Sol-gel preparation technique using a chemical reaction of metal alkoxides has been widely used for the fabrication of various materials including ceramics. However, its mechanism has been studied till now because a number of chemical ways are possible from various alkoxides and additives. In this study, the mechanism of hydrolysis, condensation, and polymerization of alkoxides were investigated from the fabrication of lead-zirconate-titanate (PbZr$\_$x/Ti$\_$l-x/O$_3$; PZT) thin film that is used as various micro-actuator, transducer, and sensor because of its high electro-mechanical coupling factors and thermal stability. Furthermore, the fabrication process and characteristics of self-patternable PZT film using photosensitive stabilizer were studied in order to resolve the problem of physical damage and properties degradation during dry etching for device fabrication. Using an optimum condition to prepare the self-patternable PZT film, more than 5000 ${\AA}$ thick self-patternable PZT film could be fabricated by three times coating. The PZT film showed 28.4 ${\mu}$c/cm$^2$ of remnant polarization (Pr) and 37.0 kV/cm of coercive field (E$\_$c/).
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.52
no.10
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pp.458-463
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2003
In order to develope piezoelectric transformer for the ballast of fluorescent lamp, a new shape and electrode pattern of piezoelectric transformer has been investigated in this work. The composition of piezoelectric ceramics was 0.95Pb(Zr$_{0.51}$Ti$_{0.49}$)O$_3$+0.03Pb(Mn$_{1}$3/Nb$_{2}$3/)O$_3$+0.02Pb(Sb$_{1}$2/Nb$_{1}$2/)O$_3$. The sample prepared by this composition system showed the characteristics which has about 1200 of relative dielecric constant, 1100 of the mechanical quality factor, 0.53 of the electromechanical coupling coefficient, 320 pC/N of the piezoelectric constant d$_{33}$, 0.3 % of the dissipation factor. Diameter and thickness of disk-type piezoelectric transformer was 45 mm and 4 mm, respectively. The driving and generating electrode with their gap of 1mm were fabricated on the top surface. But the common electrode was fabricated on the whole bottom surface. The electrode surface ratio of driving and generating part on the top surface ranges from 1.4:1 to 3:1. We investigated the electrical characteristics with the variation of the electrode surface ratio of driving and generating part in the range of load resistance of 100 $\Omega$~70 k$\Omega$. The set-up voltage ratio of this piezoelectric transformer increases with increasing both the electrode surface of driving part and the load resistance. The set-up voltage ratio at no load resistance was more than 60 times. On the other hand, the efficiency decreases with increasing the electrode surface of driving part. In the case of the electrode surface of both 1.4:1 and 2:1, maximum efficiency showed above 97 % at load resistance of 2 k$\Omega$. However, in the case of the electrode surface of 3:1, maximum efficiency showed about 94 % at load resistance of 3 k$\Omega$.>.>.>.
Gwang Hyeon Kim;Hyeon Jun Park;Bitna Bae;Haksu Jang;Cheol Min Kim;Donghun Lee;Kwi-Il Park
Journal of Powder Materials
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v.31
no.1
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pp.16-22
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2024
Composite-based piezoelectric devices are extensively studied to develop sustainable power supply and self-powered devices owing to their excellent mechanical durability and output performance. In this study, we design a lead-free piezoelectric nanocomposite utilizing (Ba0.85 Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3 (BCTZ) nanomaterials for realizing highly flexible energy harvesters. To improve the output performance of the devices, we incorporate porous BCTZ nanowires (NWs) into the nanoparticle (NP)-based piezoelectric nanocomposite. BCTZ NPs and NWs are synthesized through the solid-state reaction and sol-gel-based electrospinning, respectively; subsequently, they are dispersed inside a polyimide matrix. The output performance of the energy harvesters is measured using an optimized measurement system during repetitive mechanical deformation by varying the composition of the NPs and NWs. A nanocomposite-based energy harvester with 4:1 weight ratio generates the maximum open-circuit voltage and short-circuit current of 0.83 V and 0.28 ㎂, respectively. In this study, self-powered devices are constructed with enhanced output performance by using piezoelectric energy harvesting for application in flexible and wearable devices.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.7
