 시편의 크기, 하중을 가하는 방법, 에너지 저장회로의 최적화 등을 다양하게 시도하면서 에너지 변환 및 저장 효율을 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.283.1-283.1
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• 2014

최근 주위 환경에 존재하는 다양한 에너지를 전기에너지로 회수 또는 수확하는 에너지 하베스팅 기술(energy harvesting technology)이 크게 주목을 받고 있으며, 이와 더불어 압전 나노발전소자(piezoelectric nanogenerator)의 연구가 활발해 진행되고 있다. 한편, 수열합성법 또는 전기화학증착법을 이용하여 비교적 간단하게 수직으로 성장된 산화아연 나노로드(ZnO nanorod)는 광대역 에너지 밴드갭(wide bandgap energy)과 압전(piezoelectric)특성을 갖게 된다. 이렇게 수직 정렬된 나노로드의 기하학적 구조는 외부 물리적인 힘에 의해 구부러짐(bending) 변형이 일어나 압전특성이 효과적으로 일어나며, 이런 현상을 이용하여 압전 나노발전소자에 응용할 수 있다. 본 연구에서는 상부의 전극의 표면 거칠기(surface roughness)를 증가시켜 외부 힘에 의해 산화아연 나노로드가 효과적으로 변형을 일으켜 압전 특성을 향상시켰다. 실험을 위해, 산화아연 마이크로로드 어레이 (microrod arrays)와 실리카 마이크로스피어(silica microsphere)를 각각 템플릿으로 이용하여 그 위에 금(Au)를 증착하여 상부전극을 제작하였다. 산화아연 나노로드와 마이크로로드는 전기화학증착법을 이용해서 저온공정($75^{\circ}C$)으로 ITO가 코팅된 PET 기판위에 성장하였으며, 인가된 전압의 세기를 변화시켜 산하아연 구조물의 크기를 조절하였다. 또한 화합합성법으로 실리카 마이크로 스피어를 준비하였다. 이러게 제작된 상부전극을 통해 기존의 사용되었던 전극과 비교하여 성능이 향상됨을 확인하였으며, 이와 함께 이론적인 분석을 진행하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Industrial Safety Conference
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• 1997.11a
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• pp.251-257
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• 1997

압전 바이몰프형 엑츄에이터에 진동판을 부착한 압전팬은 압전 바이몰프의 굴곡진동을 이용한 요동식 팬으로, 코일식 모타 팬에 비해 구조 및 풍량의 조절이 간단하고 미소량의 풍량 (1m/s)을 일으킬 수 있다. 또한 전자적인 잡음이 발생치 않는다. 수명이 재래 전자팬은5,000-10,000시간인데 비해 약 25,000시간으로 길며 압전체이기 때문에 대응한 전자석 로타리 팬 전력의 1/15mw이하의 저 소비전력을 갖는등의 잇점을 가지고 있다. (중략)

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• v.12 no.1E
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• pp.48-55
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• 1993

초음파 탐촉자의 개발에 필요한 압전재료의 선택을 위하여 탐촉자의 성능에 영향을 미치는 탄성, 유전, 압전 상수의 영향을 알아보았다. 해석 방법으로는 등가회로를 통한 두께 모드 발신기, 수신기, 펄스 반사기의 전달함수를 구하였으며, 이로부터 압전재료의 각 물성치가 가져야 할 바람직한 특성을 제시하였다. 본 연구의 결과는 재료의 선택시와 더불어 세라믹 공학자들이 초음파용 압전소자를 개발함에 있어 적절한 지침이 될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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• 1998.06d
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• pp.1-4
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• 1998

본 논문에서는순수 압전세라믹에 비해 동등이상의 압적특성을 가지면서도 음향임피던스가 월등히 낮은 1-3형 압적복합체를 이용한 탐촉자의 개발에 관해 연구하였다. 압전 복합재료 탐촉자는 그 자체만으로 측정대상체와의 음향임피던스 차를 최소화하여 별도의 정합층을 필요로 하지 않는 특징을 가진다. 이를 위하여 본 연구에서는 복합재료에 사용되는 고분자재료의 물성값 설계와, 압전세라믹과의 적절한 배합구조와 형상의 결정에 주안점을 두었다. 그 결과를 바탕으로 압전 복합체 초음파 트랜스듀서 시작품을 제작하고 그성능을 분석하였으며, 이론적인 시뮬레이션 결과과의 비교를 통해 설계이론의 타당성을 검증하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.346-346
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• 2007

압전세라믹 재료는 현재 압전 변압기, actuator, transducer, sensor, speaker 등에 광범위하게 이용이 되고 있다. 이 중에서 압전세라믹 소결체를 이용한 스피커의 제조는 가공이 까다롭고, 대형의 크기로 제작 시 소자가 깨지는 등의 많은 제약을 받고 있으며, 저음 특성이 떨어져 응용 범위가 한정되어 있다. 따라서 최근에는 이러한 단점을 극복하기 위하여 세라믹/고분자 복합체를 이용한 필름 스피커를 제작하고자 시도하고 있다. 이러한 세라믹/고분자 0-3형 압전 복합체를 이용할 경우, 제품의 경량화를 실현할 수 있고, 크기나 환경의 영향을 거의 받지 않으므로, 고기능성 스피커로의 응용에 적합할 것으로 보인다. 따라서 본 연구에서는 PZT계의 세라믹와 PVDF, PVDF-TrFE, Polyester, acrylic resin 등의 여러 고분자 물질과의 복합체를 제조하여 압전특성을 평가하였다. 본 실험은 먼저 $(Pb_{1-a-b}Ba_aCd_b)(Zr_xTi_{1-x})_{1-c-d}(Ni_{1/3}Nb_{2/3})_c(Zn_{1/3}Nb_{2/3})_dO_3$ (이하 PZT라 표기)의 최적화 조성을 선택하여, $1050^{\circ}C$에서 소결된 분말을 48시간 ball milling방법 로 약 $1{\mu}m$ 크기로 분쇄하였다. 고분자 물질들은 알맞은 용제들을 선택하여 녹였다. 그 다음 소결된 PZT분말과 고분자를 50:50, 60:40, 65:35, 70:30등의 무게 분율로 혼합하고, 분산제, 소포제 등을 첨가하여 3단 roll mill을 이용하여 충분히 분산시켜 페이스트 (Paste)를 제조하였다. 제조된 페이스트를 ITO가 코팅된 PET필름 위에 스크린 프린팅 법을 사용하여 인쇄하여 $120^{\circ}C$에서 5분간 건조하였다. 코팅된 복합체의 두께는 약 $80{\mu}m$ 정도로 측정되었다. Ag 페이스트를 이용한 상부 전극 형성에도 스크린 프린팅 법을 적용하였다. 이를 $120^{\circ}C$에서 4 kV/mm의 DC 전계로 분극 공정을 수행한 후 전기적 특성을 평가하였다. 유전특성을 조사하기 위해서 LCR meter (EDC-1620)를 사용하였고, 시편의 결정구조는 XRD (Rigaku; D/MAX-2500H)을 통해 분석하였으며, 전자현미경(SEM)을 이용하여 미세구조를 분석하였다. 압전 전하상수$(d_{33})$ 값은 APC 8000 모델을 이용하여 측정하였다. PZT의 혼합비가 증가할수록 비유전율 및 압전 전하 상수 등의 전기적 특성이 증가되었다. 또 여러 고분자 물질 중에서 PVDF-TrFE 수지가 가장 우수한 특성을 보였다. 이는 PVDF-TrFE 수지가 압전성을 나타내기 때문인 것으로 판단되었다.