• 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.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.07b
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• pp.753-756
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• 2004

최근 전자 부품으로써 널리 사용되는 압전 변압기근 고전계 구동시 야기되는 압전체의 기계적인 진동 손실 및 유전 손실에 의해 높은 온도 상승이 초래된다. 이는 압전 변압기의 동작 특성 변화를 일으키며 결국 안전 변압기의 공진 주파수의 변화 및 효율의 감소 등 비선형성의 원인이 된다. 본 논문에서는 유한 요소법을 이용한 압전 변압기의 공진 특성을 해석하였으며 이를 이용하여 압전 변압기의 기계저인 진동 손실 및 유전 손실을 계산하였다. 또한 유한 요소법을 이용한 3차원 열전달 방정식의 해석을 이용하여 암전 변압기의 온도 분포를 해석하였으며 이를 실험적으로 검증하였다.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.6 no.6
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• pp.537-544
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• 1993

기본조성이 0.5[Pb(Ni$_{1}$3/Nb$_{2}$3/)O$_{3}$]-0.5[0.65PbTiO$_{3}$ -0.35PbZrO$_{3}$] (PNN-PT-PZ)인 압전세라믹스를 NaCl-KCI를 사용한 flux의 양 및 소결온도에 따른 생성반응과 소결특성, 유전 및 압전특성을 조사하였다. 이때 1몰의 산화물에 대한 flux의 양은 0.1, 2 및 5mole로 하였으며 소결온도는 1000-1200.deg.C로 하였다. 본 연구의 flux법은 고상반응법에 비해 낮은 하소온도에서 pyrochlore상을 현저히 줄일수 있었으며 고상반응법보다 낮은 온도에서 치밀화가 이루어질뿐 아니라 유전 및 압전특성을 개선할 수 있었으며 소결온도도 낮출 수 있었다. Flux의 양이 증가할수록 결정의 입성장이 빨랐으며 유전 및 압전특성이 가장 좋은 flux의 첨가량의 조건은 1mole이었다.

• 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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• 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.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.11a
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• pp.94-94
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• 2009

전기 에너지를 기계적 에너지 변환하고 또한, 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 압전 세라믹스는 압전 변압기 (piezoelectric transformer), 초음파모터, 센서등과 같은 응용분야에 넓게 사용되고 있다. 특히, 압전 변압기의 설계와 제조방법에 대해서는 이미 상당히 많은 연구가 수행되어 왔다. 특히, 전원장치에 있어서는 현재 주요부품으로 사용되고 있는 권선형 변압기와 같은 전자 변환기의 대체품으로서 누설손실이 없는 압전세라믹스 소재의 특성을 이용한 압전변압기의 개발과 응용연구가 국내외적으로 활발히 진행 중이다. 하지만 지금 까지 널리 사용된 PZT계 압전 세라믹스는 환경문제에 있어서 문제점을 가지고 있다. $1200^{\circ}C$ 이상에서 소결되는 PZT계열의 압전세라믹스 소재를 사용한 전자부품의 60~70%이상이 PbO로 구성되어 있기 때문에 $1000^{\circ}C$ 부근에서 급격한 휘발특성을 보이는 PbO로 인한 환경오염문제가 대두되고 있다. 압전변압기, 초음파모터등에 사용될 수 있는 무연계 압전재료 중에 PZT 압전소자의 기능을 대체할 만한 물질로는 높은 큐리온도와 우수한 압전특성을 보이는 $(Na,K)NbO_3$세라믹스가 가장 유력한 것으로 알려져 있다. 즉, 압전변압기용 조성 세라믹스는 높은 에너지 변환효율을 위해서 전기기계 결합계수($k_p$)가 커야 되며, 발열에 의한 온도 상승을 억제하기 위하여 기계적 품질계수($Q_m$)가 큰 것이 바람직하다. 또한, 높은 전류를 발생하기 위해서는 유전상수가 커, 압전변압기의 출력측 정전용량을 크게 하여야 한다. 본 연구에서는 무연계 압전세라믹스를 개발하고, 이를 이용한 전력밀도(power density)가 높은 무연계 압전변압기를 제작하여 그에 대한 전기적 특성을 조사하였다. 따라서 본 연구에서는 무연 압전변압기용 압전 세라믹스를 개발하기 위해 뛰어난 압전 및 유전특성을 가진 무연$(Na,K)NbO_3$계 세라믹스를 기본조성으로 하였고, KCN을 복합 첨가하여 볼 변화에 따른 미세구조, 압전 및 유전특성을 조사하고. 가장 우수한 조성으로 비납 압전변압기를 제작하여 전기적특성을 조사하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.37 no.9
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• pp.871-878
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• 2000

