• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.30 no.3
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• pp.157-161
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• 2017

$(1-x)Bi_{0.5}(Na_{0.78}K_{0.22})_{0.5}TiO_3-xLaFeO_3$ ceramics were fabricated using a solid state reaction method. The microstructural, ferroelectric and piezoelectric properties were characterized using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), and polarization hysteresis loops (P-E). XRD results indicated that BNKT ceramic crystal structure modified by $LaFeO_3$ was transformed from a ferroelectric tetragonal to a non-polar pesudo-cubic phase with increased $LaFeO_3$ content. The improved piezoelectric properties resulted from the addition of $LaFeO_3$ up to 3 mol%. The $LaFeO_3$ 3mol% sample showed markedly improved piezoelectric and strain behaviors in comparison with pure BNKT ceramic.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.27 no.11
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• pp.702-706
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• 2014

A comparative study has been attempted for microwave and conventional sintering of lead-free $Bi_{0.5}Na_{0.5}TiO_3(BNT)$-based multilayer ceramic actuators(MLAs). It was found that microwave sintering (MWS) could be successfully applied to the co-firing of piezoceramic/AgPd MLAs with a 10 times shorter firing cycle as well as $100^{\circ}C$ lower firing temperature ($850^{\circ}C$) for sufficient densification than conventional furnace sintering ($950^{\circ}C$). Furthermore, MWS-derived specimens showed better electric field-induced strain than that of CFS-derived specimens by effectively suppressing interdiffusions between ceramic and electrode layers.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.304-304
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• 2010

최근 생활에 편리하며 휴대하기 좋은 전자기기들이 개발되고 있다. 휴대폰이나 MP3와 같은 전자기기들은 거의 필수품이라고 할 정도로 우리의 일상생활에 근접하여 있다. 그 종 대표적으로 휴대폰의 종류로 스마트폰과 같은 터치스크린을 이용한 사례는 점차 상승하고 있으며 시간이 지날수록 그 수요는 더욱 많아지고 있다. 때문에 몰입감 제공을 위하여 햅틱장치의 채용이 일반화 되고 있다. 햅틱장치란 가상환경이나 원거리에 있는 환경과 사용자가 상호 작용할 때 사용자에게 촉감이나 힘의 정보를 전달하여 주는 장치로 진동 및 회동 저항에 의해 사용자로 하여금 촉감들 느낄 수 있도록 하는 장치를 뜻한다. 즉, 현실감을 전달을 중점으로 하는 햅틱장치는 빠른 응답 속도와, 진동의 주파수와 크기는 독립적으로 제어가 가능해야 하며 기계적 수용기들을 직접적으로 자극할 수 있어야 한다. 하지만 모바일 햅틱장치의 경우 크기 및 소비전력의 문제로 모든 스펙을 만족하기에는 어려워 좀 더 한정적인 느낌을 제공할 수 없다. 현재까지 모바일 장치에서 햅틱 피드백을 위하여 진동모터나, 솔레노이드, 압전 액츄에이터 등이 많이 사용되어 지고 있다. 그 중 압전 액츄에이터는 입력에너지를 기계적 출력에너지로 변환되는 효과를 이용 한 것으로 압력 센서, 초음파 센서 등 많은 분야에서 응용되고 있으며 변위 범위는 작지만, 크기가 매우 작고 변위 정밀도가 높으며 발생력과 응답속도가 빠르다는 장점이 존재한다. 이를 이용한 햅틱 압전 엑츄에이터의 제작에 사용되는 압전 세라믹스는 높은 전기적 특성을 가질수록 더 졸은 효율을 가지며 이로 인하여 보다 좋은 전기적 특성을 가지는 압전 세라믹스를 필요로 한다. 현재 많이 사용되는 PZT계 세라믹스는 우수한 전기적 특성으로 많이 사용되고 있지만 Pb의 유독성으로 인한 환경문제로 Pb가 포함된 제품을 제한하고 있어 현재 Lead-free의 연구가 이루어지고 있다. Lead-free중 Ba$(Ti_{0.8}Zr_{0.2})O_3$(BZT)는 PZT계 세라믹스를 대체할 차세대 압전 재료로 주목받고 있다. 일반적으로 Lead-free의 압전계수($d_{33}$=100~300pC/N)는 비교적 낮은 값을 보이지만 BZT의 압전계수(BZT $d_{33}$~620pC/N)는 PZT계 세라믹스의 압전계수($d_{33}$=500~600pC/N)와 비교하여 부족하지 않은 압전계수를 보여주며 PZT를 대체할 재료로 주목받고 있다. 본 실험은 햅틱 압전 엑츄에이터용 무연 압전세라믹스의 제작을 위하여 Ba$(Ti_{0.8}Zr_{0.2})O_3-(Ba_{0.7}Ca_{0.3})-TiO_3$(BZT -BCT)의 조성으로 유전 및 압전 특성을 조사하였다.

• 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.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.27 no.3
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• pp.144-148
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• 2017

The effects of an excess of Bi on the piezoelectric and dielectric properties of $0.60Bi_{1+x}FeO_3-0.40BaTiO_3$ (x = 0, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07) were investigated. The ceramics were processed through a conventional solid state reaction method and then quenched after sintering at different temperatures in the range of $980{\sim}1070^{\circ}C$. A single perovskite structure without any secondary phase was confirmed for all compositions and temperatures. It was found that excess Bi reduced the sintering temperatures, acted as a sintering aid and enhanced the properties in combination with quenching. Curie temperature ($T_C$) was found to slightly increase due to the presence of excess Bi; electrical properties were also improved by quenching. At x = 0.03 and $1030^{\circ}C$, remnant polarization ($2P_r$) was as high as $45.4{\mu}C/cm^2$ and strain at 40 kV/cm was up to 0.176 %.

