• 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.

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• v.17 no.8
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• pp.48-57
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• 1998

본 논문에서는 순수 압전세라믹에 비해 동등이상의 압전특성을 가지면서도 음향임 피던스가 월등히 낮은 1-3형 압전복합체를 이용한 탐촉자의 개발에 관해 연구하였다. 압전 복합재료 탐촉자는 그 자체만으로 측정대상체와의 음향임피던스 차를 최소화하여 별도의 정 합층을 필요로 하지 않는 특징을 가진다. 이를 위하여 본 연구에서는 복합재료에 사용되는 고분자 재료의 물성값 설계와, 압전세라믹과의 적절한 배합구조와 형상의 결정에 설계의 주 안점을 두었다. 그 결과를 바탕으로 압전복합체 초음파 트랜스듀서 시작품을 제작하고 그 성능을 분석하였으며, 이론적인 시뮬레이션 결과와의 비교를 통해 설계이론의 타당성을 검 증하였다. 본 연구에서는 수립되어진 압전복합체 트랜스듀서의 설계 및 제작기법은 향후, 측 정대상체와의 정합을 위해 정합층에 대해 복잡한 설계 및 제작공정을 거쳐야하는 다양한 탐 촉자 개발에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• v.23 no.4
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• pp.274-281
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• 2004

In this study. a 1-3 piezo-composite single element ultrasonic transducer was designed with a commercial finite element analysis (FEA) code. PZf1ex and developed based on this design. Design with FEA could be performed overcoming many constraints of the typical theoretical method, and also was very practical. Validity of the design with the FEA was illustrated through experimental characterization of fabricated 1-3 piezo-composites and ultrasonic transducers, Through comparison with the result of the theoretical method. we confirmed the superiority of the design method using FEA.

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• v.30 no.7
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• pp.368-376
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• 2011

Piezoelectric composites have been widely used in broadband acoustic transducers because of their lower acoustic impedance and higher electro-mechanical coupling factor. However, their complex structure has placed many limitations on the design of various transducers. This paper suggests the methodology to substitute the 1-3 piezocomposites by a single-phased material that has properties equivalent to those of the piezocomposites. The resonant method and finite element analysis (FEA) are used to derive the equivalent properties that can accurately depict resonant properties at various vibration modes of the piezocomposites. Validity of the suggested method is confirmed by comparing frequency characteristics of fabricated 1-3 piezocomposite specimens and FEA models. Further, accuracy of the derived material constants is checked by applying the equivalent properties to FEA models of the single phase material for various resonant modes.

• 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.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.21 no.6
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• pp.253-258
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• 2011

Electro-mechanical coupling performance ($k_t$) of a 1-3 type Piezo-composite was analyzed numerically using FEM. The calculated physical properties of the PZT ceramics were compared with the experimental data and the accuracy of the numerical method was verified. Also the $k_t$ of the composite was analyzed with the vol% and the material properties of the constitutional parts, and the aspect ratio of the PZT rod. As the simulated results, the $k_t$ increased rapidly when the vol% of the PZT ceramics increased up to 30 vol% and saturated the constant value in the above region. And the composite using the soft matrix polymer than the hard one have the superior $k_t$ characteristics. The $k_t$ was greatly influenced by the aspect ratio of the PZT rod up to 30 vol% of PZT ceramics. To improve the $k_t$ characteristics, it is useful that the composite consist of the relatively flexible polymers and the PZT material having the excellent piezoelectric characteristics.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.11a
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• pp.85-85
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• 2009

본 연구에서는 압전 세라믹과 고분자를 혼합한 복합체를 제작하고 이러한 재료로부터 발생될 수 있는 미소 전력량을 조사하였다. 압전 세라믹으로는 0.2(PbMg1/3Nb2/3O3)-0.8(PbZr0.475Ti0.525O3)와 고분자는 PVPF-TrFE (6:4)를 사용하였다. 고분자와 압전 세라믹 분율을 1%, 5%, 10%, 30%, 50%로 변화하였으며, 구조는 0-3 복합재료 및 1-3 재료를 제작하였다. 제작한 결과 0.3 복합재료에서는 분율이 10%에서 가장 큰 전력량이 발생되었고, 1-3 복합재료에서는 분율이 30%에서 최대 값을 나타내었다. 이러한 결과들을 간단한 식을 이용하여 분석을 하였다.

• Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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• v.18 no.4
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• pp.424-431
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• 2008

Recently, it is required that acoustic transducers for underwater detection and communication sensor have wide bandwidth and low operating frequency. In this research, the new acoustic transducer is proposed. This transducer is tonpilz type, and made of 1-3 piezoelectric composites as a driving parts. The developed transducer is evaluated the TVR(transmission voltage response) and RVS(receiving voltage sensitivity) characteristics around $4{\sim}14\;kHz$ frequency range and is compared to conventional tonpilz transducer made of solid piezoelectric ceramics as a driving parts. The resonance frequency of the developed transducer is decreased by 30% and the -3 dB bandwidth is increased by 90%, compared to conventional transducer with same dimensions. The value of TVR is decreased by 9 dB and The value of RVS is the same at resonance frequency.

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• v.28 no.8
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• pp.796-805
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• 2009

In this paper, a fabrication process for PZT preform of 1-3 type piezo-composite were studied using powder injection molding (PIM). The viscosity and the Pressure-Volume-Temperature (PVT) characteristics of the fabricated PZT feedstock were analyzed. The filling patterns, pressure, temperature distributions, and forming defects of the preform were analyzed with 3D TIMON commercial packages during PIM process. Also the fabrication conditions and the delivery system of the preform were optimized during the entire PIM process. Based on the simulated results, the preform having uniform distributions of the PZT rod was fabricated with the PIM process.

• The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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• v.50 no.7
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• pp.324-325
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• 2001

In this study, the characteristics of ultrasonic sensor fabricated with PZT-Polymer 1-3 type composites are investigated. The 3-D Underwater object recognition using the self-made ultrasonic sensor and SOFM neural network is presented. The ultrasonic sensor is satisfied with the required condition of commercial ultrasonic sensor in underwater. The 3-D underwater object recognition for the training data and the testing data are 100[100%], respectively. The experimental results have shown that the ultrasonic sensor fabricated with PZT-Polymer 1-3 type composites can be applied for sonar system.