no.3
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pp.418-427
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1997
The effect of $La_2O_3$ as a dopant on the microstructure structure, crystal structure and electrical properties was studied. $0.05Pb(Sn_{0.5}Sb_{0.5})O_3+0.11PbTiO_3+0.84PbZroO_3+0.4Wt%MnO_2$ (=0.05PSS +0.11PT+0.84PZ+0.4wt%$MnO_2$) systems doped with 0, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1, 3, 5 mole% $La_2O_3$ were fabricated and investigated sintering density, crystal structure and micro-structure. The sintered 0.05PSS+0.11PT+0.84PZ+0.4wt%$MnO_2$ system doped with $La_2O_3$showed sintering density of the range of 7.683 g/㎤ of 0 mole% doping to 7.815 g/㎤ of 0 mole% doping. The average grain sizes in the range of 0 to 5 mole% $La_2O_3$were decreased from 9.0 $\mu\textrm{m}$ to 1.3 $\mu\textrm{m}$. X-ray diffraction investigation of sintered bodies showed that solid solutions were formed between 0.05PSS+0.11PT+0.84PZ+0.4wt%$MnO_2$ system and $La_2O_3$ in the range of 0 to 1 mole% but second phases were formed in case of 3, 5 mole%. Dielectric constants at 1 kHz were increased with 0 to 3 mlole% $La_2O_3$ before and after poling at the condition of 5 $KV_{DC}$/mm at $120^{\circ}C$ or $140^{\circ}C$ during 20 minutes. All Dielectric losses at 1 kHz were less than 1%, Curie temperatures were $208^{\circ}C$, $183^{\circ}C$, $152^{\circ}C$ and $127^{\circ}C$ at 0, 0.5, 1, 3 mole% $La_2O_3$ respectively. The values of $K_p$ were increased from 0 to 3 mole% $La_2O_3$ after poling at condition of 5 $KV_{DC}$mm at the condition of $120^{\circ}C$ or $140^{\circ}C$. The case of 0.7 mole% $La_2O_3$doped 0.05PSS+0.11PT+0.84PZ+0.4wt%$MnO_2$ system showed $K_p$ of 14.5% by poling at $140^{\circ}C$ during 20 minutes.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.52
no.4
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pp.153-158
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2003
This thesis deal with ferroelectric and ferromagnetic materials. PZT/Ferrite ceramics were made by the making process using PZT powder and garnet ferrite powder. PZT and ferrite are mixed as much 90%-10%, 50%-50%, and so on. After making samples, we are polishing samples until thickness is 0.1~0.2mm. We measured all kinds of samples in room temperature and applied magnetic field from -4500 to 4500 Oersted and conducted test of magnetical and electrical measurement using VSM and lpC resolution electrometer calibrated with RT66A pulsed tester. From this measurement, we can calculate tunability of these samples using C value obtained from P-E loop. As a result, it was able to measure magnetic characteristic when two matter had each other component ratio, and it was compound. However, it confirmed the possibility that was able to have ferroelectric characteristic with you in PZT 90% and ferrite 10%. Therefore, If this thing comes for PZT 50% and ferrite 50% have ferroelectric characteristic as him in a compound sample ore, can use this in an oscillator, supersonic waves detector in addition to a piezoelectric element. It may contribute to multipurpose of an element and demands such as a miniaturization of equipment, efficiency, reduce of a price which can use a characteristic of two components.
Roh, Im-Jun;Kwon, Beomjin;Moon, Hi Gyu;Kim, Jin-Sang;Kang, Chong-Yun
Journal of Sensor Science and Technology
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v.23
no.4
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pp.224-228
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2014
The electrocaloric effect of 9/65/35 PLZT thin film fabricated by the sol-gel method, which has not been studied yet, was investigated for its structural, electrical properties as well as temperature change property. The relaxor ferroelectric property of 9/65/35 PLZT thin film was confirmed by examining its dielectric and electrical properties. The relaxor property can cause a more pronounced electrocaloric effect (ECE) in a wider temperature range than normal ferroelectric film. To avoid errors caused by using an indirect measurement method, the leakage current generated by increasing temperatures was minimized by using the optimal maximum electric field ($350kVcm^{-1}$) in the thin film. The largest temperature change ${\delta}T$ (0.23 K) and the electrocaloric strength ${\xi}$ (0.68 mkcm/kV), calculated by equations were obtained. The maximum field change ${\delta}E$ ($191kVcm^{-1}$) was in the vicinity of the curie temperature ($200^{\circ}C$).
