• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제26권5호
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• pp.355-359
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• 2013

In this paper, the $0.995(Li_{0.04}(Na_{0.56}K_{0.44})_{0.96}(Nb_{0.90}Ta_{0.10})_{0.998}Zn_{0.005}O_3+0.005KNbO_3+xwt%\;TeO_2$ lead-free piezoelectric ceramics for energy harvesting devices were fabricated by the conventional mixed oxide method. The microstructure, dielectric, and piezoelectric properties were investigated as a function of the $TeO_2$ addition. All the specimens showed an orthorhombic phase structure. At the composition ceramics doped with 0.1 wt%$TeO_2$, the optimum values of $d_{33}$= 212 pC/N, $d_{33}{\cdot}g_{33}=9.54pm^2/N$, and kp=0.448 were obtained, respectively. The results indicate that the composition ceramics is a promising candidate for energy harvesting devices applications.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제26권3호
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• pp.204-208
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• 2013

In this study, $KNbO_3$-substituted (Li,Na,K)(Nb,Sb,Ta)$O_3$ ceramics were investigated to develop Pb-free composition ceramics for multilayer actuator and energy harvester applications. The X-ray diffraction analysis indicated that all samples were pure perovskite phase and no secondary phase was found. A tetragonality as a function of $KNbO_3$ substitution showed the maximum value at 1.5 mol% $KNbO_3$ and then decreased. The SEM image analysis showed the maximum grain size of $3.14{\mu}m$ at 1.5mol% $KNbO_3$. In the composition ceramics with 1.5 mol% $KNbO_3$ sintered at $1,100^{\circ}C$, excellent properties of density= 4.75 $g/cm^3$, electromechanical coupling factor ($k_p$)= 0.50 and piezoelectric constant($d_{33}$)= 290 pC/N were obtained, respectively, suitable for piezoelectric actuator and energy harvester applications.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제25권7호
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• pp.506-510
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• 2012

In this study, lead-free $(Na_{0.465}K_{0.465}Bi_{0.07})(Nb_{0.93}Ti_{0.07})O_3-0.08MnO_2$ ceramics were fabricated by conventional mixed oxide method. Structural and electrical properties of lead-free $(Na_{0.465}K_{0.465}Bi_{0.07})(Nb_{0.93}Ti_{0.07})O_3-0.08MnO_2$ ceramics with the variation of sintering temperature were investigated. As results of x-ray diffraction analysis, all specimens showed a typical polycrystalline perovskite structure without presence of the second phase. Sintered density increased with an increases of sintering temperature and the specimen sintered at $1,020^{\circ}C$ showed the maximum value of 4.5 $g/cm^3$. The average grain size of the $(Na_{0.465}K_{0.465}Bi_{0.07})(Nb_{0.93}Ti_{0.07})O_3-0.08MnO_2$ specimen sintered at $1,020^{\circ}C$ is about 0.83 ${\mu}m$. Electromechanical coupling factor, relative dielectric constant and dielectric loss of $(Na_{0.465}K_{0.465}Bi_{0.07})(Nb_{0.93}Ti_{0.07})O_3-0.08MnO_2$ specimens sintered at $1,020^{\circ}C$ were 0.252, 741 and 0.043% respectively.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제22권6호
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• pp.489-494
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• 2009

In this study, In order to improve dielectric and piezoelectric properties of Lead-free piezoelectric ceramics, $0.95(K_{0.5}Na_{0.5})NbO_3-0.05Li(Sb_{0.8}Nb_{0.2})O_3+0.2\;wt%Ag_2O+0.4\;wt%MnO_2+Xwt%CuO$ were investigated as a function of the amount of CuO addition. With increasing the amount of CuO addition, density was increased up to 0.4 wt.% CuO and then decreased above. And also, electro mechanical coupling factor ($k_p$) was decreased. At the 0.4 wt% CuO added specimen sintered at $1020^{\circ}C$, $k_p$, Qm, density, dielectric constant (${\varepsilon}_r$) and $d_{33}$[pC/N] showed the optimal value of $4.37\;g/cm^3$, 0.354, 305, 645, and 144 pC/N respectively.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제27권1호
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• pp.14-17
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• 2014

In this study, lead-free Piezoelectric $(Na_{0.47}K_{0.47}Sr_{0.03}Ca_{0.03})(Nb_{0.94}Ti_{0.06})O_3$-0.1 $MnO_2$ ceramics were fabricated using mixed oxide method and the effects of various sintering temperature on the structural and electrical properties were investigated. For the $(Na_{0.47}K_{0.47}Sr_{0.03}Ca_{0.03})(Nb_{0.94}Ti_{0.06})O_3$-0.1 $MnO_2$ (NKN-SCT-$MnO_2$) ceramics sintered at temperatures of $1,025{\sim}1,100^{\circ}C$. The results indicated that all specimens were perovskite single phase formation without any second phase. It has been shown that relative density is increased to increasing sintering temperature. When the sintered temperature at $1,075^{\circ}C$, highest sintered density and maximum value of $4.45g/cm^3$. Average grain size is increased to increasing sintering temperature. The electromechanical coupling factor, dielectric constant, dielectric loss, d33 and curie temperature at the sintering temperature $1,075^{\circ}C$ of NKN-SCT-$MnO_2$ specimens were 0.22, 511, 0.033, 103 and $380^{\circ}C$, respectively.

