• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
• /
• pp.307-307
• /
• 2007

압전액츄에이터 및 초음파진동자는 전자제품의 소형화 및 경량화, 의료기기, 모바일기기 및 소형로붓의 발전에 힘입어 그 활용범위가 넓게 확장되고 있다. 1960년 Smolenski등에 의해 $A(B_1,B_2)O_3$형 복합 페로브스카이트 구조를 갖는 강유전성 세라믹스에 대한 연구가 시작된 이래 $Pb(Co,Nb)O_3-Pb(Zr,Ti)O_3$, $Pb(Zn,Nb)O_3-Pb(Zr,Ti)O_3$, $Pb(Mg,Nb)O_3-Pb(Zr,Ti)O_3$ 등 3성분계 세라믹스의 유전, 압전 및 강유전 특성에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 압전성이 우수한 세라믹스들은 Pb가 포함되어 있기 때문에 $1000^{\circ}C$ 이상에서 PbO가 급격하게 휘발되는 성질에 따라서 조성의 변동이 생겨 재현성이 어려우며 이를 방지하기 위하여 과잉 PbO를 첨가시키기 때문에 환경오염뿐만 아니라, 경제적인 측면에서도 많은 문제점을 가지고 있다. 소결조제를 이용한 산화물 첨가법은 PbO의 휘발을 억제하는 저온소결 방법중 가장 효과적인 방법으로 알려져 있다. 따라서, 본 연구에서는 적층형 압전액츄에이터로 사용하기위한 저온소결 압전세라믹스를 개발하기 위하여 PZN-PZT세라믹스에 $Li_2CO_3$, $Bi_2O_3$, CuO 를 소결조제로 사용하여 $Li_2CO_3$의 첨가량 변화에 따른 압전 및 유전 특성을 관찰하였다.

• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
• /
• 제5권2호
• /
• pp.198-206
• /
• 1992

(P $b_{1-x}$L $a_{x}$)[(S $b_{1}$2/S $n_{1}$2/) $Ti_{y}$ Z $r_{1-y}$] $O_{3}$(0.leq.x.leq.0.04, 0.25.leq.y.leq.0.40) 세라믹을 1250[.deg.C]에서 2시간동안 유지시켜 일반 소성법으로 제작하였으며 조성 및 L $a_{2}$ $O_{3}$첨가량에 따른 구조적, 압전적 특성을 관찰하였다. L $a_{2}$ $O_{3}$의 첨가량이 3-4[mol%]인 경우 La-rich의 pyrochlore상이 형성되었다. 시편의 평균결정립 크기는 1-2[.mu.n]의 크기를 나타내었으며 PbTi $O_{3}$조성이 증가함에 따라 다소 감소하는 경향을 나타내었다. 각 조성의 시편에 대해 PbTi $O_{3}$ 및 L $a_{2}$ $O_{3}$의 첨가량이 증가할수록 유전상수는 증가하는 경향을 나타내었으며 상전이 온도인 큐리온도는 PbTi $O_{3}$조성이 감소할수록 L $a_{2}$ $O_{3}$첨가량이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 압전 전하계수 및 전기기계 결합계수는 L $a_{2}$ $O_{3}$첨가량 및 PbTi $O_{3}$조성에 따라 증가하였으며 L $a_{2}$ $O_{3}$가 4[mol%]첨가된 0.10PSS-0.40PT-0.50PZ 시편에서 각각 250x$10^{-12}$[C/N], 29.7[%]의 최대값을 나타내었다. 기계적 품질계수는 L $a_{2}$ $O_{3}$첨가량 및 PbTi $O_{3}$조성이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었으며 0.10PSS-0.25PT-0.65PZ 시편에서 138의 최대값을 나타내었다.다.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제41권5호
• /
• pp.375-380
• /
• 2004

