• Transactions on Electrical and Electronic Materials
• /
• v.13 no.6
• /
• pp.283-286
• /
• 2012

(1-X)$(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3-XK_{5.4}Cu_{1.3}Ta_{10}O_{29}$ (NKN-KCT) lead-free piezoelectric ceramics have been synthesized by the conventional solid state sintering method, and their sinterability and piezoelectric properties were investigated. Typically, this material is sintered between 1,025 and $1,100^{\circ}C$ for 2 hours to achieve the required densification. Crystalline structures and Microstructures were analyzed by X-ray diffraction and scanning electron microscope. The density, dielectric constant (${\varepsilon}_r$), piezoelectric constant $d_{33}$, electromechanical coupling factor $k_p$ and mechanical quality factor $Q_m$ value of the NKN ceramics depended upon the KCT content and the sintering temperature. In particular, the KCT addition to NKN greatly improved the mechanical quality factor $Q_m$ value. The ceramic with X = 1.0 mol% sintered at $1,050^{\circ}C$ exhibited optimum properties (${\varepsilon}_r$=246, $d_{33}$=95, $k_p$=0.38 and $Q_m$=1,826). These results indicate that the ceramic is a promising candidate material for applications in lead free piezoelectric transformer and filter materials.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
• /
• v.30 no.10
• /
• pp.637-640
• /
• 2017

In this study, $(1-x)(Na_{0.52}K_{0.443}Li_{0.037})(Nb_{0.883}Sb_{0.08}Ta_{0.037})O_3-x(Bi_{0.5}(Na_{0.7}K_{0.3})_{0.5}ZrO_3$ ceramics were fabricated by BNKZ substitution using a conventional solid-state method to develop excellent lead-free piezoelectric ceramics for piezoelectric actuators; their dielectric and piezoelectric properties were then investigated. All specimens were in the orthorhombic phase. $NKL-NSTO_3$ ceramics with x=0.01 showed excellent piezoelectric properties. The density (${\rho}$), piezoelectric charge constant ($d_{33}$), planar piezoelectric coupling coefficient ($k_p$), mechanical quality factor ($Q_m$), and dielectric constant (${\varepsilon}_r$) had optimized values of $4.56g/cm^3$, 208 pC/N, 0.43, 96, and 975, respectively.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2009.08a
• /
• pp.375-375
• /
• 2009

• Journal of the Korean Ceramic Society
• /
• v.54 no.6
• /
• pp.530-534
• /
• 2017

The figures of merit in the on-resonance and off-resonance conditions ($FOM_{on}$ and $FOM_{off}$) for the piezoelectric energy harvester (PEH) were measured and compared in $[(K_{0.485}Na_{0.515})_{1-X}Li_X](Nb_{0.99}Ta_{0.01})O_3$ (x = 0.04 ~ 0.09) (KNLNT) ceramics with various Li contents. The crystal structure of CuO-doped KNLNT ceramics changes from orthorhombic to tetragonal around the Li fraction of 0.065. The stable temperature range for the tetragonal phase widens to both higher and lower temperatures as Li is substituted. The piezoelectric charge constant ($d_{33}$), electromechanical coupling factor ($k_p$) and mechanical quality factor ($Q_m$) have maximum values at the Li fraction between 0.055 and 0.065 where the phase boundary lies between the orthorhombic and tetragonal phases. Both $FOM_{on}$ and $FOM_{off}$ have peak values around the phase boundary but the peak compositions are not exactly coincided. The optimal Li fraction in the KNLNT ceramic for a PEH application was found to be between 0.055 and 0.065.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2010.06a
• /
• 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.

• The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
• /
• v.59 no.11
• /
• pp.2021-2025
• /
• 2010

Electrical and structural properties were investigated on the effects of ZnO and the lead-free NKN-LST ceramics with the addition of ZnO were fabricated by a conventional mixed oxide method. A gradual change in the crystal and microstructure was observed with the increase of ZnO addition. For the NKN-LST-ZnO ceramics sintered at $1050^{\circ}C$, bulk density increased with the addition of ZnO and showed maximum value at addition 2.0mol% of ZnO. Curie temperature of the NKN-LST-ZnO ceramics slightly decreased with adding ZnO. The dielectric constant, piezoelectric constant ($d_{33}$) and electromechanical coupling factor ($k_p$) increased at the small amount of ZnO addition, which might be due to the increase in density. The high piezoelectric properties = 153 pC/N, electromechanical coupling factor = 0.484 and dielectric constant = 2883 were obtained for the NKN-LST+0.5ZnO ceramics sintered at $1050^{\circ}C$ for 2h.

