• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2001년도 추계학술대회 논문집 전기기기 및 에너지변환시스템부문
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• pp.71-73
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• 2001

본 논문에서는 유한 요소법을 이용하여 압전 트랜스듀서 (piezoelectric transducer)의 임피던스 및 기계적인 변위값을 계산하였고 이를 실험적으로 검증하였다. 이러한 수치해석을 바탕으로 압전 현상을 해석하기 위해 필요한 물질 상수들의 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 이러한 분석을 바탕으로 수치해석에 필요한 물질 상수들을 가리고, 가려진 물질 상수들간의 관계를 규명하여 역산해야할 상수들의 개수를 줄임으로써 간단한 실험에 의해서 압전체의 수치해석에 필요한 물질 상수들을 역으로 찾아갈 수 있는 방법을 제시하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.131-131
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• 2012

압전재료는 그 특성상 항공우주분야에서 활용범위가 넓어지고 있는데, 특히 진동제어 분야에 널리 이용되고 있다. 최근에는 위성카메라의 영상 품질개선을 위한 구동기(actuator) 연구도 진행 중이다. 그러나 위성체가 작동하는 우주환경인 고진공상태에서는 각 부품에서 발생할 수 있는 outgassing으로 인해 위성체가 오염되어 위성임무 실패를 초래할 수도 있다. 따라서 지상에서 위성체 부품에 대해 고온($60^{\circ}C$)과 고진공(5.0 E-03 Pa 이하)의 상태를 모사하여 오염물질을 제거함으로써 outgassing 발생을 막고, 오염근원을 검출할 수 있는 bacuum bake-out 시험이 필요수적이다. 압전체의 위성부품 활용성 연구를 위하여 bake-out 챔버를 이용하여 오염측정에 관한 연구를 수행하였다. Vacuum bake-out 시험시에는 TQCM을 사용하여 발생하는 오염물질의 방출률을 측정한다. 아울러, 압전체에 대한 시험 전후의 압전특성을 비교 분석하여 진공 및 온도 환경하에서의 특성 변화를 관찰하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2007년도 춘계학술대회 논문집 전기기기 및 에너지변환시스템부문
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• pp.49-52
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• 2007

본 논문에서는 FEM (Finite Element Method)을 이용한 압전세라믹의 특성해석을 통하여 잉크젯 프린트헤드를 설계, 제작하였다. 압전세라믹의 물질 특성과 잉크유체 특성을 고려한 굽힘 모드방식의 구동원리와 이론정립을 하였다. 압전방정식은 압전구조에 의한 공진주파수로 압전 파라미터를 구할 수 있고, 실험을 통하여 이러한 측정값을 얻을 수 있었다. 제작된 압전세라믹 프린트헤드의 잉크드롭 실험결과 통하여 이에 대한 특성을 알 수 있었다. 이때 잉크유체의 음파와 압전 공진주파수 범위 내에서 압전세라믹 응력(변형)의 이득을 발생할 수 있음을 제작한 128노즐의 압전세라믹 잉크젯 프린트헤드로부터 알 수 있었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2007년도 제38회 하계학술대회
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• pp.961-964
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• 2007

본 논문에서는 FEM (Finite Element Method)을 이용한 압전세라믹의 특성해석을 통하여 잉크젯 프린트헤드를 설계, 제작하였다. 압전세라믹의 물질특성과 잉크유체 특성을 고려한 굽힘 모드방식의 구동원리와 이론정립을 하였다. 압전방정식은 압전구조에 의한 공진주파수로 압전 파라미터를 구할 수 있고, 실험을 통하여 이러한 측정값을 얻을 수 있었다. 제작된 압전세라믹 프린트헤드의 잉크드롭 실험결과 통하여 이에 대한 특성을 알 수 있었다. 이때 잉크유체의 음파와 압전 공진주파수 범위 내에서 압전세라믹 응력(변형)의 이득을 발생할 수 있음을 제작한 128노즐의 압전세라믹 잉크젯 프린트헤드로부터 알 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.116-116
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• 2007