알루미나 기판 위에 Pb(Ni$_{1}$3/Nb$_{2}$3/)O$_3$-PbZrO$_3$-PbTiO$_3$ 후막을 스크린 인쇄한 후 800∼100$0^{\circ}C$에서 소결하여 압전 후막을 제조하였다. 마모 밀과 볼 밀 분쇄법을 이용하여 입자 크기가 서로 다른 압전 분말을 제조하였으며, 압전 분말의 입자 크기가 후막의 미세구조와 전기적 성질에 미치는 영향을 조사하였다. 마모 밀링한 분말의 평균 입자 크기는 0.44 $\mu\textrm{m}$로 볼 밀링한 분말의 평균 입자 크기, 2.87 $\mu$m 보다 훨씬 작았다. 후막을 80$0^{\circ}C$에서 소결하였을 때는 마모 밀링한 분말로 제조한 후막의 입자 크기가 볼 밀링한 분말로 제조한 후막의 입자 크기보다 더 작았으며, 소결 온도가 증가함에 따라 그 차이가 점차 감소하였다. 그리고, 전체 소결 온도 구간에서 마모 밀링한 분말로 제조한 후막이 볼 밀링한 분말로 제조한 후막보다 균일하고 치밀한 미세구조를 보였다. 소결 온도가 90$0^{\circ}C$ 이상일 때, 마모 밀링한 분말로 제조한 후막이 볼 밀링한 분말로 제조한 후막보다 우수한 전기적 성질을 가졌다. 90$0^{\circ}C$에서 소결한 마모 밀링한 분말로 제조한 후막의 유전상수($\varepsilon$$_{r}$), 잔류분극(P$_{r}$), 항전계(E$_{c}$)는 각각 559, 16.3 $\mu$C/$cm^2$, 51.3 kV/cm이었다.다..

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제21권8호
• /
• pp.222-227
• /
• 2020

페로부스카이트(Perovskite) 구조의 Pb(Zr,Ti)O₃(PZT)는 우수한 강유전 특성으로 인해 유전체, 압전체, 초전체 재료로 널리 사용된다. Pb_1.3(Zr_0.52Ti_0.48)O₃조성의 스퍼터링 타겟을 제조하여 RF 마그네트론 스퍼터링 공정으로 PZT박막을 형성하였다. PZT박막은 동일 스퍼터링 출력으로 연속 제조한 단층형 PZT와 2단계화한 스퍼터링 출력으로 제조한 2층형 PZT박막으로 구분하여 제조하였다. 2층형의 PZT는 저출력의 스퍼터링 조건으로 제작한 하부층과, 단층형 PZT와 동일한 조건으로 제작한 상부층으로 이루어진다. 제조한 박막에 대한 엑스선 회절분석결과, 단층형 PZT에서는 페로부스카이트상(Perovskite Phase)과 미소한 파이로클로르상(Pyrochlore Phase)이 혼합된 상태로 존재하나, 2층형 PZT에서는 페로부스카이트상만이 검출되었다. 전자현미경과 원자힘 현미경으로 표면상태를 관찰한 결과, 2층형 PZT박막의 상부는 단층형에 비해 치밀하고 평활한 표면상태를 나타냈으며, 단층형에 비해 낮은 표면거칠기값(RMS)을 보였다. 또한 이층형 PZT는 단층형에 비해 우수한 대칭성의 분극곡선형태를 보였고, 단층형에 비해 매우 저감된 1×10^-5 A/㎠ 이하수준의 누설전류 특성을 나타냈다. 이층형 PZT에서 보이는 이러한 현상은 치밀하게 형성한 하부 PZT층이 순차적으로 형성되는 상부PZT내의 미소 파이로클로르상 형성을 억제하여, 순수한 페로부스카이트상으로의 성장을 유도한 것으로 판단된다.

• 한국재료학회지
• /
• 제8권12호
• /
• pp.1146-1151
• /
• 1998

열처리 온도 및 시간의 변화에 따라 $PbO-TiO_2$-$A1_2O_3$-$SiO_2$유리계의 열처리된 시편들에서 perovskite $PbTiO_3$ 결정의 결정화 거동을 X선 회절 (XRD)과 주사 전자 현미경 (SEM)에 의하여 조사하였다 고온에서 장시간 동안 열처리된 시편은 높은 결정화도를 나타내었다. 열처리 시간이 증가할수록 $610^{\circ}C$와 $650^{\circ}C$ 에서 열처리된 시편들의 유전 상수는 증가했지만, $800^{\circ}C$에서 열처리된 시편의 유전 상수는 감소하였다. 시편들의 손실 정접은 열처리 조건에 거의 영향을 받지 않았다. $800^{\circ}C$에서 1h, 2h 및 8h 동안 열처리된 시편들의 압전 계수는 $1.0\times10^{-12}~8.0$\times$10^{-12}C/N$ 정도 이었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
• /
• pp.306-306
• /
• 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.

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