• 센서학회지
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• 제8권2호
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• pp.108-114
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• 1999

표면 탄성파 가스센서는 소자의 크기가 작고, 값이 싸며, 가스에 대한 감도가 매우 높고 소자의 신뢰도가 높은 장점을 갖고 있다. 본 연구에서는, $LiTaO_3$ 단결정 압전기판 위에 이중지연선을 갖는 표면 탄성파 $NO_2$ 가스센서를 설계 및 제작하였다. 제조된 IDT의 커패시턴스는 79.3MHz의 주파수에서 326.34pF였다. 임피던스 매칭이 된 IDT의 반사손실은 79.3MHz의 주파수에서 최대인 -16.74dB로 나타났다. SAW 발진기를 성하여 고주파증폭기의 이득을 적절히 조정함으로써 안정된 발진이 이루어짐을 확인하였다. SAW 발진기의 $NO_2$ 가스에 대한 발진주파수의 변이는 28Hz/ppm으로 나타났다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.445-445
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• 2011

본 연구에서는 편극 패턴된 강유전체 단결정 $LiNbO_3$ 기판에 광화학적 반응에 의해 금속(Au, Ag, Cu)나노입자를 표면에 선택적으로 성장하였다. 강유전체는 자발편극성의 특성을 지니고 있기 때문에 선택적으로 전압을 가하여 편극성의 역전에 의해 표면의 편극성을 선택적으로 패터닝이 가능하다. 본 연구에서는 주기적으로 양의 편극 영역과 음의 편극 영역이 패턴된 $LiNbO_3$ 기판을 사용하였다. 표면의 편극성은 압전소자반응현미경법(PFM)을 이용하여 확인하였으며, 극성은 R-V curve로 확인하였다. 금속입자는 금속입자를 포함하는 용액에 기판을 넣고 자외선을 조사하여 성장시켰다. 성장된 금속입자의 표면 분포 및 분석은 AFM을 이용하여 측정하였다. Ag 입자를 성장시킨 결과, (-z)편극 영역보다 (+z)편극영역에서 보다 많은 금속 나노입자들이 환원반응을 일으켜 나노입자를 형성하였으며, 경계영역 (inversion domain boundary)에 가장 많은 나노구조체가 형성되었다. Au 입자의 경우, (+z)편극영역이 (-z)편극영역의 표면보다 더 많은 입자가 형성되었지만 Ag입자처럼 편극영역의 경계에서 많이 증착되는 경향성은 보이지 않았다. Cu 입자의 경우 광화학반응을 거의 일으키지 않았으며, 편극영역에 따른 증착 경향성도 보이지 않았다. 이와 같은 결과를 증착된 금속 나노입자의 편극에 따른 표면분포를 강유전체 표면 극성에 따른 표면 밴드구조와, 각 입자가 지닌 환원전위와 전자친화도에 관련된 모델로 설명할 것이다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제35권4호
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• pp.333-341
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• 2022

자기전기복합체(magnetoelectric, ME compositie)는 자왜재료와 압전재료의 결합현상을 이용하는 재료로서 지난 20여 년간 이론적, 실험적으로 많은 연구가 진행되어 왔다. 자기전기복합체의 출력특성은 구성하는 소재, 계면층, 복합체의 형상, 자기장하 진동모드 등의 많은 구성요소의 최적화를 통하여 급속히 향상되고 있다. 하지만 자기전기복합체의 자기전기 결합 특성 평가는 대부분의 연구들에서 구체적인 방법을 제시하지 않아 어떻게 측정한 것인지가 불명확한 경우가 많다. 본 논문에서는 자기전기복합체의 비공진, 공진상황에서 자기전기 전압계수를 어떻게 측정할 수 있는지에 대한 자세한 방법을 소개한다. 평가를 위한 샘플로서 대칭적인 구조를 가지는 Gelfenol/PMN-PZT/Gelfenol 자기전기복합체를 제조하였다. 압전 재료로는 이방성의 (011) 32 모드의 PMN-PZT 압전 단결정과 자왜재료로는 Galfenol 합금을 사용하여 에폭시로 접착하였다. 컴퓨터 인터페이스로 자동화된 자기전기 전압특성 측정 시스템의 구성을 우선 설명하고, 자기전기 결합특성의 측정 방법을 단계별로 설명한다. 본 튜토리얼 논문에서는 자기전기결합 특성과 특성평가방법을 이해하고자 하는 연구자들에게 도움이 될 수 있는 평가방법의 원리와 절차를 제공하고자 하였다.

