In this paper, piezoelectric ceramics with the composition of $(Na_{0.525}K_{0.4425}Li_{0.0375})(Nb_{0.8975}Sb_{0.065}Ta_{0.0375})O_3+0.3wt%\;CoO+x\;CuO$ ($0.005{\leq}x{\leq}0.025$) (abbreviated to NKL-NST) were fabricated for ultrasonic sensor application. The effects of CuO addition and sintering on the microstructure and the piezoelectric properties of the NKL-NST ceramics were systematically studied. Excellent piezoelectric properties such as electromchanical coupling $factor(k_p)=0.415$, piezoelectric constant $(d_{33})=166pC/N$ and piezoelectric figure of merit $d_{{33}*}g_{33}=5.47pm^2/N$ were obtained from the 2.5 mol% CuO doped NKL-NST+0.3 wt%CoO ceramics sintered at $1,000^{\circ}C$ for 3 h.
본 연구에서는 풀력측 전극비를 보다 증가시킬 목적으로 새로운 형상인 육각형 압전변압기를 제작하여 전극 패턴을 설계하고, 전기적 출력 특성을 검토하였다. 이 때 육각형 압전변압기의 한변의 길이가 각각 14[mm]와 17.5[mm]로 하였으며, 압전변압기에 적용된 세라믹의 성분계는 PZT-PMN-PSN이었으며, 기계적 품질계수가 1200, 전기기계결합계수는 55%, 압전정수 $d_{33}$은 320${\times}$$10^{-l2}$C/N, 손실계수는 0.3%이었다. 부하저항의 증가에 따라 승압비는 증가하였으며, 육각형 압전변압기의 한 변의 길이가 증가함에 따라서도 증가하는 경향을 보였다. 최대 효율은 10∼20[M$\Omega$]근처에서 약 93%가 얻어졌다.다.다.
In this study, a step-down piezoelectric transformer was fabricated to utilize as an adapter for charging batteries of mobile electronic appliances. The ceramic part of the transformer is $Pb[(Mn_{1/3}Sb_{2/3})_{0.05}Zr_{0.475}Ti_{0.475}]O_3$ with mechanical quality factor of 1600, electromechanical coupling coefficient 59 %, and piezoelectric constant d33 1300, which can be utilized as a piezoelectric transformer. A simply fabricated disk-typed test pattern of diameter 28 mm and thickness 2 mm was used to characterize resonant frequency, Qm, kp according to the different input/output electrode area. efficiency and power as a function of load resistance was also investigated. The sample APT showed some spurious mode and BPT showed better frequency property. Taking all properties which are admittance, effective electromechanical coupling coefficient and mechanical quality factor most suitable for piezoelectric transformer is BPT which has 12 mm diameter electrode and the condition of 15 Vrms, 30 $\Omega$ made the maximum efficiency of 93.7 % and maximum power is 6W with 50 Vrms.
In this study, multilayer piezoelectric actuators were fabricated with 75 layers by a conventional multi-layer capacitor (MLC) techniques, using 70Ag/30Pd paste as an internal electrode which can be sintered at low temperature and have cost down effect in mass productions. The multilayer piezoelectric actua-tors had no defects such as diffusions of internal electrode to ceramic bodies and shortages of internal electrodes. The multilayer piezoelectric actuators did not show the crack in the ceramics parts and the gapping phenomena in the external eletrodes when Ag paste was used as external electrodes. The multilayer piezoelectric actuators showed a maximum displacement of 4${\mu}{\textrm}{m}$ at 100V dc voltage and kept the maximum displacement constant for 300 seconds. The multilayer piezoelectric actuators showed good matching properties between ceramic bodies and AgPd internal electrodes. We confirmed the possibility of large-scaled production of the multilayer piezoelectric actuators with superior electrical properties and cost down effect using 70Ag/30Pd paste as an internal electrodes.
Based on the theory of piezoelasticity, the static performance of a piezoelectric bilayer cantilever fully covered with electrodes on the upper and lower surfaces is studied. Three models are considered, i.e., the sensor model, the driving displacement model and the blocking force model. By establishing suitable boundary conditions and proposing an appropriate Airy stress function, the exact solutions for piezoelectric bilayer cantilevers are obtained, and the effect of ambient thermal excitation is taken into account. Since the layer thicknesses and material parameters are distinguished in different layers, this paper gives unified solutions for composite piezoelectric bilayer cantilevers including piezoelectric bimorph and piezoelectric heterogeneous bimorph, etc. For some special cases, the simplifications of the present results are compared with other solutions given by other researches based on one-dimensional constitutive equations, and some amendments have been found. The present investigation shows: (1) for a PZT-4 piezoelectric bimorph, the amendments of tip deflections induced by an end shear force, an end moment or an external voltage are about 19.59%, 23.72% and 7.21%, respectively; (2) for a PZT-4-Al piezoelectric heterogeneous bimorph with constant layer thicknesses, the amendments of tip deflections induced by an end shear force, an end moment or an external voltage are 9.85%, 11.78% and 4.07%, respectively, and the amendments of the electrode charges induced by an end shear force or an end moment are both 1.04%; (3) for a PZT-4-Al piezoelectric heterogeneous bimorph with different layer thicknesses, the maximum amendment of tip deflection approaches 23.72%, and the maximum amendment of electrode charge approaches 31.09%. The present solutions can be used to optimize bilayer devices, and the Airy stress function can be used to study other piezoelectric cantilevers including multi-layered piezoelectric cantilevers under corresponding loads.
Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3계 압전 단결정의 유전특성과 압전특성을 전계 및 압축응력 인가 조건 하에서 33-모드 방식으로 측정하였다. 110~140℃ 영역에서 저온 rhombohedral 구조에서 고온 tetragonal 구조로의 상전이가 관찰되었으며, cubic 구조로 변화하는 큐리온도는 165℃ 정도로 나타났다. 압축응력 및 전계 변화에 따른 분극의 크기변화를 측정하였다. 전계인가 분극 곡선의 기울기로부터 비유전율을 계산하였고, 인가되는 응력의 크기가 증가할수록 계산된 비유전율의 크기는 증가하고, 인가되는 전계의 크기가 증가할수록 비유전율의 크기는 감소하는 경향성을 나타내었다. 압축응력 및 전계 변화에 따른 변위 거동을 측정하였으며, 곡선의 기울기로부터 압전상수를 계산하였고 압력인가에 따른 상전이를 확인하였다. 수중 또는 의료용 초음파 발진자로 실제 응용할 경우 선형성을 유지하여 구동이 가능하기 위하여 소자 기구물을 형성하는 단계에서 인가하게 되는 압축응력의 크기와 구동 전계의 DC 바이어스의 크기를 적절하게 설계할 필요가 있다.
In order to investigate the effect of Mn on the dielectric and piezoelectric properties of PMN-PT [$Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3-PbTiO_3$], four different types of 71PMN-29PT samples were prepared using the solid-state single crystal growth (SSCG) method: (1) Undoped single crystals, (2) undoped polycrystalline ceramics, (3) Mn-doped single crystals, and (4) Mn-doped polycrystalline ceramics. In the case of single crystals, the addition of 0.5 mol% Mn to PMN-PT decreased the dielectric constant ($K_3{^T}$), piezoelectric charge constant ($d_{33}$), and dielectric loss (tan ${\delta}$) by about 50%, but increased the coercive electric field ($E_C$) by 50% and the electromechanical quality factor ($Q_m$) by 500%, respectively. The addition of Mn to PMN-PT induced an internal bias electric field ($E_I$) and thus specimens changed from piezoelectrically soft-type to piezoelectrically hard-type. This Mn effect was more significant in single crystals than in ceramics. These results demonstrate that Mn-doped 71PMN-29PT single crystals, because they are piezoelectrically hard and simultaneously have high piezoelectric and electromechanical properties, have great potential for application in fields of SONAR transducers, high intensity focused ultrasound (HIFU), and ultrasonic motors.
In this study, 0.96B $i_{0.5}$($Na_{0.84}$$K_{0.16}$)$_{0.5}$Ti $O_3$ + 0.04SrTi $O_3$ + 0.3 wt% N $b_2$$O_{5}$+0.2 wt% L $a_2$$O_3$ + xwt % Mn $O_2$ were investigated as a function of the amount of Mn $O_2$ addition in order to improve dielectric and piezoelectric properties of Lead-free piezoelectric ceramics. With increasing the amount of Mn $O_2$ addition, the density, electromechanical coupling factor( $k_{p}$), piezoelectric constant( $d_{33}$, $g_{33}$) and curie temperature (Tc) showed the maximum value of 5.7 g/㎤, 38 %, 219 pC/N, 26 mVㆍm/N and 32$0^{\circ}C$ at 0.1 wt% Mn $O_2$ addition, respectively, and mechanical quality factor( $Q_{m}$ ) showed the maximum value of 158 at 0.3 wt% Mn $O_2$ addition.ddition.ion.n.
In this study, in order to develop low temperature sintering piezoelectric ceramics for LTCC (Low-Temperature Cofired Ceramic) multilayer piezoelectric actuator, PMW-PMN-PZT ceramics using $0.2wt%\; Li_2CO_3$ and $0.25wt%\;CaCO_3$ as sintering aids were investigated according to the varation of PMW substution. Composition ceramics could be sintered at $900^{\circ}C$ by adding sintering aids. As the amount of PMW substitution increased, the crystal structure of PMW-PMN-PZT ceramics moved from tetragonal phase to rhombohedral phase gradually, and MPB(Morphotrophic Phase Boundary) region appeared at 2 mol% PMW substitution. At the sintering temperature of $900^{\circ}C$, the density, electromechanical coupling factor(kp), mechanical quality factor(Qm), dielectric constant(${\epsilon}r$), piezoelectric constant(d33) and Curie temperature(Tc) of 2 mol% PMW substituted PMW-PMN-PZT ceramics showed the optimal values of $7.88g/cm^3$, 0.58, 1002, 1264, 352 pC/N and $336^{\circ}C$, respectively, for LTCC multilayer piezoelectric actuator application.
Piezoelectric properties of $Pb(Mn_{1/3}Nb_{2/3})O_3-PbZrO_3-PbTiO_3$ ceramics were investigated with $Al_2O_3$ content $(0.0-1.0 wt\%)$. The constituent phases, microstructure, electromechanical coupling factor, dielectric constant, piezoelectric charge and voltage constants were analyzed. Diffraction peaks for (002) and (200) planes were identified by X-ray diffractometer for all the specimens doped with $Al_2O_3$, indicating the MPB (morphotropic phase boundary) composition of tetragonal structures. The highest sintered density of $7.8 g/cm^3$ was obtained for $0.2wt\%\;Al_2O_3-doped$ specimen. Grain size increased by doping $Al_2O_3$ up to $0.3 wt\%$, and it decreased by more doping. Electromechanical coupling factor, dielectric constant, piezoelectric charge and voltage constants increased by doping $Al_2O_3$ up to $0.2wt\%$, and it decreased by more doping. This might result from the formation of oxygen vacancies due to defects in $O^{2-}$ ion sites and the substitution of $Al^{3+}$ ions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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