• Electrical & Electronic Materials
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• v.3 no.4
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• pp.271-278
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• 1990

본 논문에서는 내부전극 Pt를 갖는 적층형 압전액튜에이터의 제조와 적층수에 따른 압전액튜에이터 압전특성에 대해 조사 연구하였다. 먼저, Dr.blade방법을 사용하여 두께 ~220.mu.m의 PZT green sheet를 제작하였다. green sheet의 밀도는 결합제 양과 외부압력에 대해 크게 의존하였으며 소결체의 밀도는 green sheet의 밀도가 커질수록 더 높게 나타났다. 다음에는 적층수에 따른 압전정수의 변화에 대한 것으로써 압전정수(d$_{33}$)는 PZT세라믹스의 적층수가 증가할수록 매우 크게 증가되었으며 압전정수를 도입하여 계산된 변형량(.DELTA.l/l)은 10층 시편에 대해 2*$10^{6}$V/m의 전계에서 3*$10^{-3}$값을 얻었다. 이와같은 결과로써 적층형 압전액튜에이터는 저전압에서도 큰 변위를 나타내며 따라서 제어장치의 미세작동에 충분히 이용 될 수가 있다.다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.07b
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• pp.684-687
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• 2004

일반적으로 적층형 압전 액츄에이터의 변위는 액츄에이터의 내부 적층수와 압전정수($d_{33}$)에 비례적으로 증가한다. 그러나 압전현상을 이용한 액츄에이터는 전기적, 기계적 부하에 의한 dipole 거동을 보이기 때문에 domain wall에 의한 압전정수의 비선형 거동을 보인다. 본 논문에서는 PMN-PZ-PT 세라믹스를 이용하여 $2{\times}3{\times}10$ (mm)의 적층형 세라믹 액츄에이터를 제조 후 1kV/mm의 일정한 전계를 인가하고 $0\sim990N$의 기계적 부하 인가하에서 적층형 세라믹 액츄에이터의 비선형 특성을 조사하였다. 압전 액츄에이터의 비선형 거동은 기계적 응력에 의한 유전 및 전왜 특성에 영향주고, 액츄에이터의 변위 특성은 유전 및 전왜 특성의 영향에 크게 의존한다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.30 no.1
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• pp.36-43
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• 2002

Thermopiezoelastic snap-through phenomena of piezolaminated plates are investigated by applying an are-length scheme to Newton-Raphson method. Based on the layerwise displacement theory and von Karman strain-displacement relationships, nonlinear finite element formulations are derived for the thermopiezoelastic composite plates. From the static and dynamic viewpoint, nonlinear thermopierzoelastic behavior and vibration characteristicx are stuied for symmetric and eccentric structural models with various piezoelestric actuation modes. Present results show the possibility to enhance the performance, namely thermopiezoelastic snapping, induced by the excessive piezoelectric actuation in the active suppression of thermally buckled large deflection piezolaminated paltes.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2003.05a
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• pp.762-769
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• 2003

본 연구에서는 적층형 압전소자를 이용하여 초소형 및 슬림형 광디스크 드라이브용 광픽업 구동기를 개발하였다. 최근에 휴대용 정보기기의 급격한 발달로 인해 다양한 형태의 초소형 정보저장기기가 사용되고 있으며 착탈식 형태의 초소형 광디스크를 사용하는 ODD가 개발 중에 있다. 적층 형태의 압전소자와 유연 힌지 형태의 변위 확대기구를 사용하여 구동기의 출력 힘과 허용 변위를 증가시키도록 설계하였다. 압전형 구동기의 동특성을 고려한 모델링과 이론적 해석을 통해 목표 변위와 성능을 만족하도록 설계 변수를 최적화하였고 이를 ANSYS를 이용한 해석과 비교하였다. 상용화된 적층형 압전소자를 이용한 prototype 올 제작하여 실험을 수행하였으며 이론적인 예상 값과 잘 일치함을 보였다. 이와 같은 이론적 해석과 실험 결과를 토대로 높이가 2.5mm이며 15V 에서 $\pm$400$\mu\textrm{m}$의 변위를 갖는 슬림형 및 초소형 ODD에 적합한 압전형 구동기를 설계하였다.