• 한국음향학회지
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• 제41권3호
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• pp.278-286
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• 2022

본 연구에서는 압전세라믹 기반의 상용 Free-Flooded Ring(FFR) 트랜스듀서 대비 소형이면서 저주파 고감도 특성을 확보하기 위해, 높은 압전상수와 전기-기계 결합계수를 가지는 압전단결정 PIN-PMN-PT를 적용한 33-모드 FFR 트랜스듀서를 설계하였다. FFR 트랜스듀서의 광대역 특성을 확보하기 위해 비능동소자를 삽입한 링 구조를 적용하였으며, 3종의 비능동소자 소재 별 특성 해석 결과를 비교하여 최적의 소재를 선정하였다. 링 트랜스듀서의 특성 변화를 최소화하기 위해 오일 충진형 FFR 트랜스듀서로 제작하였으며, 음향시험을 통해 송신감도, 수중 임피던스 및 수평/수직 빔패턴이 해석결과와 잘 일치하는지 확인하였다. 해석 및 시험 결과를 비교한 결과, 송신감도는 공동공진 주파수에서 약 1.3 dB, 구조공진 주파수에서는 약 0.3 dB 차이를 보였다. 또한 상용 트랜스듀서 대비 높은 송신감도를 보유하면서도 직경을 약 17 % 축소하여 제작할 수 있었다. 이를 통해 소형이면서 고출력 특성을 가지는 압전단결정적용 FFR 트랜스듀서의 구현 가능성과 해석을 통한 특성 예측 방법의 유효성을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제24권3호
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• pp.160-165
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• 2005

본 연구에서는 DNA의 고정화 및 DNA 혼성화 반응을 감지할 수 있는 SH형 SAW 센서를 개발하였다. 고정화 및 혼성화 반응에 사용된 탐침 DNA 및 표적 DNA는 상보적 결합이 일어날 수 있는 염기서열을 가진 15-mer의 올리고뉴클레 오티드를 사용하였다. SH형 SAW 센서는 압전 단결정 $36^{\circ}\;YX\;LiTaO_3$를 사용하여 100 MHz로 발진되는 이중 지연선 형태로 제작하였다. 제작된 센서는 Au가 증착된 박막위에 고정화된 탐침 DNA와 표적 DNA와의 혼성화 반응을 시키고 난 후 센서의 주파수 변화를 측정하였으며, DNA 고정화 및 혼성화 반응은 pH 7.4의 PBS 완충용액상에서 수행하였다. 개발된 SH형 SAW센서는 $1.55 {\cal}ng/{\cal}ml/Hz$의 민감도를 가지며, DNA 혼성화 특성에 기인한 질량하중 효과에 따른 안정적인 주파수 변화를 나타내었다.

• 한국세라믹학회지
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• 제51권6호
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• pp.623-628
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• 2014

Orthorhombic $Ba(Ti_{0.94}Zr_{0.06})O_3$ single crystals are fabricated using the cost-effective solid-state single crystal growth (SSCG) method; their dielectric and piezoelectric properties are also characterized. Measurements show that (001) $Ba(Ti_{0.94}Zr_{0.06})O_3$ single crystals have an electromechanical coupling factor ($k_{33}$) higher than 0.83, piezoelectric charge constant ($d_{33}$) of about 400 [pC/N], and piezoelectric voltage constant ($g_{33}$) higher than 50 [${\times}10^{-3}Vm/N$]. The transition temperature ($T_{OT}$) of the (001) $Ba(Ti_{0.94}Zr_{0.06})O_3$ single crystals between orthorhombic and tetragonal phases is also observed to be about $61^{\circ}C$. Because their electromechanical coupling factor ($k_{33}$) and piezoelectric voltage constant ($g_{33}$) are higher than those of soft PZT ceramics, it is expected that (001) $Ba(Ti_{0.94}Zr_{0.06})O_3$ single crystals can be used as "lead-free" piezoelectric materials in many piezoelectric applications.