• 센서학회지
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• 제19권2호
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• pp.155-159
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• 2010

0.96$(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3$-0.04$(Ba_{(1-x)}Sr_x)TiO_3$ lead free piezoelectric ceramics were synthesized to enhance the piezoelectric properties of (Na,K)$NbO_3$. The systhesis and sintering method were the conventional solid state reaction method and general sintering method in air atmosphere. The polymorphic phase transition(PPT) was observed at all composition(0 $\leq$ x $\leq$ 0.05) when $(Ba_{(1-x)}Sr_x)TiO_3$ were added in the $(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3$. As Sr concentration was increased, grain size, dielectric loss(tan$\delta$) and mechanical quality factor($Q_m$) were decreased and piezoelectric constant($d_{33}$) and electromechanical coupling factor($k_p$) were increased within a limited value. The optimized piezoelectric and properties, $d_{33}$, $k_p$, $Q_m$, and tand, of 0.96$(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3$-0.04$(Ba_{(1-x)}Sr_x)TiO_3$ were 139 pC/N, 0.31 %, 95, 0.04 at the composition of x=0.04.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.307-307
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• 2010

최근 유한연료의 고갈로 인해 세계 유가가 불안정 됨으로서 대체 에너지에 대한 연구가 많이 진행 되고 있다. 특히 압전 소자를 이용한 에너지 하베스팅은 압전 역효과를 이용한 것으로서 주변에서 무의미하게 버려지는 진동이나 바람, 열 에너지를 실 생활에 사용할 수 있는 전기 에너지로 변환할 수 있는 유망한 기술 중 하나이다. 이러한 에너지 하베스팅 기술은 일본과 같은 선진국에서 이미 지하철 및 일반 다리와 같이 진동이 극히 많은 곳에서 응용되고 있다. 이러한 에너지 하베스팅 기술을 응용 하려면 전압출력 계수($g_{33}$)가 높아야 한다. 이것은 압전 d 상수와 유전상수에 영향을 많이 받는 것으로 알려져 있다. 현재가지 응용되는 압전 하베스팅 조성은 Pb(Zr,Ti)$O_3$ (PZT)를 기초로한 세라믹이 응용되고 있다. Pb(Zr,Ti)$O_3$ (PZT) 세라믹은 Morpohotropic phase boundary(MPB)에서 전기기계 결합계수 (kp) 와 기계적 품질계수 (Qm) 이 각각 0.5와 500으로 우수한 특성을 나타낸다. 또한 큐리온도 (Tc) 도 $400^{\circ}C$로 온도 안정성 또한 높다. 하지만 $1000^{\circ}C$ 이상에서 소결하는 PbO는 소결 중 급격한 휘발로 환경적 오염 뿐 아니라 특성의 저하를 야기시킨다. 그래서 몇몇 나라에서는 그 사용을 제한하고 점차적으로 사용을 줄여 나가고 있는 동시에 PbO가 첨가되어 있지 않은 Lead-Free 세라믹의 연구가 많이 진행되고 있다. Lead-Free 세라믹 중 alkaline niobate를 기초로 한 페로브스카이트 구조의 ($Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3$ (NKN) 은 PbO를 기초로 한 세라믹을 대체할 유망한 후보자 중 하나이다. 하지만 NKN세라믹의 K 성분의 조해성 및 고온에서의 휘발로 인해 일반 적인 소결 방법으로는 고밀도의 세라믹을 얻기 매우 어렵다. 그래서 Hot pressing, Hot forging, RTGG(Reactive Template Grain Growth), SPS(Spark plasma Sintering)와 같은 특별한 소결 법을 이용하거나 $K_8CuNb_4O_{23}$(KCN) 이나 $K_{5.4}Cu_{1.3}Ta_{10}O_{29}$(KCT) 등을 첨가하여 그 소결성을 향상 시키는 방법도 있다. 또한 압전 d상수를 향상 시키기 위해 $Nb_2O_5$나, $La_2CO_3$, $CeO_2$, $Li_2CO_3$ 등을 치환함으로써 압전 d상수를 향상 시켜 전압출력 계수를 높이는 연구 또한 많은 보고가 되어 있다. 특히 $Li_2CO_3$의 첨가는 일반 적인 소결 방법으로도 밀도의 조밀함을 향상 시켜 그에 따른 높은 유전율과 전기기계 결합계수, 압전 d상수를 가져 많은 연구가 되어지고 있다. 그래서 본 연구에서는 일반적인 ($K_{0.5}N_{0.5})_{1-x}Li_x(Nb_{0.96}Sb_{0.04})O_3$ + 0.2mol%$La_2O_3$ + 1.2mol%$K_8CuNb_4O_{23}$ 세라믹에 x(=Li) 치환에 따른 유전 및 압전특성을 조사하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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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.