• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.344-344
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• 2008

최근 들어, 압전 세라믹스 제조기술의 급속한 발전으로 기계, 전자뿐만 아니라 휴대용 전자기기의 초소형 적층형 압전모터 및 압전변압기 같은 고품질 압전소자의 개발에 있어 특히 소자의 소형화에 따라 나노크기의 분말제조가 연구의 주류를 이루고 있다. 현재 이러한 나노크기의 세라믹스 제조에 사용되는 방법으로는 화학적 공침법, 졸겔법, 수열반응, 그리고 고에너지 볼밀법등이 보고되고 있다. 볼밀링 공정은 세라믹제조 시 필수 불가결한 공정이나 일반적으로 미세화에 그 한계가 있어 $1{\mu}m$이하의 입자크기를 가지는 분말은 제조가 곤란한 것으로 인식되어 왔다. 그러나 고에너지 볼밀을 이용한 볼밀링은 원료의 변형, 파괴 등과 같은 원료의 물리적 변화 뿐만 아니라 원료를 구성하는 원자/분자 구조에 영향을 미쳐 원료의 화학적 특성의 변화를 유발한다. 이러한 화학적 특성의 변화는 이종 원료간의 화학 반응성을 향상시켜 밀링 중에 새로운 화학종의 생성을 유발하게 되는데 이러한 현상을 mechanochemical 효과라 한다. 이러한 mechanochemical 효과는 나노 분말 입자의 제조뿐만 아니라, 분자설계, 재료합성, 자원처리 및 리사이클링 등에도 그 적용이 시도되고 있다. 이러한 mechanochemical 효과를 이용하여 분말을 미세화 함으로써 저온 소결과 재료특성 향상을 기대해 볼 수 있다. 따라서, 이번 연구에서는 우수한 압전 특성을 가진 PMN-PNN-PZT조성을 가지고 시편을 제작하였으며, 고에너지 볼밀시간에 따라 그 압전 및 유전특성을 조사하였다.

• 한국음향학회지
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• 제6권4호
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• pp.55-63
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• 1987

$PbTiO_3$는 perovskite구조를 가진 강유전체로써 Curie온도가 높고 유전율이 작아 고온. 고주파재료로 주목되어왔으나 curie온도 이하에서 결정이방성(C/a)이 크기 때문에 소결 후 결정립(grain)이 입계(grain boundary)에서 분리되어 치밀하고 기계적으로 강한 세라믹을 얻을 수 없었고, 항전력이 커 분극이 어려위 실용화 되지 않았다. 본 연구에서는 $PbTiO_3$에 Pb일부를 Ca로 치환하고 Mn, Ni, Co및 W의 산화물을 첨가하여 치수가 크고 기계적으로 강한 세라믹을 제조하였고, 그 분극 조건도 PZT의 분극 조건과 같은 정도로 개선하였다. 그리고 결합계수이방성(Kt/Kp)이 $5\sim6$으로 크고, 기계적 품질계수 Qm이 $310\sim480$ 정도로 낮으며, 유전상수가 200대의 값으로 PZT보다 1/5정도 작은 고온, 고주파. 광대역 초음파 발진자 재료로 적합한 압전세라믹을 제조 연구하였다.

• 한국음향학회지
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• 제27권5호
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• pp.215-220
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• 2008

의료용 초음파 프로브나 압전복합재료 트랜스듀서 등에 있어서는 배열된 압전세라믹 요소간의 공간, 즉 kerf에 주로 폴리머계열의 물질을 충진하고 있다. 이 경우 압전 요소의 횡방향 진동모드의 경계조건이 바뀌어 실제 사용되는 종방향 진동모드의 공진 주파수에도 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 kerf충진 매질에 따른 공진주파수의 변화를 실험적으로 고찰하기 위하여 크기가 $14mm{\times}0.22mm{\times}0.44mm$인 PZT 압전요소의 선형배열에 의한 초음파 트랜스듀서를 제작하고, kerf충진 매질이 없는 경우와 특성이 다른 두 종류의 에폭시로 충진한 경우 각각에 대한 측정을 행하였다. 그 결과 kerf충진 매질에 따른 종방향 공진주파수의 천이 경향이 이론해석 결과와 유사함을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권10호
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• pp.34-39
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• 2003

본 논문에서는 압전작동기 LIPCA를 이용하여 형상가변익을 제작하였고, 제작된 형상가변익의 작동변위에 관하여 연구를 수행하였다. 등가 열 모델링 방법과 MSC/NASTRAN으로 해석을 수행하여 압전작동기의 작동변위를 예측하였고, 이를 바탕으로 형상가변익의 설계와 제작을 수행하였다. 실험을 통해 제작된 형상가변익의 실제 작동변위는 압전세라믹의 재료 비선형성으로 인해 예측된 값보다 크게 나옴을 확인하였다. 압전작동기 LIPCA를 이용한 형상가변익은 작은 크기의 무인비행기나 초소형비행기의 조종면으로 사용될 수 있다.

