• Journal of Surface Science and Engineering
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• v.50 no.4
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• pp.277-281
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• 2017

Ferroelectric ceramics are broadly used for various industrial applications. In this research, the lead-free ferroelectric ceramics of $(K_{0.5}Na_{0.5})NbO_3$ was fabricated by using the solid state synthesis. The $(K_{0.5}Na_{0.5})NbO_3$ pellets were sintered at 1200, 1150 and $1100^{\circ}C$ for 4 hours in air atmosphere. Field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) characterization of the sintered KNN ceramics revealed surface morphology and grain size. And we used the X-ray diffraction (XRD) for measuring the sample crystal phase. Temperature dependence of the dielectric constant was measured by using an LCR meter. The sintered at $1150^{\circ}C$ for 4 hours sample has a highest dielectric constant 6011 at Curie temperature ($T_C$) and dense structure with $2.33{\mu}m$ grain size.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.54 no.4
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• pp.261-271
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• 2017

Environment-friendly $(K,Na)NbO_3-based$ (KNN) lead-free piezoelectric materials have been studied extensively in the past decade. Significant progress has been made in this field, manifesting competitive piezoelectric performance with that of lead-based, for specific application scenarios. Further understanding of the relationship between high piezoelectricity and microstructure or more precisely, ferroelectric domain structure, domain wall pinning effect, domain wall conduction and local polarization switching underpins the continuous advancement of piezoelectric properties, with the help of piezoresponse force microscopy (PFM). In this review, we will present the fundamentals of scanning probe microscopy (SPM) and its cardinal derivative in piezoelectric and ferroelectric world, PFM. Some representative operational modes and a variety of recent applications in KNN-based piezoelectric materials are presented. We expect that PFM and its combination with some newly developed technology will continue to provide great insight into piezoelectric materials and structures, and will play a valuable role in promoting the performance to a new level.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.27 no.5
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• pp.292-296
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• 2014

We investigated the effect of Ta doping on the dielectric and piezoelectric properties of lead-free $(K_{0.5}Na_{0.5})NbO_3$ ceramics prepared using a conventional ceramic processing. X-ray diffraction analysis revealed that Ta was perfectly substituted into Nb-sites in the range of 0 to 20 at%. As Ta content in the KNN increased, the sinterability of KNN ceramics was significantly degraded while the Ta doping enhanced the piezoelectric constant $d_{33}$, planar mode piezoelectric coupling coefficient ($k_p$), and electromechanical quality factor ($Q_m$). The highest values for $d_{33}$, $k_p$, and $Q_m$ was found to be 156 pC/N, 0.37, and 155, respectively.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.24 no.4
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• pp.228-231
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• 2015

Ultrasonic motors provide high torques and quick responses compared to their magnetic counterparts; therefore, they are widely used in small-scale applications such as mobile phones, microrobots, and auto-focusing modules in digital cameras. To determine the feasibility of lead-free piezoceramics for ultrasonic motor applications, we fabricated a ring-type piezoceramic with a KNN-based lead-free piezoceramic (referred to as CZ5), intended for use in an auto-focusing module of a digital camera. The vibration of the lead-free stator was observed at 45.1 kHz. It is noteworthy that the fully assembled lead-free ultrasonic motor exhibited a revolution speed of 5-7 rpm, even though impedance matching with neighboring components was not considered. This result suggests that the tested KNN-based piezoceramic has great potential for use in ultrasonic motor applications, requiring minimal modifications to existing lead-based systems.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.37 no.5
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• pp.533-540
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• 2024

In line with the development of electronic devices and technologies, the demand for improving ferroelectric materials' performance is increasing. Since K_0.5Na_0.5NbO₃ (KNN), an eco-friendly ferroelectric material that does not use lead and has a high Curie temperature, it is attracting attention to its usability as a high-temperature dielectric, and various studies are being conducted to increase performance. In a KNN having a perovskite structure, there was a simulation result that the KNN has higher spontaneous polarization when the A-site in which sodium ions exist is replaced with lithium ions. If the simulation results can be proven experimentally, the application range of KNN-based ferroelectric materials will increase. To this end, we tried to manufacture a K_1-xLi_xNbO₃ (KLN) with high electrical characteristics by fabricating niobium-deficient and potassium-excessive compositions, which attempt was made to solve the stoichiometry problem by volatilization and suppress secondary phases. If KLN's secondary phase suppression and relative permittivity improvement are successful, it will contribute to meeting the demand for developing electronic devices.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.27 no.6
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• pp.367-371
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• 2014

