Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.25
no.9
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pp.692-701
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2012
Recently, many lead-free piezoelectric materials have been investigated for the replacement of existing Pb-based piezoelectric ceramics because of globally increasing environmental interest. There has been remarkable improvement in piezoelectric properties of some lead-free ceramics such as $(Bi,Na)TiO_3-(Bi,K)TiO_3-BaTiO_3$, $(Na,K)NbO_3-LiSbO_3$, and so on. However, no one still has comparable piezoelectric properties to lead-based materials. Therefore, new lead-free piezoelectric ceramics are required. $BiFeO_3$ has a rhombohedrally distorted perovskite structure at room temperature and a very high Curie temperature ($T_C$= 1,100 K). And a very large electric polarization of 50 ~ 60 ${\mu}C/cm^2$ has been reported both in epitaxial thin film and single crystal $BiFeO_3$. Therefore, a high piezoelectric effect is expected also in a $BiFeO_3$ ceramics. The recent research activities on $BiFeO_3$ or $BiFeO_3$-based solid solutions are reviewed in this article.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.14
no.5
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pp.356-361
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2001
The structureal, dielectric and piezoelectric properties of Pb[(Sb$\_$1/2/Nb$\_$1/2/)$\_$x/-(Ni$\_$1/3/Nb$\_$2/3/)$\_$0.15-x/-(Zr$\_$y/Ti$\_$1-y/)$\_$0.85/]O$_3$(x=0∼0.05, y=0.47∼0.52) ceramics were investigated with the substitution of Pb(Sb$\_$1/2/Nb$\_$1/2/)O$_3$(abbreviated PSN) and the Zr/Ti ratio. At Zr/Ti ratio of 50/50, tetragonality was decreased and grain size abruptly decreased with the increase of PSN substitution. Curie temperature was decreased and dielectric constant increased with the substitution of PSN. The coercive field increased and remnant polarization decreased with the substitution of PSN. Electromechanical coupling factor(k$\_$p/) showed the highest value of 0.622 at 1mol% PSN, but mechanical quality factor(Q$\_$m/) showed the minimum value at that composition. Dielectric constant and electromechanical coupling factor with the Zr/Ti ratio showed maximum values at Zr/Ti ratio of 50/50 and mechanical quality factor showed minimum values near the Zr/Ti ratio of 50/50.
We have grown piezoelectric oxide films by RF magnetron sputtering using miscut substrates. Films were Brown on(001) $SrTiO_3$ substrates with miscut angles from 0 to 8 degrees toward the (100) direction. Films on high miscut substrates (>$4^{\circ}$) showed almost the pure perovskite phase in x-ray diffraction and were nearly stoichiometric. In contrast, films on exact (001) $SrTiO_3$ contained a high volume fraction of pyrochlore phases. A film on an $8^{\circ}$ miscut substrate exhibits a polarization hysteresis loop with a remnent polarization of 20$\mu$C/$\textrm{cm}^2$ at room temperature.
The effects of Nb doping on the crystal structure, microstructure, and dielectric ferroelectric and piezoelectric properties of $(Bi_{0.5}Na_{0.5})_{0.935}Ba_{0.065}Ti_{(1-x)}Nb_xO_3-0.01SrZrO_3$ (BNBTNb-SZ, with ${\chi}=0$, 0.01 and 0.02) ceramics have been investigated. X-ray diffraction patterns revealed that all ceramics have a pure perovskite structure with tetragonal symmetry. The grain size of the ceramics slightly decreased and a change in grain morphology from square to spherical shape was observed in the Nb-doped samples. The maximum dielectric constant temperature ($T_m$) increases with increasing amount of Nb; however, ferroelectric-relaxor transition temperature ($T_{F-R}$) and maximum dielectric constant (${\varepsilon}_m$) values decrease gradually. Nb addition disrupted the polarization hysteresis loops of the BNBT-SZ ceramics by leading a reduction in the remnant polarization coercive field and piezoelectric constant.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2000.11a
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pp.255-258
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2000
In this study, the structural, dielectric and piezoelectric properties of Pb[(Sb$\sub$1/2/Nb$\sub$1/2/)$\sub$x/- (Ni$\sub$1/3/Nb$\sub$2/3/)$\sub$0.15-x/- (Zr,Ti)$\sub$0.85/]O$_3$(x = 0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05) ceramics is investigated as a function of Pb(Sb$\sub$1/2/Nb$\sub$1/2/)O$_3$ (abbreviated PSN) substitution. With the increase of PSN substitution, the crystal structure is transO$_3$formed from the tetragonal phase to the rhombohedral phase and the grain size is decreased abruptly. The curie temperature is decreased with the PSN substitution. The dielectric constant is increased with the PSN substitution and maximum value of 2290 is obtained at 4mol% PSN. With the PSN substitution, the coercive field is increased and the remnant polarization is decreased. The Electromechanical coupling factor(k$\sub$p/) Is showed the highest value of 0.622 at lmol% PSN and the mechanical quality factor(Q$\sub$m/) is decreased abruptly with the PSN substitution.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.12
no.2
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pp.64-67
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2011
The effect of Ta substitution on the crystal structure, ferroelectric, and piezoelectric properties of $Bi_{0.5}(Na_{0.82}K_{0.18})_{0.5}Ti_{1-x}Ta_xO_3$ ceramics has been investigated. The Ta doping resulted in a transition from coexistence of ferroelectric tetragonal and rhombohedral phases to an electrostrictive pseudocubic phase, leading to degradations of the remnant polarization, coercive field, and piezoelectric coefficient $d_{33}$. However, the electricfield-induced strain was significantly enhanced by the Ta substitution-induced phase transition and reached a highest value of $S_{max}/E_{max}$ = 566 pm/V under an applied electric field 6 kV/mm when 2% Ta was substituted on Ti sites. The abnormal enhancement in strain was attributed to the pseudocubic phase with high electrostrictive constants.
