• 한국세라믹학회지
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• 제40권6호
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• pp.539-546
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• 2003

GaN/사파이어 박막구조는 높은 SAW속도로 인해 고주파 소자로 이용될 가능성이 있다. 일반적으로, GaN 박막은 사파이어의 c, a, 그리고 r-면에 성장한다. 본 연구에서는 사파이어의 기판과 GaN 박막사이의 결정학적 관계에 따라 GaN/사파이어 구조의 파동 방정식을 계산하였다. 각각의 면에서, GaN의 kH와 사파이어의 기판방향에 따라 전단속도가 변화하였다. 그 결과 r-면의 경우 전기기계결합계수가 우수했다. 즉, 재료의 탄성상수와 전기기계결합계수는 기판의 cut 방향과 방향성에 좌우된다. 또한, GaN/r-면 사파이어는 전기기계결합계수가 우수하므로 고주파수 대역 SAW 소자 응용에 보다 더 좋을 것이다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2002년도 하계학술대회 논문집 B
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• pp.935-938
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• 2002

본 논문은 회전자에 영구자석을 사용한 2극 단상 브러시리스 모타에서의 기동토오크 특성에 관한 연구결과를 소개함에 목적이 있다. 본 논문에서와 같은 구조의 모타에서의 토오크는 전자기력에 의한 기동력과 코깅 토오크에 의한 영향력 두가지로 구분다. 본 논문에서는 기동토오크의 이론적 구조식을 유도하고, 문리 적 운동방정식과 결합하여 기동시 나타나는 특성을 나타내었다. 본 논문의 목적은 보다 보편적인 기동토오크에 의한 회전자의 운동을 구명하고자 함인데, 이 목적을 위하여 일반적 전원으로 사용하는 연속 직류전류가 아니라, 비연속적이고 정현파 형태의 일펄스 반파 전류를 전원으로 사용하였다. 이때 나타나는 임펄스 응답특성은, 전류를 흘렸을 때, 대부분의 경우 모타의 회전자는 전류의 주기와 다른 주기를 가지고 반회전하였다. 모타 회전자의 반전주기는 입력전압, 영구자석의 자화의 강도, 그리고 관성계수 및 마찰 계수와 같은 기계적 상수에 의해 영향을 받는 것을 알수 있는데, 반전주기 속도가 모타의 동기속도와 적절하지 않는 경우, 모타의 회전은 이루어 지지 않거나 심한 흔들림(CHATTERINC)의 현상이 나타남을 발견하였다. 이러한 결과를 바탕으로 모타의 회전자를 동기속도로 구동을 하도록 하기위한 조건을 구하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.83-83
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• 2009

우수한 압전성을 가지는 PZT는 인체에 유해한 다량의 PbO을 함유하여 심각한 환경문제를 야기함은 물론 제조 공정 중 PbO 휘발 억제 시설 구비에 따른 경제적 부담 등 문제점이 지적되었다. 따라서 환경오염 및 가격경쟁력을 갖추기 위해 현재 무연 조성 세라믹스에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 최근 비납계 압전 세라믹의 연구는 비스무스 레이어형과 페로브스카이트 형 비납계 세라믹스의 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 $(Na,K)NbO_3$ 계는 페로브스카이트 구조를 가지는 비납계 세라믹으로 현재 많은 연구가 진행되고 있다. 이 물질은 PZT계와 유사하게 상전이(morphotropic phase boundary:MPB)영역을 가지고 있 으며 이 영역에서 높은 압전 특성을 보여주고 있다. 최근 $Na_{0.5}K_{0.5}NbO_3$에 $LiTaO_3$를 치환하여 우수한 압전 특성을 지니는 조성이 개발되고 있지만, 보통 소성법으로 제조된 세라믹스는 PZT계 세라믹스와 비교하여 특성이 떨어진다. 본 연구에서는 압전성이 우수한 $(Na_{0.44}K_{0.52}Li_{0.44})(Nb_{0.90}Sb_{0.06}Ta_{0.04})O_3$ 조성에 도너 도핑과 억셉터 도핑을 한 다음 전기기계결합계수, 압전상수, 유전상수의 변화를 평가하고, hardener 와 softener 특성이 본조성에서 나타나는지를 관찰하였다. 실험방법은 보통 소성법을 사용하였으며, 분쇄와 혼합은 직경 3 mm zirconia ball을 사용하여 볼밀 하였다. $850^{\circ}C$ 에서 5h 하소 후 $1100{\sim}1200^{\circ}C$ 에서 소결하고, 두께 1 mm로 연마한 다음 silver paste를 $650^{\circ}C$ 에서 소부하여 전극을 형성하였다. 제작된 시편은 $90^{\circ}C$의 실리콘유에서 3~4 kV/mm의 전계를 가해 20분간 분극 처리를 수행하였다. 제작된 시편의 압전전하 상수 값은 d33-meter(APC-8000)를 이용하여 측정하였고, 유전율, 전기기계결합계수 및 기계적품질계수 등은 임피던스 분석기 (impedance/gain phase analyzer)를 이용하여 특성을 측정 하였다. 또한 전압-분극 특성의 평가에는 강유전특성 측정기(ferroelectric tester: Precision-LC, Radiant Technologies, USA)를 이용하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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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.

• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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• 제6권2호
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• pp.168-174
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• 1993

두가지 부분수산법, 즉 부분수산법(1)과 수정된 부분수산법에 의해 합성한 미분말을 사용하여 PZT 세라믹스를 저온소성하고 그 전기적 제특성을 조사하였다. 두가지 부분수산법에 의해 합성한 분말의 소결거동을 조사해본 결과 고상반응법보다 훨씬 낮은 소결온도인 950.deg.C에서도 단일상의 페로브스카이트상이 얻어지고 치밀화가 이루어졌을 뿐만 아니라 비유전율, 전기기계 결합계수, 압전정수 등 유전 및 압전특성이 고상반응법에 비해 손색이 없었다. 특히 두가지의 부분수산법에 의해 얻어진 PZT 세라믹스는 물리적 전기적 제특성이 서로 비슷하게 나타났으며 이 결과로부터 부분수산법(1)에서 수반되는 ZTO 분말을 따로 합성하는 공정이 불필요한 수정된 부분수산법이 편리함을 알았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.697-698
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• 2013

최근에 유연한 성질을 갖는 전자기기들의 수요가 증가하면서, 그에 따라서 유연 전자기기를 뒷받침 해줄 수 있는 에너지 저장체의 유연한 성질도 중요성이 점점 부각되고 있으며 많은 연구가 진행되고 있다. 유연한 에너지 저장체의 많은 연구들이 유연한 금속 박막이나 특수 공정처리가 필요한 고분자를 이용하고 있으나, 대부분의 유연 에너지 소자들은 에너지 저장체의 성능에 비해 고온과 산 약품과 같은 환경이 필요하며, 비용과 시간이 많이 소모되고 있다. 그에 반해 섬유는 앞에서와 같이 특수 공정 처리가 따로 필요하지 않으며 상온에서도 손 쉽게 이용 가능하며, 신축성이 뛰어난 장점이 있기 때문에 효율적, 비용적으로 유연한 에너지 저장체에 유리한 소재이다. 몸에 해로운 산과 같은 약품처리의 필요도 없으며, 용매를 흡수하는 능력이 뛰어나기 때문에 용매를 이용한 도포 방법을 사용하면 다양한 물질을 폭넓게 적용 가능하다. 그리고 적용 분야에 맞춰서 섬유의 종류를 조절하면 다양한 성질을 갖는 천 기반의 에너지 저장체가 형성되며, 면 섬유가 수소 결합과 높은 반데르 발스 결합에 의해 탄소나노튜브와 결합하여 높은 에너지 밀도를 갖는 에너지 저장체를 형성하는 것을 분석한 논문들도 보고되고 있다. 면 섬유의 특수한 성질을 이용하여 에너지 저장체를 제작하고 이를 확인하기 위해서 일반 합성 섬유인 polyester와 면 섬유를 비교 제작하였으며, 용매의 형태로 손쉽게 도포 가능한 물질은 탄소 계열의 활물질들이며, 탄소 나노 튜브나 그래핀 등이 분산된 용액을 이용해 천에 도포 가능하다. 탄소 계열의 활물질들은 대표적인 슈퍼캐패시터 물질이며, 천에 도포를 함으로써 천 기반의 슈퍼캐패시터를 제작하였다. 일반 합성 섬유 polyester와 CNT를 결합한 형태의 전극은 최대 에너지 축전 용량(Maximum specific capacitance)이 53.6 F/g으로 나타났으며, 면 섬유와 CNT를 결합한 형태의 전극은 최대 에너지 축전 용량이 122.1 F/g으로 나타났다. 따라서 면 섬유에서 높은 에너지 저장 능력을 보이는 것을 실험적으로 확인하였으며, 에너지 저장 능력이 뛰어난 면 섬유를 다음 전극 디자인에서도 일률적으로 적용하였다. 슈도캐패시터의 대표적 물질인 금속 산화물인 망간 산화물(MnO2)을 3전극 도금 시스템을 이용하여 에너지 축전 용량과 에너지 밀도를 올리는 전극을 제작하였다. 특히 망간 산화물의 형태는 표면적을 극대화하기 위해서 평균 지름은 200~300 nm 정도 되는 나노 입자의 형태로 제작하였다. 