• 전기의세계
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• v.33 no.10
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• pp.625-630
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• 1984

압전변압기는 압전효과를 응용한 점화소자와 필터의 중간적인 존재로서 그 두 기능을 합친 것과 같은 특성을 가지며, 전기적 에너지가 기계적 에너지로 변환된 후 다시 전기적 에너지로 환원되는 과정을 통하여 고전압을 얻는 변압기이다. 이러한 변압기는 자속을 응용하는 일반적인 변압기와는 달리, 유전체인 압전세라믹소자의 압전현상과 공진현상을 응용하므로 주파수대역이 좁고 취급되는 전류가 적다는 단점이 있으나, 구조가 간단하고, 제작이 용이하며, 소형이고, 손실이 적은 장점들이 있어서 특히 고전압고전류원을 필요로하는 음극선관, 음이온발생기, 집진기, 전자복사기, 도장기 등에 이용되고 있으며, 최근에는 다른 분야에도 응용이 시도되고 있다. 여기서는 기존의 압전변압기 중에서 가장 많이 쓰이고 있는 Rosen형(또는 transverse형)압전변압기의 구조와 특성들을 간단히 기술하고, 새로운 형태인 적층형 압전변압기에 관하여 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.18-18
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• 2010

전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하고 또한, 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있는 압전 세라믹스는 압전 변압기 (piezoelectric transformer), 초음파 모터, 센서 등과 같은 응용분야에 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 전원장치에 있어서 현재 주요 전자제품에 사용되고 있는 권선형 변압기와 같은 전자 변환기의 대체품으로 압전 세라믹스 소재의 특성을 이용한 압전변압기의 개발과 응용연구는 국내외적으로 활발히 연구되어왔다. 압전변압기는 권선형 변압기와 비교 하였을 때 누설자속이 없어 노이즈 발생이 없고, 공진주파수만을 이용하므로 출력의 파형이 정현파에 가까워 고조파 잡음이 없으며, 불연성의 특징을 가지고 있다. 추가적으로 압전 변압기는 소형화, 슬림화, 경량화가 가능하며 90%이상의 높은 효율을 얻을 수 있다. 또한, 단판형 압전변압기의 출력한계를 개선하기 위해 높은 승압비와 고출력을 갖는 적층타입의 압전변압기가 제안되었다. 압전변압기용 조성 세라믹스는 높은 에너지 변환효율을 위해서 전기기계결합계수 ($k_p$)가 커야 하며, 발열에 의한 온도 상승을 억제하기 위하여 기계적 품질계수(Qm)가 큰 것이 바람직하다. 또한, 높은 전류를 발생하기 위해서는 유전상수가 커 압전변압기의 출력측 정전용량을 크게 하여야한다. 이러한 압전변압기의 제작 조건을 위해 우수한 압전 및 유전특성을 갖는 PZT계 세라믹스가 주로 사용 되어져 왔다. 그러나, PZT계 세라믹스의 우수한 압전 및 유전특성에도 불구하고 $1000^{\circ}C$에서 급격히 휘발하는 PbO의 성질 때문에 환경적으로나 인체의 건강문제로 인해 전세계적으로 그 사용량을 제한하고 있다. 또한 적층 압전변압기의 구조적 특성상 내부전극과 함께 소결하여야 하는데, 이때 소결온도가 높으면 값비싼 Pd합량이 높은 전극을 사용하여야 한다. Pd함량이 10%미만인 Ag/Pd 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 저온소결이 가능한 세라믹스 제조가 필수적이라 할 수 있다. 소결온도를 낮추는 방법으로는 다른 물질들을 치환하여 소결온도를 낮추는 방법과 미세분말을 만들어 그레인사이즈를 미세화 하는 방법들이 있다. 많은 미세 분말 제조 방법 중에서 Attrition mill은 일반적인 ball mill에 비해 분말의 입도를 미세하게 할 수 있어 증가된 분말의 비표면적에 의하여 반응을 촉진시킴으로써 저온소결이 가능한 세라믹스를 만들 수 있다. 따라서 본 연구에서는 소결온도가 낮으면서도 유전 및 압전특성이 우수한 조성을 사용하여 적층 압전변압기를 제작하여 전기적 특성을 조사하였다.