In this paper, sol-gel-spin coated $Pb(ZrTi)O_3$ thin film with $ZrO_2$ buffer-layer and $PbTiO_3$ seed-layer was investigated for vibration MEMS energy harvester to scavenge power from ambient vibration via d33 piezoelectric mode. Piezoelectric thin film deposition techniques on insulating layer is the important key for $d_{33}$ mode of piezoelectric vibration energy harvester. $ZrO_2$ buff-layer was utilized as an insulating layer. $PbTIO_3$ seed-layer was applied as an inter-layer between PZT and $ZrO_2$ layer to improve the crystalline of PZT thin film. The fabricated PZT thin film had a remanent polarization of 5.3uC/$cm^2$ and the coercive field of 60kV/cm. The fabricated energy harvester using PZT thin film with PTO seed-layer generated 1.1uW of electrical power to $2.2M{\Omega}$ of load with $4.4V_{pvp}$ from vibration of 0.39g at 528Hz.
Polarization and strain induced by unipolar electric field (P\ulcorner, S\ulcorner), those induced by bipolar electric field (P, S) and remanent polarization (P\ulcorner) were investigated in 0.9Pb(Mg\ulcornerNb\ulcorner)O$_3$-$0.1PbTiO_3$relaxor ferroelectric ceramics in the temperature range of $-50^{\circ}C$~$90^{\circ}C$. From the temperature dependence of polarization and strain, the transition from predominantly paraelectric (electrostrictive) to partially ferroelectric (piezoelectric) is visualized. Under the given temperature, the P\ulcorner/P\ulcorner is always larger than the S\ulcorner/S\ulcorner and the difference between them becomes larger ass the temperature decrease. The S\ulcorner/P\ulcorner increases as the temperature decreased below phase transition temperature. It was suggested that these experimental results might be explained with a simple rigid ion model concentrating on BO\ulcorner octahedron.
We have fabricated and characterized optical delay lines for optical coherence tomography, which is composed of cylindrical PZT(piezoelectric transducer) and single mode optical fiber. The polarization mode dispersion from the optical delay lines was compensated by the polarization controllers. By applying the duplex optical delay line, we minimized the thermal drift due to optical delay lines and obtained the scan range of 2 times that of a single optical delay line. The OCT system showed resolution of $18.6\pm0.5{\mu}m$, scanning range of 1.68mm, and scanning speed of 360.4mm/s.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2002.07a
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pp.177-180
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2002
Thickness dependence of crystallographic orientation of diol based sol-gel derived PZT(52/48) films on dielectric and piezoelectric properties was investigated The thickness of each layer by one time spinning was about 0.2 $\mu\textrm{m}$, and crack-free films was successfully deposited on 4 inches Pt/Ti/SiO$_2$/Si substrates by 0.5 mol solutions in the range from 0.2 $\mu\textrm{m}$ to 3.8 $\mu\textrm{m}$. Excellent P-E hysteresis curves were achieved without pores or any defects between interlayers. As the thickness increased , the (111) preferred orientation disappeared from 1$\mu\textrm{m}$ to 3 $\mu\textrm{m}$ region, and the orientation of films became random above 3 $\mu\textrm{m}$. Dielectric constants and longitudinal piezoelectric coefficient d$\_$33/, measured by pneumatic method were saturated around the value of about 1400 and 300 pC/N respectively above the thickness of 0.8 7m. A micromachined piezoelectric cantilever have been fabricated using 0.8 $\mu\textrm{m}$ thickness PZT (52/48) films. PZT films were prepared on Si/SiN$\_$x/SiO$_2$/Ta/Pt substrate and fabricated unimorph cantilever consist of a 0.8 fm thick PZT layer on a SiNx elastic supporting layer, which becomes vibration when ac voltage is applied to the piezoelectric layer. The dielectric constant (at 100 kHz) and remanent polarization of PZT films were 1050 and 25 ${\mu}$C/$\textrm{cm}^2$, respectively. Electromechanical characteristics of the micromachined PZT cantilever in air with 200-600 $\mu\textrm{m}$ lengths are discussed in this presentation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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