그 결과, 확연하게 에너지 축전 용량이 향상되었으며, 최대 에너지 축전 용량은 282.0 F/g, 에너지전력 밀도는 14.2 Wh/kg으로 나타나서 금속 산화물의 형태가 주는 효과를 확인할 수 있었다. 하지만 나노 입자의 형태로 제작된 금속 산화물은 문제점이 발생하였다. 금속 산화물의 전기 전도성이 매우 낮기 때문에, 전기 전도성에 비례해서 전력 밀도의 값이 표현되는데, 전기 전도성이 급격히 감소하기 때문에 전력 밀도도 급격한 감소가 나타난다. 다음과 같이 전기 전도성 물질을 첨가하는 방법은 추가의 공정이 필요한 단점이 있지만 오직 기계적인 인장응력만을 가해서 에너지 밀도와 전력 밀도를 증가시키는 전극을 제작하였다. 인장응력을 섬유 기반의 전극에 가했을 시에 가닥들간의 접촉 증가와 CNT가 정렬되면서 특정 변형률(strain) 이전에서는 전기 전도성이 최대 50% 이상 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 선행 연구에서 보고되었다. 이를 이용해서 전기 전도성과 직결되는 전력 밀도의 양도 증가시키고 에너지 밀도의 증가 여부까지 확인한 결과 인장을 가하기 전 면 섬유의 전력 밀도와 에너지 밀도는 6.4 kW/kg and 6.1 Wh/kg으로 나타났으나 30% 변형 인장 후에는11.4 kW/kg과 7.1 Wh/kg으로 나타났다. 그리고 망간 산화물을 첨가한 전극 역시 4.9 kW/kg과 14.2 Wh/kg으로 나타났었으나 인장 이후 전력 밀도는 14.2 kW/kg, 에너지 밀도는 17.6 Wh/kg으로 확연하게 증가한 것을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제13권8호
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• pp.675-680
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• 2000

In this study the temperature coefficient of resonant frequency(TC $F_{r}$) dielectric and piezoelectric properties of Pb[(S $b_{1}$2//N $b_{1}$2/)$_{0.065}$)-(Z $r_{x}$, $Ti_{1-x}$ )$_{0.90}$] $O_3$ceramics were investigated with Zr/Ti ratio. The compositions near the morphotropic phase boundary (MPB) appeared when Zr/Ti ratio was 49.5/50.5 The dielectric constant and electromechanical coupling factor( $k_{p}$) also showed the highest values of 1,257, 0.653 respectively when the Zr/Ti ratio was 49.5/50.5 Moreover the mechanical quality factor( $Q_{m}$) showed th lowest value of 713 when the Zr/Ti ratio. The temperature coefficient of resonant frequency(TC $F_{r}$) abruptly change at the morphotropic phase boundary(MPB) which existed between the rhombohedral phase with highly negative TC $F_{r}$ of -106ppm/$^{\circ}C$ and the tetragonal phase with highly positive TC $F_{r}$ of +64pp $m^{\circ}C$ as Zr/Ti ratio varied from 50/50 to 49.5/50.5.50.5..50.5.