• Journal of the Korean Ceramic Society
• /
• v.40 no.10
• /
• pp.925-930
• /
• 2003

The dielectric polarizability-related factors contributing to the $\tau$$_{\varepsilon}$ have been analysed in terms of dielectric permittivity $\varepsilon$, Tolerance Factor (TF), and octahedron tilt angles in (1-x)CaTi $O_3$-x[A(B', B″) $O_3$] (A=Ca, La, Li, B'=Al, Fe, Mg, B″=Nb, Ta) and (S $r_{0.2}$C $a_{0.8}$)( $Ti_{1-x}$ Z $r_{x}$) $O_3$. All the compounds have the orthorhombic Pbnm structure except the end members A(B', B″) $O_3$ and the solid solutions of x$\geq$0.8. The additional dipole field effect is suggested as a dominant factor contributing to $\tau$$_{\varepsilon}$ in CaTi $O_3$-based ceramics having relatively large $\varepsilon$, which has not been generally considered in the previous reports dealing with the $\tau$$_{\varepsilon}$. This study has been focussed on delineating the dipole field effect on the $\tau$$_{\varepsilon}$ in comparison to the octahedron tilt effect in CaTi $O_3$-based ceramics.cs..cs.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2008.06a
• /
• pp.48-48
• /
• 2008

현재 압전재료로써 사용되고 있는 PZT계 세라믹스는 우수한 압전 및 유전특성으로 초음파 센서, 압전변압기, 액츄에이터, 필터, 레조네이터와 같은 여러 응용분야에 널리 사용되어지고 있다. 그러나 납을 60%이상 포함하므로 환경오염에 의하여 그 사용에 대한 규제가 강화되고 있어 최근에는 납을 함유하지 않은 무연 환경친화형 압전세라믹스가 주목받고 있다. 현재 무연 조성 세라믹스에는 텅스텐-브론즈 형, 비스머스 레이어형, 페로브스카이트 형 등이 이으며, 그 중 페로보스카이트 혈을 제외하고는 보통 소성법 조제시 낮은 압전특성을 갖는다. 그러므로 압전특성을 증가시키기 위하여 Hot pressing, Hot forging, RTGG(Reactive Template Grain Growth), SPS(Spark Plasma Sintering), 그러나 이는 무연 세라믹스의 대량생산 과정에서 어려운 문제를 가지고 있고, 저가격 관점에서 볼 때 보통소성법이 보다 바람직하다. 그래서 보통소성법으로 NKN세라믹스의 소결성을 향상 시키고 비교적 높은 압전특성을 얻기 위해서 $LiSbO_3$, $LiNbO_3$, $LiTaO_3$, alkaline-earth(Mg, Ca, Sr, Ba) 등을 첨가한 논문들이 보고되고 있으며, 이러한 재료들의 kp는 대략 0.3-0.4를 나타내고 있다. 따라서, 본 연구에서는 소결온도를 낮추고자 $Ag_2O$를 소결조제로 사용하였고 유전 및 압전특성을 높이고자 소결시간 변화시켜 시편을 제작하여 NKN 세라믹스의 유전 및 압전특성을 조사하였다.

• Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
• /
• 2008.02a
• /
• pp.287-288
• /
• 2008

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2005.07a
• /
• pp.305-306
• /
• 2005

In this paper, in order to develop Pb-free piezoelectric ceramics, $(Li_{0.04}Na_{0.44}K_{0.52})(Nb_{0.86}Ta_{0.10}Sb_{0.04})O_3$ ceramics were fabricated with the variation of calcination temperature and sintering temperature. Specimens couldn't be sintered below $111^{\circ}C$ and showed the largest density at calcination temperature of $800^{\circ}C$. Specimens manufactured with the variation of calcination temperature showed pseudo-tetragonal phase, and showed the optimal values of kp=0.45, ${\varepsilon}r$=1336 and $d_{33}$=254 at calcination temperature of $800^{\circ}C$ and sintering temperature of $1110^{\circ}C$.