We investigated dielectric relaxation properties of $0.95(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3-0.05BaTiO_3$ ceramics by addition (0~0.3 wt%) of $(Ba,Ca)SiO_3$ glass frit. All composition of $0.95(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3-0.05BaTiO_3$ added $(Ba,Ca)SiO_3$ glass frit showed the same crystallographic properties, coexistence of orthorhombic and tetragonal phase. By increasing addition of $(Ba,Ca)SiO_3$ glass frit, the Curie temperatures of $0.95(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3-0.05BaTiO_3$ ceramics were decreased, whereas maximum dielectric constants of $0.95(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3-0.05BaTiO_3$ ceramics were dramatically increased. Especially the deviations of Curie temperature $0.95(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3-0.05BaTiO_3$ ceramics were increased by increasing amount of $(Ba,Ca)SiO_3$ glass frit, and it indicated that $0.95(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3-0.05BaTiO_3$ ceramics added $(Ba,Ca)SiO_3$ glass frit have relaxor characteristics.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.328-328
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• 2010

압전 세라믹스는 엑츄에이터 및 센서 등의 다양한 응용분야로 인하여 많은 연구가 진행되어왔다. 최근 친환경 무연 압전계인 Bi층상구조 (BNT) 및 알칼리 니오븀산화물계 (KNN)에 대한 연구가 집중되고 있다. 한편, 소형화 및 고성능의 압전소자에 대한 요구 증가로 고가의 내부전극인 Ag, Ag-Pd합금으로 이루어진 적층압전소자에 대한 연구개발이 진행되어 왔다. 본 연구에서는 Ni이나 Cu를 내부전극으로 사용하는 적층압전소자의 개발가능성을 타진하고자 Ni의 산화를 억제할 수 있는 환원분위기 소결시에 압전소재의 상변화 및 내환원성 정도를 조사하였다. 압전소재인 BNT 및 KNN를 공기중에서 합성한 후, 환원분위기의 영향을 조사하고자 샘플을 디스크 형태로 성형하여 $1000{\sim}1200^{\circ}C$에서 2 시간 동안 공기, 중성 (N2) 와 환원 분위기 (3 % H2 - 97 %의 N2) 에서 소결한 후 미세구조와 전기적 특성을 SEM, EDS, XRD, impedance analyzer로 조사였다. 환원분위기에서 소결된 BNT 샘플은 페롭스카이트 상이 관찰되지 않았으며, SEM/EDS 분석결과 시편의 표면에 Bi의 석출이 관찰되었다. KNN의 경우에는 공기중에서 소결 시편뿐만 아니라 환원분위기에서 소결된 시편에서도 페롭스카이트 구조를 보였으며, EDS분석결과 K 및 Na의 휘발이 비교적 적었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2005.11a
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• pp.210-211
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• 2005

[ $(K_{0.5}Na_{0.5})NbO_3$ ](KNN) 세라믹스의 소결 특성과 압전 특성을 높이기 위해 B-site에 Sb를 치환하여 Sb함량에 따른 특성을 측정 하였다. Sb 의 함량을 0mol $\sim$ 0.1mol 까지 첨가한 결과 소결 밀도는 Sb의 첨가량이 많아질수록 증가하다 Sb-0.08mol에서 4.40g/$cm^3$으로 가장 높은 밀도를 가졌으며, 여기서의 전기기계 결합 계수가(Kp) 0.45로 높은 값을 나타내었다. 상전 이 온도는 375$^{\circ}C$로 순수한 KNN 의 420$^{\circ}C$ 보다 약 45$^{\circ}C$정도 떨어졌으나 orthorhombic에 서 tetragonal 로 바뀌는 전이 온도는 KNN이 220$^{\circ}C$, KNNS 가 225$^{\circ}C$로 크게 변하지 않았다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.306-306
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• 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.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.06a
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• pp.282-283
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• 2006

본 연구에서는 분말입자의 미립화에 따른 $(K,Na)NbO_3$(KNN) 세라믹스의 소결밀도와 압전특성을 평가하였다. 먼저 입자를 미립화 시키기 위해 planetary milling machine을 이용하였으며, 소결밀도 및 압전 특성을 측정하였다. Ball milling을 24~72시간동안 한 결과 particle size는 730~490nm 정도였다. Milling 시간이 증가할수록 입자크기는 감소하였고, 소결밀도는 particle size가 작을수록 증가하였고, $4.50g/cm^3$으로 가장 높은 밀도를 나타냈다. 또한 소결 밀도가 증가함에 따라 기계적 품질 계수(Qm) 역시 증가한 반면, particle size가 작아짐에 따라 전기기계 결합계수(Kp)는 감소하는 경황을 보였다.