21 세기에 접어들면서 인터넷을 통한 정보 통신의 발달과 개인 휴대용 이동 통신기기의 활발한 보급에 따라 휴대형 전자기기들의 소형화와 고성능화로 나아가고 있다. 이러한 전자기기에 사용될 IC의 내장 메모리 또한 집적화 및 고속화, 저 전력화가 이루어져야 한다. 이러한 전자기기들에 필수적인 압전 세라믹스 부품 중 압전 부저 및 기타 음향 부품등을 각종 전자기기와 무선 전화기에 채택함으로써 압전 부품에 대한 수요와 생산이 계속 증가할 것으로 전망된다. 이처럼 압전 세라믹스를 이용한 그 응용 범위는 대단히 방대하며, 현재 모든 압전 부품들은 PZT 계열 재료로 만들어지고 있고, 차후 모두 비납계열 재료로 대체될 것이 확실시된다. Pb의 환경오염은 이미 오래전부터 큰 문제점으로 인식되고 있었으며 그 일례로 미국의 캘리포니아 주에서는 1986년부터 약 800종의 유해물질, 그 중에서도 Pb 사용을 300ppm 이하로 규제하는 Proposition 65를 제정하여 실행하고 있다. 그리고 2003년 2월에 EU (European Union) 에서 발표한 전자산업에 관한 규제 사항중 하나인 위험물질 사용에 관한 지칭 (Restriction of Hazardous Substance, RoHS) 에 의하면, 2006 년 7월부터 전기 전자 제품에 있어서 위험 물질인 Pb을 포함한 중금속 물질(카드늄, 수은, 6가 크롬, 브롬계 난연재)의 사용을 금지한다고 발표하였다. 비록 전자세라믹 부품에 함유된 Pb는 예외 사항으로 두었지만 대체 가능한 물질이 개발되면 전자세라믹 부품에서도 Pb의 사용을 금지한다고 규정하였다. 더욱이 일본은 2005 년부터 Pb 사용을 금지시켰다. 이와 같이 Pb가 환경에 미치는 영향 때문에 비납계 강유전 물질 및 압전 세라믹스 재료에 대한 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 비납계 강유전체의 patterning을 위해서, NKN 박막을 고밀도 플라즈마원인 ICP를 이용하여 식각 mechanism을 연구하고, 식각변수에 따른 식각 공정을 최적화에 대하여 연구하였다. 가스 혼합비에 따라 식각 할때 700 W의 RF 전력과 - 150 V의 직류 바이어스 전압을 인가하였고, 공정 압력은 2 Pa, 기판 온도는 $23^{\circ}C$로 고정하였다. 식각 속도는 Tencor사의 Alpha-step 500을 이용하여 측정되었으며 식각 시 NKN 박막 표면과 라디칼과의 화학적인 반응을 분석하고 식각 메커니즘을 규명하기 위하여 XPS(x-ray photoelectron spectroscopy)를 사용하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.94-94
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• 2009