• 한국음향학회지
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• 제26권1호
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• pp.42-47
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• 2007

본 논문에서는 probe DNA의 고정화 및 Probe DNA와 target DNA의 혼성화 반응을 감지할 수 있는 DNA 측정용 고주파 SAW 센서의 주파수 증대에 따른 감도향상에 대해 연구하였다. 센서는 $36^{\circ}$ YX $LiTaO_3$ 압전 단결정 기판위에 Au 박막이 증착된 측정채널 (sensing channel)과 기준채널 (reference channel)로 구성되며 200MHz에서 발진되는 이중 지연선 형태로 제작되었다. 또한 SAW 센서의 감지 미케니즘의 최적화를 위해 SAW 센서의 Au 지연선상의 Probe DNA의 최적 고정화 반응농도와 target DNA의 최적 혼성화 반응농도를 결정하였으며, 디지털 시린지 펌프시스템을 구성하여 실험자에 따른 오차를 최소화하였다. 측정채널의 Au 박막 지연선상에 probe DNA를 고정화시킨 후 target DNA를 주입하면, DNA의 혼성화 반응이 일어나며 Au 지연선상의 질량이 변하게 된다. 따라서 질량하중 효과에 대한 센서의 주파수 변화를 측정하였다. 개발된 센서는 최대 0.066ng/ml/Hz의 민감도를 가지며 질량하중 효과에 대한 안정적인 주파수 변화를 나타내었다.

• 한국결정성장학회:학술대회논문집
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• 한국결정성장학회 1996년도 제11차 KACG 학술발표회 Crystalline Particle Symposium (CPS)
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• pp.219-222
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• 1996

수열법은 밀폐용기중에서 10$0^{\circ}C$이상의 가열, 가압된 수용액이 반응에 관여하는 것으로써, 수정, CaCO3, AlPO4, GaPO4 등과 같은 단결정의 육성 뿐만 아니라 균일분산계로부터 균일한 결정성의 미립자 합성에도 폭넓게 이용되고 있다. 세라믹분말의 합성에 있어서, 이 방법은 특히 형상, 입자크기의 제어가 용이할 뿐만 아니라 고상법, 졸-겔법, 공침법에서와 같은 열처리, 분쇄과정이 필요없기 때문에 고순도의 초미립자를 얻을 수 있는 장점이 있다. 근년 미국, 일본에서는 수열법을 이용한 유전, 압전체 등 세라믹분말의 일부가 공업적인 규모로 대량 생산되고 있다. 그러나 이에 대한 국내 기술은 아직 초기단계에 이르고 있는 실정이다. 따라서 본 연구실에서는 수열법에 의한 단결정 육성 (예; 자수정, CaCO3, AlPO4, GaPO4, KTP, Emerald 등), 박막제조 (예; GaP, PbTiO3, BaTiO3 등), 정제 (고령토, 장석, 도석 등), 원석처리 (진주, 인공 emerald, 비취 등) 그리고 각종 세라믹분말의 합성 등과 같은 다양한 기반기술의 축적과 동시에 공업화에 대응한 수열장치를 위하여 반응용기의 대형화, 엄밀한 밀폐방식, 실용적인 수열조건 등을 개발해 오고 있다. 본 발표에서는 현재까지의 연구개발 내용 중에서 결정성 미립자에 관련한 세라믹분말의 합성에 대한 일부의 결과들을 보고한다. 일반적으로 수열장치는 전기로, 반응용기, 온도 및 압력제어계 등을 기본으로 하고 있으며 시판용의 대부분이 교반기가 부착된 수직형 (vertical type)이다. 이와 같은 방식에 있어서는 엄밀한 밀폐가 곤란, 반응온도의 한계성 (25$0^{\circ}C$ 이하), 증진율의 한계성 (소량생산) 등과 같은 점이 있기 때문에 본 연구실에서는 개폐식 전기로내에 엄밀한 밀폐가 가능한 수평식(horizontal type)의 반응용기를 채택한 뒤 이를 회전 또는 시이소(seesaw)식으로 움직일 수 있도록 하여 연속공정화, 온도구배의 자율조절 그리고 보다 저온에서도 인위적인 이온의 확산을 효율적으로 유도할 수 있도록 하였다. 이와 같은 방식은 기존의 방식과 비교하여 반응용기 내에 응집현상과 미반응물이 존재하지 않으며 또한 단분산으로 결정성 미립자를 대량적으로 얻을 수 있는 장점이 있었다. 다음은 이상과 같이 본 연구실에서 자체 개발한 수열장치를 이용하여 PbTiO3, (Pb,La)TiO3Mn, BaTiO3, ZnSiO4:Mn, CaWO4 등과 같은 세라믹분말에 대한 합성 실험의 결과이다. 압전성, 초전성이 우수한 PbTiO3 및 (Pb,La)TiO3:Mn 분말의 수열합성은 PbO, TiO2, La2O3 등의 분말을 출발원료로 하여 합성도도 25$0^{\circ}C$부근의 알카리성 용액중에서 결정성 PbTiO3 및 (Pb,La)TiO3:Mn 미립자를 단상으로 얻었으며 입자의 형상 및 크기는 합성온도와 수열용매의 종류에 의존하였다. 유전체로서 폭넓게 응용되고 있는 BaTiO3 분말은 Ba(OH)2.8H2O, TiO2와 같은 최적의 출발원료를 선택함으로써 15$0^{\circ}C$ 부근의 저온영역에서도 용이하게 합성할 수 있었다. 특히 본 연구에서는 수용성인 Ba(OH)2.8H2O를 사용함으로써 host-guest적인 반응을 유도시키는데 있어 물의 가장 실용적이고 효과적인 수열용매임도 알았다. ZnSiO4:Mn, CaWO4, MgWO4와 같은 형광체 분말은 공업적으로 고상반응 또는 습식법에 의해 얻어지고 있으나 이들 방법에 있어서는 분쇄공정으로 인한 형광특성의 저하와 같은 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 수열법을 이용하여 이들 화합물의 합성을 시도하였으며 그 결과 합성온도 30$0^{\circ}C$ 부근의 알칼리성 용액중에서 수열적으로 얻어짐을 알았다. 여기서의 합성분말을 이용하여 실제 조명램프로 제조한 결과 녹색, 청색 발광용 형광체로서 우수한 형광특성을 나타내었다. 천연에서 소량 산출되고 있는 고가의 (Li,Al)MnO2(OH)2:Co 분말은 도자기의 전사지용 청색안료로써 이용되고 있다. 본 연구실에서는 LiOH.H2O, Al(OH)3, MnO2 등의 분말을 출발원료로 하고 24$0^{\circ}C$ 온도 부근 그리고 물을 수열용매로 하여 천연산에 필적하는 (Li,Al)MnO2(OH)2:Co 분말을 인공적으로 합성하였다.

