• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제34권6호
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• pp.495-504
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• 2021

Energy Harvesting is a technology that can convert wasted energy such as vibration, heat, light, electromagnetic energy, etc. into usable electrical energy. Among them, vibration-based piezoelectric energy harvesting (PEH) has high energy conversion efficiency with a small volume; thus, it is expected to be used in various autonomous powering devices, such as implantable medical devices, wearable devices, and energy harvesting from road or automobiles. In this study, wasted vibration energy in an automobile is converted into electrical energy by high-power piezoelectric materials, and the generated electrical energy is found to be an auxiliary power source for the operation of wireless sensor nodes, LEDs, etc. inside an automobile. In order to properly install the PEH in an automobile, vibration characteristics includes frequency and amplitude at several positions in the automobile is monitored initially and the cantilever structured PEH was designed accordingly. The harvesting properties of fabricated PEH is characterized and installed into the engine part of the automobile, where the vibration amplitude is stable and strong. The feasibility of PEH is confirmed by operating electric components (LEDs) that can be used in practice.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제12권6호
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• pp.249-252
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• 2011

We investigated the low firing of $Li_2CO_3$ added $0.2Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ - 0.3Pb($Fe_{1/2}Nb_{1/2}$) - $0.5Pb(Zr_{0.475}Ti_{0.525})O_3$ (PMN-PFN-PZT) ceramics and multilayer actuators (MLAs) using Ag inner electrodes. It was found that 0.1 wt% $Li_2CO_3$ was quite effective in lowering the sintering temperature of PMN-PFN-PZT ceramics from $1,100^{\circ}C$ down to $900^{\circ}C$ without deteriorating their piezoelectric ceramics ($d_{33}$ = 425 pC/N and $k_p$ = 61.9%). However, excess $Li_2CO_3$ up to 0.3 wt% brings about unwanted problems such as the formation of a $LiPbO_2$ secondary phase and subsequent degradation in the piezoelectric properties. Using 0.1 wt% $Li_2CO_3$ added PMN-PFN-PZT ceramics, MLAs with Ag inner electrodes were successfully fabricated, resulting in a normalized strain of 580 pm/V at an electric field of 1.5 kV/mm.

• 한국음향학회지
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• 제23권2호
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• pp.103-108
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• 2004

본 연구에서는 고상단결정법으로 성장시킨 PMN-32%PT 단결정의 모든 물성을 공진법을 이용하여 측정하였다. tetragonal 결정구조의 PMN-PT는 독립적인 물성으로 6개의 탄성상수, 3개의 압전상수, 2개의 유전상수를 가진다. 이상의 값들을 서로 다른 형태를 가진 6종류의 시편을 만들어 임피던스 분석기를 이용하여 각각의 시편의 진동모드별 전기임피던스를 측정하여 구하였다. 측정결과 일반 압전세라믹 보다 큰 전기기계결합계수 k/sub 33/ (∼85%)과 압전계수 d/sub 33/ (∼1200pC/N)을 가짐을 확인하였다. 측정한 값의 타당성은 측정시편의 유한요소해석을 통한 임피던스 스펙트럼과 상용 d/sub 33/ -meter측정결과와의 비교를 통해 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2005년도 추계학술대회 논문집 Vol.18
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• pp.169-170
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• 2005

본 연구에서는 초음파 센서에 응용 가능한 $0.4Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-0.6Pb(Zr_xTi_{1-x})O_3+0.5Wt%$ $MnO_2$ 세라믹스에 Zr/(Ti+Zr)비를 0.37에서 0.41로 변화시킨 조성을 1175 $\sim$ 1200$^{\circ}C$ 온도에서 소결하여 이의 결정구조 및 미세조직을 분석하였고, 압전, 유전 특성을 고찰하였다. 본조성에서 x=0.385 조성에서 최대 유전상수 값 3490 이 나타났으며, 그 이상의 첨가에서는 감소하였다. 상경계 영역인 x=0.385 조성에서 $\varepsilon$r, $K_p$, $d_{33}$ 값이 최대값을 나타내었다. $0.4Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-0.6Pb(Zr_xTi_{1-x})O_3+0.5Wt%$ $MnO_2$, 세라믹스에서는 kp 와 $d_{33}$ 는 Zr/(Ti+Zr)비 0.385조성까지 증가하였다가 그 이상 조성에서 감소하였다. $1175^{\circ}C$에서 2시간 소결한 x=0.385조성에서 $\varepsilon$r=3490, kp=0.71, Qm=476의 우수한 압전 특성을 나타내었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2005년도 추계학술대회 논문집 Vol.18
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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.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.310-310
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• 2008