• 한국세라믹학회지
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• 제41권5호
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• pp.375-380
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• 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..

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 1989년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.63-65
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• 1989

Piezoelectric BaTiO$_3$-polymer composite were investigated for dielectric and piezoelectric properties with the barium titanate active particle size. Under the condition of the same density and ceramic volume ratio of composite, the dielectric and piezoelectric constant of composite are increasing as the ceramic particle size in composite are increasing. The surface layer model was quoted to explain these phenomena in our system and experimentally confirmed. The connectivity parameter of modified cube model of composite was calculated from the dielectric constant variation as their particle size. The connectivity parameter X and Y were 77.8% and 98.9% respectively. It means that the barium titanate particle distribution in composite nearly approach to the parallel mode. It was experimentally confirmed that the surface layer has low dielectric and nonferroelectric properties. Dielectric constant and thickness of surface layer were calculated from the equivalent circuit of composite.

• 한국세라믹학회지
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• 제37권12호
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• pp.1198-1203
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• 2000

AlN와 Si을 이용하여 체적 탄성파 over-moded 공진기를 형성하였다. 높은 c-축 배향성을 갖는 AlN 압전박막은 sputtering에 의해 저온에서 증착하였다. AlN 박막의 c-축 배향성은 기판과 타겥의 거리가 가까울수록, 증착 압력이 낮을수록 (002) 면으로의 성장이 촉진되었다. Si 기판을 이용한 over-moded 공진기로부터 TFR의 임피던스를 산출한 결과 공진영역의 면적에 가장 의존하였다. Al/AlN/Al로 이루어진 TFR의 입력 임피던스는 공진 영역이 크기가 200㎛×200㎛인 경우 가장 50Ω에 근접하였다. Over-moded 공진 특성은 Si 기판의 낮은 Q로 인해 mode 수 294인 2.60976 GHz에서 0.109%의 유효 전기기계결합계수(K/sub eff/²)와 0.3의 K/sub eff/²·Q값을 보였다.

• 기계저널
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• 제29권2호
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• pp.175-183
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• 1989

오늘날 널리 연구되고 있고 공학자들에게 많은 관심을 끌고있는 압전 세라믹(ceramic)을 이용 하여 자연계에서 일어나는 각종 진동현상을 측정하고 해석하기 위한 센서(sensor)의 설계, 제작은 이미 선진국에서도 보편화된지 오래이다. 특히 압전형 가속도계(piezo type accelerometer)는 진동의 절대 측정에 가장 유용한 센서로 널리 알려져 있다. (1) 아주 넓은 사용 주파수 범위 (2) 넓은 동적범위(dynamic range)에 걸친 뛰어난 선형성(linearity) (3) 측정된 가속도 신호를 전기적으로 적분하여 속도와 변위에 대한 자료 제공 용이 (4) 높은 정확성 (5) 자발 전(self-generating)이므로 외부 전원 공급이 불필요 (6) 수명과 뛰어난 내구성 (7) 작은 크기와 가벼운 무게 등이다. 현재 기계 구조물 진동 측정에 이용되고 있는 스트레인 게이지 형(strain gage-type)의 가속도계는 감도가 좋고 저주파 진동 측정에는 편리한 반면 충격이나 높은 주파수 전동 측정에는 적합하지 않으며 내부 구조가 다소 복잡하다(2). 반면에 압전형 가 속도계는 압전 소자와 관성 질량의 조합 설계로서 저주파 진동 측정에 적합한 고감도의 가속도 계와, 감도는 떨어지나 아주 높은 주파수 범위의 진동까지 측정이 가능한 가속도계를 손쉽게 설계, 제작할 수 있다. 본 글에서는 선진국에 비해 낙후된 국내의 센서 설계, 제작 기술을 고 양시키고자 최근 한국과학기술원에서 시도된 압전형 가속도계의 개발 연구 사례를 중심으로 설계 및 제작시 고려 사항과 보정 문제를 소개하고자 한다.

• 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.

• 한국음향학회지
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• 제16권5호
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• pp.12-17
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• 1997

본연구에서는 압전세라믹을 이용하여 외부에 노출된 유리판에 부착된 물방울을 효율적으로 제거할 수 있는 초음파 물기 제거장치를 개발하였다. 초음파 진동장치의 제작을 위하여 유한요소법을 사용하여 유리면의 진동특성을 분석하였고 이 결과를 바탕으로 체적의 효과를 얻을 수 있는 초음파 진동액츄에이터의 구조와 규격을 결정하였다. 진동장치의 제작에 있어서는 시뮬레이션 결과를 바탕으로 진동의 균일한 분포를 위해서 보조진동판을 사용하였고 주어진 크기의 유리판의 최적조건을 찾기 위해 보조진동판과 유리판의 다양한 두께와 압전소자의 크기와 두께에 따라서 그 특성을 알아보고 성능을 평가하였다. 구동 발진기는 유리판의 공진점을 추적하기 위해 일정 주파수대역을 스위핑하는 가변주파수 발진기로 제작하였다.