• 한국자기학회지
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• 제6권5호
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• pp.281-286
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• 1996

전기 기계의 운동 특성을 정확히 해석하기 위해서는 해석모델의 전자장방정식과 운동방정식이 함께 고려되어야 한다. 본 논문에서는 자장내에서 두 개의 스프링에 의해 진동 운동을 하는 도체를 해석함에 있어 순차적인 결합방법을 채책하였다. 한 시점에서 속도가 주어지면 전자장해석 및 유도전류 계산은 유한요소법을 이용하였고, 그때마다 전자력을 게산하였다. 또한 전자장방정식이 풀린다음 4차 runge-kutta 미분방정식 해법을 이용하여 운동방정식과 결합하였다. 위의 과정을 순차적으로 계속 반복함으로써 시간에 대한 위치, 속도, 유도전류 및 전자력을 알아내어 운동체의 운동특성을 알아보았다. 계산된 결과는 에너지보존 법칙에 적용하여 제안한 순차적인 결합방법의 유용성을 검증하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.18-18
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• 2010

전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하고 또한, 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있는 압전 세라믹스는 압전 변압기 (piezoelectric transformer), 초음파 모터, 센서 등과 같은 응용분야에 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 전원장치에 있어서 현재 주요 전자제품에 사용되고 있는 권선형 변압기와 같은 전자 변환기의 대체품으로 압전 세라믹스 소재의 특성을 이용한 압전변압기의 개발과 응용연구는 국내외적으로 활발히 연구되어왔다. 압전변압기는 권선형 변압기와 비교 하였을 때 누설자속이 없어 노이즈 발생이 없고, 공진주파수만을 이용하므로 출력의 파형이 정현파에 가까워 고조파 잡음이 없으며, 불연성의 특징을 가지고 있다. 추가적으로 압전 변압기는 소형화, 슬림화, 경량화가 가능하며 90%이상의 높은 효율을 얻을 수 있다. 또한, 단판형 압전변압기의 출력한계를 개선하기 위해 높은 승압비와 고출력을 갖는 적층타입의 압전변압기가 제안되었다. 압전변압기용 조성 세라믹스는 높은 에너지 변환효율을 위해서 전기기계결합계수 ($k_p$)가 커야 하며, 발열에 의한 온도 상승을 억제하기 위하여 기계적 품질계수(Qm)가 큰 것이 바람직하다. 또한, 높은 전류를 발생하기 위해서는 유전상수가 커 압전변압기의 출력측 정전용량을 크게 하여야한다. 이러한 압전변압기의 제작 조건을 위해 우수한 압전 및 유전특성을 갖는 PZT계 세라믹스가 주로 사용 되어져 왔다. 그러나, PZT계 세라믹스의 우수한 압전 및 유전특성에도 불구하고 $1000^{\circ}C$에서 급격히 휘발하는 PbO의 성질 때문에 환경적으로나 인체의 건강문제로 인해 전세계적으로 그 사용량을 제한하고 있다. 또한 적층 압전변압기의 구조적 특성상 내부전극과 함께 소결하여야 하는데, 이때 소결온도가 높으면 값비싼 Pd합량이 높은 전극을 사용하여야 한다. Pd함량이 10%미만인 Ag/Pd 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 저온소결이 가능한 세라믹스 제조가 필수적이라 할 수 있다. 소결온도를 낮추는 방법으로는 다른 물질들을 치환하여 소결온도를 낮추는 방법과 미세분말을 만들어 그레인사이즈를 미세화 하는 방법들이 있다. 많은 미세 분말 제조 방법 중에서 Attrition mill은 일반적인 ball mill에 비해 분말의 입도를 미세하게 할 수 있어 증가된 분말의 비표면적에 의하여 반응을 촉진시킴으로써 저온소결이 가능한 세라믹스를 만들 수 있다. 따라서 본 연구에서는 소결온도가 낮으면서도 유전 및 압전특성이 우수한 조성을 사용하여 적층 압전변압기를 제작하여 전기적 특성을 조사하였다.

• 전기의세계
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• 제44권3호
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• pp.23-26
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• 1995

최근 영구자석의 발전으로 인하여 영구자석을 이용하는 특수한 형태의 전동기가 개발되어 정밀기계의 구동원으로 이용되고 있으나 산업용 구동력으로는 아직 폭넓게 이용되지 못하고 있다. 그러나 20세기 중반부터 혁명적이라 할 만큼 빠른 발전을 보이고 있는 전자 공학은 전동기 구동의 분야에도 큰 영향을 주고 있으며, 특히 전력전자공학으로 불리는 전력제어기술과 전자회로기술의 결합은 산업용 전동기 구동 시스템에 새로운 지평을 열고 있으며 그 성능이 나날이 발전하고 있다. 이 글에서는 전력전자공학을 이용한 산업용 전동기 구동시스템의 최근의 발전추세와 문제점을 전망하고자 한다.