본 연구에서는 (1-x) Pb(Zr0.515Ti0.485)$O_3$ - x Pb$(Sb_{1/2}Nb_{1/2})O_3$ + 0.5wt% $MnO_2$ 조성에 Pb$(Sb_{1/2}Nb_{1/2})O_3$ (PSN) (x=0.02, 0.04, 0.06, 0.08) 변화에 따른 미세구조 및 압전, 유전특성에 관해 고찰하였다. PSN 치환량이 증가함에 따라 정방정 (tetragonal)구조에서 삼방정(rhombohedral)구조로 상전이가 일어났으며, 결정립의 크기가 작아지는 것을 확인하였다. 전기기계결합계수 (kp) 는 PSN이 4 mol % 치환됨에 따라 증가하였으며, 더 이상 치환 시 감소하였다. PSN 치환에 따른 전기적 특성은, 결정구조, 결정립의 크기 및 2 차상 등의 미세구조와 긴밀한 관계가 있는 것으로 보여진다. 상경계(Morphotropic Phase Boundary) 영역인 0.96 Pb(Zr0.515Ti0.485)$O_3$ - 0.04 Pb$(Sb_{1/2}Nb_{1/2})O_3$ + 0.5wt% $MnO_2$ 조성에서 $\varepsilon{^T}_{33}/\varepsilon_o$ = 1109, $k_p$= 70.8 (%), $d_{33}$= 325 (pC/N)의 우수한 특성을 나타내었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.325-325
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• 2008

스크린 프린팅에 의한 압전 후막은 MEMS 공정을 이용하여 마이크로 펌프, 마이크로 벨브, 마이크로 센서, 마이크로 로봇 등 여러 초소형 기계부품에 응용되고 있으며, Sol-Gel, PLD를 이용해 증착된 막 등에 비해 수십${\mu}m$의 비교적 두꺼운 막을 형성시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 실리콘 기판을 사용하여 스크린 프린팅으로 형성된 압전 후막의 경우, 공정상 바인더를 연소시키는 과정을 거치게 되므로, 밀집된(Dense) 구조를 가지는 막을 만들기가 어렵다. 이로 인해 스크린 프린팅에 의한 후막은 전기적 특성 및 기계적 특성이 떨어지는 경향이 있다. 본 연구에서는 스크린 프린팅에 의한 압전 후막의 밀집된 구조 및 특성을 향상시키기 위해 0.01Pb$(Mg_{1/2}W_{1/2})$O3-0.41Pb$(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-0.35PbTiO_3-0.23PbZrO_3$의 powder와 Attrition 밀링 처리된 powder를 비율별로 혼합하여 입자의 크기를 변화시켜 막의 충진 밀도를 향상시켰으며, 열처리 효과를 극대화시키기 위해 RTA(Rapidly Thermal Annealing)를 통해 열처리 하였다. Attrition 밀링에 의한 파우더를 각각 비율별로 100%, 50%, 25%로 혼합하여 만든 압전 세라믹 페이스트는 P-type(100)Si Wafer sample 위에 $1{\mu}m$의 하부전극용($1100^{\circ}C$) Ag 전극을 screen print하여 소결했다. 그리고 다시 전극이 형성된 Si wafer 위에 스크린 프린팅하고, 건조 한 후 RTA로 300초 동안 열처리 한 결과 밀집된 구조를 가지는 압전 후막을 제작 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.306-306
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• 2007