• Composites Research
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• v.15 no.5
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• pp.7-13
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• 2002

The piezoelectric thin film sensor has good characteristics to observe the impact responses of composite structures. The capabilities for monitoring impact behavior of Gr/Ep laminates subjected to damage-induced impact using the PVDF(polyvinylidene fluoride) film sensor were examined. For a series of low-velocity impact tests from low energy to damage-induced energy, simulated sensor signals were compared with measured signals and the PVDF film sensor. Local impact damages(matrix cracking and delamination) were found at three impact tests, but the measured signals agreed well with the simulated sensor signals based on the linear relationship between the impact forces and the PVDF film sensor signals. And the inverse technique was applied to reconstruct the impact forces using the PVDF film sensor signals. Most of reconstructed impact forces had good agreement with the measured forces. The comparison results showed that the local damage due. to low-velocity impact didn't disturb the global impact responses of composite laminates and the reconstruction of impact forces from PVDF sensor signals wasn't affected by the local damage.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2004.10a
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• pp.250-253
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• 2004

This study deals with the microvalve, which is composed of the multilayer bender type PZT actuator, actuator controller and microvalve body. The object of this study is to develope the microvalve with multilayer bender type PZT actuator. In order to achieve this object, prototype PZT actuator and microvalve were suggested and manufactured. Also, the performance of this model was evaluated through the experiments.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.51-51
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• 2008

최근 센서, 전자기술의 발달은 소형 센서 기기의 구동에 필요한 파워를 줄여 주변의 진동이나 온도차등에서의 작은 에너지로도 센서 등의 소형 전자기기의 구동을 가능하게 했다. 이에 따라 전자기기의 구동에너지로써 에너지 하베스팅이 많은 관심을 받고 있다. 압전 효과를 이용하여 주변의 진동에너지를 전기에너지로 변화 시키는 압전에너지 하베스터는 온도차이나 태양광, 바람등과는 달리 날씨나 구동조건에 큰 영항을 받지 않는 장점과 그 크기가 비교적 소형이라는 장점이 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 에너지 하베스터에서 생산된 에너지를 사용하기 위해서는 생산된 에너지를 저장장치에 저장해야 한다. 저장장치에 저장하기 위해서는 일정 이상의 전압과 많은 양의 전류가 있는 것이 효과적이다. 하지만 압전 세라믹의 출력 특성은 전압이 크고, 출력 전류가 작은 특성을 지지고 있어 충전 속도가 느리다는 문제점이 있다. 압전세라믹에서 발생되는 에너지는 세라믹의 두께와 세라믹의 전극면적에 비례하는데 각각 세라믹의 두께는 출력 전압에 영향을 주며, 세라믹의 전극면적은 발생하는 전하량에 영항을 준다. 이러한 압전체의 특징을 이용하여 본 연구에서는 압전체의 출력특성의 향상을 위하여 $10\times35mm^2$ 크기의 적층 세라믹을 제작하여 압전에너지 하베스터를 제작하였다. 적층 압전세라믹을 이용한 에너지 하베스터에서 3.5m/$s^2$ 24.6 ${\mu}m$의 진동에서 발생전압 2.14 V 에 발생전류 252 ${\mu}A$의 특성을 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.306-306
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• 2007

최근, LED 구동 인버터, DC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터 및 형광등 ballaster 등의 고전압전원장치등에 압전변압기를 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 순수한 $PbTiO_3$는 큐리온도($490^{\circ}C$)가 높고, 기계적강도가 크며, 비유전율(약 200 정도)이 작다. 또한, 두께방향 진동의 전기기계 결합계수 ($K_t$)가 윤곽진동의 전기기계 결합계수($K_p$)보다 크므로 두께방향의 진동모드를 이용한 벌크파 진동자의 경우 윤곽진동방향으로 불요신호(spurious signal)가 적고, 작은 grain size($1\;{\mu}m$정도)로 미세가공이 가능하여 고주파 재료로 이용되고 있다. 압전변압기의 출력 전력을 향상시키기 위해서는 적층으로 제작하여야 하는데 적층 압전변압기 제작시 층간의 내부 전극이 도포된 상태에서 소결하여야 한다. 이때 소걸 온도가 높으면 Pd 함랑이 높은 전극을 사용하여야 하는데 Pd 전극의 가격이 비싸 소자의 경제성이 떨어지게 된다. 따라서 순수한 Ag 전극을 내부전극으로 사용하기 위해서는 $900^{\circ}C$ 이하에서 소결이 가능하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 $(Pb,Ca,Sr)Ti(Mn,Sb)O_3$ 조성을 이용하여 $900^{\circ}C$ 이하의 저온소결이 가능한 두께방향진동모드 적층 압전변암기를 제작하여 그에 대한 전기적 특성을 조사하였다.