본 연구는 3mol% Pb(Sb$_{1}$2/Nb$_{1}$2/)O$_3$가 첨가된 상경계 영역의 Pb(Zr,Ti)O$_3$(PSN-PZT) 세라믹스에 대하여 RT66A와 광섬유센서를 이용하여, 교류강전계 하에서 압전 및 유전특성을 조사하였다. PSN-PZT 세라믹스의 압전 및 유전 특성에 미치는 non-180$^{\circ}$분역 재배열의 영향을 평가하기 위하여 RT66A와 MTI-2000 Fotonic$^{TM}$ sensor를 이용하여 인가전계와 주파수의 함수로 전계유기변위를 측정하였다. 그 결과, 교류강전계 하에서 전계유기변위는 강전계, 저주파수에서 큰 이력현상을 나타내고, 전계유기변위로부터 결정된 유효압전상수는 주파수가 감소할수록 증가하는 거동을 나타내고 있으며, 이러한 거동은 non-180$^{\circ}$분역 재배열의 영향으로 해석되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.07b
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• pp.684-687
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• 2004

일반적으로 적층형 압전 액츄에이터의 변위는 액츄에이터의 내부 적층수와 압전정수($d_{33}$)에 비례적으로 증가한다. 그러나 압전현상을 이용한 액츄에이터는 전기적, 기계적 부하에 의한 dipole 거동을 보이기 때문에 domain wall에 의한 압전정수의 비선형 거동을 보인다. 본 논문에서는 PMN-PZ-PT 세라믹스를 이용하여 $2{\times}3{\times}10$ (mm)의 적층형 세라믹 액츄에이터를 제조 후 1kV/mm의 일정한 전계를 인가하고 $0\sim990N$의 기계적 부하 인가하에서 적층형 세라믹 액츄에이터의 비선형 특성을 조사하였다. 압전 액츄에이터의 비선형 거동은 기계적 응력에 의한 유전 및 전왜 특성에 영향주고, 액츄에이터의 변위 특성은 유전 및 전왜 특성의 영향에 크게 의존한다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.07a
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• pp.1355-1356
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• 2007

SMD type 압전레조네이터 제작을 위한 압전 조성물을 찾고자 PLT 세라믹스에 B-site Ti 자리에 Mn을 치환시키고 소결첨가제로서 CuO를 첨가하였다. $0{\sim}0.4wt%$ CuO를 첨가하여 1150, 1200, $1250^{\circ}C$로 각각 소결한 후 소결온도 및 CuO 첨가량에 따른 압전 및 유전특성을 관찰하였다. CuO 첨가량에 따라 1150, $1200^{\circ}C$ 소결시 밀도가 증가하였고, $1250^{\circ}C$ 소결시 기계적 품질계수가 증가하였다. 소결온도 $1250^{\circ}C$, 0.1wt% CuO 첨가시 밀도, 전기기계 결합계수(kp), 유전상수, 기계적 품질계수는 7.5[g/cm3], 0.1, 253, 1776을 각각 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.307-307
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• 2007

압전액츄에이터 및 초음파진동자는 전자제품의 소형화 및 경량화, 의료기기, 모바일기기 및 소형로붓의 발전에 힘입어 그 활용범위가 넓게 확장되고 있다. 1960년 Smolenski등에 의해 $A(B_1,B_2)O_3$형 복합 페로브스카이트 구조를 갖는 강유전성 세라믹스에 대한 연구가 시작된 이래 $Pb(Co,Nb)O_3-Pb(Zr,Ti)O_3$, $Pb(Zn,Nb)O_3-Pb(Zr,Ti)O_3$, $Pb(Mg,Nb)O_3-Pb(Zr,Ti)O_3$ 등 3성분계 세라믹스의 유전, 압전 및 강유전 특성에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 압전성이 우수한 세라믹스들은 Pb가 포함되어 있기 때문에 $1000^{\circ}C$ 이상에서 PbO가 급격하게 휘발되는 성질에 따라서 조성의 변동이 생겨 재현성이 어려우며 이를 방지하기 위하여 과잉 PbO를 첨가시키기 때문에 환경오염뿐만 아니라, 경제적인 측면에서도 많은 문제점을 가지고 있다. 소결조제를 이용한 산화물 첨가법은 PbO의 휘발을 억제하는 저온소결 방법중 가장 효과적인 방법으로 알려져 있다. 따라서, 본 연구에서는 적층형 압전액츄에이터로 사용하기위한 저온소결 압전세라믹스를 개발하기 위하여 PZN-PZT세라믹스에 $Li_2CO_3$, $Bi_2O_3$, CuO 를 소결조제로 사용하여 $Li_2CO_3$의 첨가량 변화에 따른 압전 및 유전 특성을 관찰하였다.