PZT ceramics substituted by La3+ and Nd3+ were fabricated according to the formula: [Pb1-x(La or Nd)x][Zr0.58Ti0.42]1-x/4$\square$x/4O3(x=0.00, 0.02, 0.05, 0.08, 0.15, 0.20). The crystal structure and microstructure were investigated by XRD and SEM. It was observed that the phase transitions among rhombohedral, tetragonal, and cubic symmetry occured as the substitutional quantity increased. Dielectric constant, dissipation factor and piezoelectric coefficient (d33), of each sample were measured. The dielectric properties were changed as the substitutional quanity of rare earth ion increased. These changes could be explained by crystal structure and compositional fluctuaction. Its d33 was higher at tetragonal region near to phase boundry between rhombohedral and tetragonal, which was explained by reorientation of domain wall.
The sintering and electrical properties of the hydrothermal PSZT powders obtained by substituting 4, 6 and 8mol% Sr for Pb in PZT lattice structure were investigated. The lattice constant and particle size decreased in proportion to a quantity of Sr. The sintering properties of PSZT powders showed $7.754g/cm^3$ of sintered density and $4{\mu}m$ of grain size at sintering temperature of $1250^{\circ}C$. Curie temperature lowered gradually from $363.6^{\circ}C\;to\;319.2^{\circ}C$ and relative dielectric constants increased rapidly by a quantity of Sr. In comparison to PZT, moreover, the quality factor of PSZT was increased more than three times with increase of Sr mole ratio, and piezoelectric constant $(d_{31}\;and\;g_{31})$ was decreased. It was found that dielectric loss of PSZT was decreased by 0.574% which was half of PZT.
The effects of different types of process control agents (PCA) on the microstructure evolution of Ni-based oxide dispersion-strengthened superalloy have been investigated. Alloy synthesis was performed on elemental powders having a nominal composition of Ni-15Cr-4.5Al-4W-2.5Ti-2Mo-2Ta-0.15Zr-1.1Y2O3 in wt % using high energy ball milling for 5 h. The prepared powders are consolidated by spark plasma sintering at 1000℃. Results indicated that the powder ball-milled with ethanol as PCA showed large particle size, low carbon content and homogeneous distribution of elemental powders compared with the powder by stearic acid. The sintered alloy prepared by ethanol as PCA exhibited a homogeneous microstructure with fine precipitates at the grain boundaries. The microstructural characteristics have been discussed on the basis of function of the PCA.
The K Ar ages, whole rock geochemistry and Sr Nd Pb isotopes have been determined for the submarine basalts dredged from the P2 and P3 segments of the Antarctic-Phoenix Ridge (APR), Drake Passage, Antarctica, for better understanding on temporal variation of magma chemistry in association with extinction of seafloor spreading. The fossilized APR is distant from the known hot spots, and consists of older N-MORB prior to extinction of spreading and younger E-MORB after extinction. The older N-MORB (3.5-6.4 Ma) occur in the southeast flank of the P3 segment (PR3) and the younger E-MORB (1.4-3.1 Ma) comprise a huge seamount at the P3 segment (SPR) and a big volcanic edifice at the P2 segment (PR2). The N-type PR3 basalts have higher Mg#, K/Ba, and CaO/Al2O3 and lower Zr/Y, Sr, and Na8.0 with slight enrichment in incompatible elements and almost flat REE patterns. The E-type SPR and PR2 basalts are highly enriched in incompatible elements and LREE. The extinction of spreading occurring at 3.3 Ma seems to have led to a temporal magma oversupply with E-MORB signatures. Geochemical signatures such as Ba/TiO2, Ba/La, and Sm/La suggest heterogeneity of upper mantle and formation of E-MORB by higher contribution of enriched materials to mantle melting, compared to N-MORB environment. E-MORB magmas beneath the APR seem to have been produced by low melting degree (up to 1% or more) at deeper low-temperature regime, where metasomatized veins consisting of pyroxenites have preferentially participated in the melting. The occurrence of E-MORB at the APR is a good example to better understand what kinds of magmatism would occur in association with extinction of spreading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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