• 한국음향학회지
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• 제16권2호
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• pp.89-94
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• 1997

아황산가스를 감지하기 위해 새로운 CdS 무기박막을 이용한 표면탄성파 센서를 구현하였다. LiTaO$_3$ 단결정 압전기판에 중심주파수 54MHz인 두 개의 SAW 소자 및 발진기를 제작하였으며 아황산가스가 흡착, 탈착할 수 있는 감지막을 지연선 상에 증착시키고 다른 변수로부터의 반응을 보상하기 위해 이중지연선 구조로 제작하였다. CdS 박막은 초음파 노즐을 이용하여 분무 열분해법을 이용하여 증착하였다. 실험결과 표면탄성파 센서는 아황산가스의 농도를 0.25 ppm 까지 검출할 수 있으며 20 ppm 이내의 안정도 및 5분 이내의 빠른 반응시간을 보였다. 또 가스감응 실험의 반복을 통해 센서의 반복성을 확인함으로써 본 연구에서 개발한 센서가 이황산가스 감지용 센서로 사용될 수 있음을 확인하였다. 향후 계획으로 CdS 박막 증착시에 적절한 원소를 첨가하여 박막의 반응성을 증가시키며 또한 표면탄성파 소자의 중심주파수를 증가시켜 센서의 가스감응성을 높이고자 하였다.

• 센서학회지
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• 제6권4호
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• pp.316-327
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• 1997

높은 큐리온도를 가진 다결정 세라믹스 $Sr_{2}Nb_{2}O_{7}$ 및 $La_{2}Ti_{2}O_{7}$을 화학적공침법으로 제조하고 하소분말의 입도분포와 상구조 및 소결특성 등을 조사하였으며, 소결온도에 따른 입자배향도와 전기적 특성을 선행연구 고상반응법 및 용융염합성법과 비교하였다. 화학적공침법을 이용함으로써 고상반응법에 비해 $100{\sim}150^{\circ}C$ 낮은 하소온도에서 단일상을 얻을 수 있었고, 특히 $Sr_{2}Nb_{2}O_{7}$의 경우, $700^{\circ}C$에서 중간 생성물 $Sr_{5}Nb_{4}O_{15}$가 생성된 후 $800^{\circ}C$의 낮은 하소온도에서 단일상이 나타났으며 얻어진 하소분말도 미세하고 균일하였다. 화학적공침법에 의해 $1500^{\circ}C$에서 소결한 $Sr_{2}Nb_{2}O_{7}$ 세라믹스는 이론밀도의 97%에 달하는 우수한 소결성을 보였을 뿐만 아니라 (0k0) 방향의 입자배향도가 현저히 컸으며, 결과적으로 절단방향에 따른 유전특성의 이방성을 나타내어 a-cut 방향의 유전율은 단결정에 비해 손색이 없었다.