최근, LED 구동 인버터, DC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터 및 형광등 ballaster 등의 고전압전원장치등에 압전변압기를 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 순수한 $PbTiO_3$는 큐리온도($490^{\circ}C$)가 높고, 기계적강도가 크며, 비유전율(약 200 정도)이 작다. 또한, 두께방향 진동의 전기기계 결합계수 ($K_t$)가 윤곽진동의 전기기계 결합계수($K_p$)보다 크므로 두께방향의 진동모드를 이용한 벌크파 진동자의 경우 윤곽진동방향으로 불요신호(spurious signal)가 적고, 작은 grain size($1\;{\mu}m$정도)로 미세가공이 가능하여 고주파 재료로 이용되고 있다. 압전변압기의 출력 전력을 향상시키기 위해서는 적층으로 제작하여야 하는데 적층 압전변압기 제작시 층간의 내부 전극이 도포된 상태에서 소결하여야 한다. 이때 소걸 온도가 높으면 Pd 함랑이 높은 전극을 사용하여야 하는데 Pd 전극의 가격이 비싸 소자의 경제성이 떨어지게 된다. 따라서 순수한 Ag 전극을 내부전극으로 사용하기 위해서는 $900^{\circ}C$ 이하에서 소결이 가능하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 $(Pb,Ca,Sr)Ti(Mn,Sb)O_3$ 조성을 이용하여 $900^{\circ}C$ 이하의 저온소결이 가능한 두께방향진동모드 적층 압전변암기를 제작하여 그에 대한 전기적 특성을 조사하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2005년도 하계학술대회 논문집 Vol.6
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• pp.338-339
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• 2005

본 연구에서는 $Fe_2O_3$를 첨가한 $Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-Pb(Zr_xTi_{1-x})O_3$ 세라믹스에서 Zr/Ti 비 변화에 따른 소결 및 압전, 유전특성을 조사하였다. $0.4Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-0.6Pb(Zr_xTi_{1-x})O_3$+0.25Wt% $Fe_2O_3$ 계에서 Zr/(Ti+Zr)비(x)를 0.39에서 0.42까지 변화시킨 조성을 1100 - $1250^{\circ}C$ 온도에서 2시간 소결하여 이의 결정구조 및 미세조직을 분석하였고, 압전, 유전 특성 및 RAINBOW 액츄에이터로의 응용을 조사하였다. $1150^{\circ}C$에서 소결한 0.405 조성(x)에서 유전상수(${\varepsilon}r$) = 4669, 전기기계결합계수(kp) = 0.75, 압전상수($d_{33}$) = 810 pC/N의 우수한 특성 값을 나타내었으며, 닥터블레이드법에 의해 RAINBOW 액츄에이터를 제작하여 변위특성을 조사하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2006년도 하계학술대회 논문집 Vol.7
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• pp.329-330
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• 2006

본연구에서는 초음파 모터 등의 고출력 액츄에이터에 응용 가능한 $0.4Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3$-$0.6Pb(Zr_{0.405}Ti_{0.595})O_3$ + 0.25wt% $Fe_2O_3$ 조성시스템에 $MnO_2$ (0~1 wt.%)첨가하여 압전, 유전특성 및 미세구조에 관해 고찰하였다. 본조성을 $1125{\sim}1175^{\circ}C$ 온도에서 2시간 소결하여 시편을 제조하였으며 이의 결정구조 및 미세조직을 분석하였다. $MnO_2$ 첨가량 증가에 따라 압전 상수와 전기기계결함계수는 감소하였으며, 기계적 품질계수는 0.5 wt% 첨가시까지 증가하였으나 첨가량이 그 이상 증가함에 따라 감소하였다. 압전특성은 $1125^{\circ}C$에서 소결한 $MnO_2$ 0.5wt%조성에서 ${\varepsilon}r$ = 2040, kp = 0.66, $d_{33}$ = 504, Qm=438의 우수한 특성을 나타내었다.