• 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.

• Advances in materials Research
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• v.5 no.2
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• pp.93-105
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• 2016

KNN-based ceramics modified with small amounts of $Bi_4Zr_3O_{12}$ (BiZ) has been synthesized using high-throughput experimentation (HTE). The results from X-ray diffraction show that for samples with base composition $(K_{0.5}Na_{0.5})NbO_3$ (KNN), the phase present changes from orthorhombic to pseudo-cubic with more than 0.2 mol% BiZ addition; for samples with base composition $(K_{0.48}Na_{0.48}Li_{0.04})(Nb_{0.9}Ta_{0.1})O_3$ (KNNLT), the phase present changes from a mixture of orthorhombic and tetragonal symmetry to pseudo-cubic with more than 0.4 mol % while for samples with base composition $(K_{0.48}Na_{0.48}Li_{0.04})(Nb_{0.86}Ta_{0.1}Sb_{0.04})O_3$ (KNNLST), the phase present is tetragonal with <0.3 mol% BiZ addition and transforms to pseudo-cubic with more dopant addition. The microstructures of the samples show that addition of BiZ decreases the average grain size and increases the volume of pores at the grain boundaries. The values of dielectric constant for KNN and KNNLT compositions increase slightly with BiZ addition while that for KNNLST decreases gradually with BiZ addition. The dielectric loss values are between 0.02 and 0.04 for KNNLT and KNNLST compositions while they are ~ 0.05 for KNN samples. The resistivity values increases with BiZ addition and values in the range of $10^{10}{\Omega}cm$ and $10^{12}{\Omega}cm$ are obtained. The piezoelectric charge coefficient ($d{^*}_{33}$) is highest for KNNLST samples and decreases gradually from ~400 pm/V to ~100 pm/V with BiZ addition.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.48 no.6
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• pp.641-647
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• 2011

The present study aims to identify the effect of sintering atmosphere [$O_2$, 75$N_2$-25 $H_2$ (mol%) and $H_2$] on microstructural evolution at the relatively low sintering temperature of 1040$^{\circ}C$. Samples sintered in $O_2$ showed a bimodal microstructure consisting of fine matrix grains and large abnormal grains. Sintering in 75 $N_2$ - 25 $H_2$ (mol %) and $H_2$ caused the extent of abnormal grain growth to increase. These changes in grain growth behaviour are explained by the effect of the change in step free energy with sintering atmosphere on the critical driving force necessary for rapid grain growth. The results show the possibility of fabricating $(K_{0.5}Na_{0.5})NbO_3$ at low temperature with various microstructures via proper control of sintering atmosphere.

• Applied Microscopy
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• v.47 no.3
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• pp.203-207
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• 2017

A homogeneous $KNbO_3$ (KN) phase was formed by sintering at $1,040^{\circ}C$ for 1 hour, without formation of the $K_2O$-deficient secondary phase even though suffering the minor loss of $K_2O$. KN liquid phase was formed during sintering and abnormal grain growth occurred in this specimen. The detailed microstructural observations on KN during sintering were carried out using high resolution transmission electron microscopy. The ledged structures were found at the KN grain boundary and the abnormal grain growth was performed by the lateral migration of these ledges in the presence of the liquid phase. The liquid pockets were found in the KN grains. They have various external shapes mainly due to the kinetic factors. They have atomically flat interfaces with some ledges with one atomic height. The slight deficient $K_2O$ by evaporation might somewhat reduce the melting point of KN from the reported at $1,058^{\circ}C$. The liquid pockets play an important role in supplying the liquid phase during the abnormal grain growth in the sintering process of KN ceramics.

• Journal of Ceramic Processing Research
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• v.13 no.spc2
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• pp.341-345
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• 2012

[Li0.055(K0.5Na0.5)0.945](Nb1-xTax)O3 (0.05 ≤ x ≤ 0.25) ceramics were prepared by the partial sol-gel (PSG) method to improve the microstructure homogeneity of Ta5+ ion and were compared to those prepared by the conventional mixed oxide (CMO) method. For the PSG method, Ta(OC2H5)5 was directly reacted with calcined [Li0.055(K0.5Na0.5)0.945]NbO3 powders and the specimens sintered at 1100 ℃ for 5 hrs showed a single phase with a perovskite structure. Compared to the specimens prepared by conventional mixed oxide powders, the relative ratio of tetragonal phase to orthorhombic phase of the sintered specimens prepared by Ta(OC2H5)5 was larger than that of the sintered specimens prepared by Ta2O5. The electromechanical coupling factor (kp), piezoelectric constant (d33) and dielectric constant (εr) of the sintered specimens were increased with Ta5+ content. These results could be attributed to the decrease of the orthorhombic-tetragonal polymorphic phase transition temperature (To-t), which could be evaluated by oxygen octahedral distortion. Strain of the sintered specimens prepared by the PSG method was higher than that of specimens prepared by the CMO method due to the increase of relative density. The effects of crystal structure on the strain characteristics of the specimens were also discussed.