전기 에너지를 기계적 에너지 변환하고 또한, 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 압전 세라믹스는 압전 변압기 (piezoelectric transformer), 초음파모터, 센서등과 같은 응용분야에 넓게 사용되고 있다. 특히, 압전 변압기의 설계와 제조방법에 대해서는 이미 상당히 많은 연구가 수행되어 왔다. 특히, 전원장치에 있어서는 현재 주요부품으로 사용되고 있는 권선형 변압기와 같은 전자 변환기의 대체품으로서 누설손실이 없는 압전세라믹스 소재의 특성을 이용한 압전변압기의 개발과 응용연구가 국내외적으로 활발히 진행 중이다. 하지만 지금 까지 널리 사용된 PZT계 압전 세라믹스는 환경문제에 있어서 문제점을 가지고 있다. $1200^{\circ}C$ 이상에서 소결되는 PZT계열의 압전세라믹스 소재를 사용한 전자부품의 60~70%이상이 PbO로 구성되어 있기 때문에 $1000^{\circ}C$ 부근에서 급격한 휘발특성을 보이는 PbO로 인한 환경오염문제가 대두되고 있다. 압전변압기, 초음파모터등에 사용될 수 있는 무연계 압전재료 중에 PZT 압전소자의 기능을 대체할 만한 물질로는 높은 큐리온도와 우수한 압전특성을 보이는 $(Na,K)NbO_3$세라믹스가 가장 유력한 것으로 알려져 있다. 즉, 압전변압기용 조성 세라믹스는 높은 에너지 변환효율을 위해서 전기기계 결합계수($k_p$)가 커야 되며, 발열에 의한 온도 상승을 억제하기 위하여 기계적 품질계수($Q_m$)가 큰 것이 바람직하다. 또한, 높은 전류를 발생하기 위해서는 유전상수가 커, 압전변압기의 출력측 정전용량을 크게 하여야 한다. 본 연구에서는 무연계 압전세라믹스를 개발하고, 이를 이용한 전력밀도(power density)가 높은 무연계 압전변압기를 제작하여 그에 대한 전기적 특성을 조사하였다. 따라서 본 연구에서는 무연 압전변압기용 압전 세라믹스를 개발하기 위해 뛰어난 압전 및 유전특성을 가진 무연$(Na,K)NbO_3$계 세라믹스를 기본조성으로 하였고, KCN을 복합 첨가하여 볼 변화에 따른 미세구조, 압전 및 유전특성을 조사하고. 가장 우수한 조성으로 비납 압전변압기를 제작하여 전기적특성을 조사하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.346-346
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• 2007

압전세라믹 재료는 현재 압전 변압기, actuator, transducer, sensor, speaker 등에 광범위하게 이용이 되고 있다. 이 중에서 압전세라믹 소결체를 이용한 스피커의 제조는 가공이 까다롭고, 대형의 크기로 제작 시 소자가 깨지는 등의 많은 제약을 받고 있으며, 저음 특성이 떨어져 응용 범위가 한정되어 있다. 따라서 최근에는 이러한 단점을 극복하기 위하여 세라믹/고분자 복합체를 이용한 필름 스피커를 제작하고자 시도하고 있다. 이러한 세라믹/고분자 0-3형 압전 복합체를 이용할 경우, 제품의 경량화를 실현할 수 있고, 크기나 환경의 영향을 거의 받지 않으므로, 고기능성 스피커로의 응용에 적합할 것으로 보인다. 따라서 본 연구에서는 PZT계의 세라믹와 PVDF, PVDF-TrFE, Polyester, acrylic resin 등의 여러 고분자 물질과의 복합체를 제조하여 압전특성을 평가하였다. 본 실험은 먼저 $(Pb_{1-a-b}Ba_aCd_b)(Zr_xTi_{1-x})_{1-c-d}(Ni_{1/3}Nb_{2/3})_c(Zn_{1/3}Nb_{2/3})_dO_3$ (이하 PZT라 표기)의 최적화 조성을 선택하여, $1050^{\circ}C$에서 소결된 분말을 48시간 ball milling방법 로 약 $1{\mu}m$ 크기로 분쇄하였다. 고분자 물질들은 알맞은 용제들을 선택하여 녹였다. 그 다음 소결된 PZT분말과 고분자를 50:50, 60:40, 65:35, 70:30등의 무게 분율로 혼합하고, 분산제, 소포제 등을 첨가하여 3단 roll mill을 이용하여 충분히 분산시켜 페이스트 (Paste)를 제조하였다. 제조된 페이스트를 ITO가 코팅된 PET필름 위에 스크린 프린팅 법을 사용하여 인쇄하여 $120^{\circ}C$에서 5분간 건조하였다. 코팅된 복합체의 두께는 약 $80{\mu}m$ 정도로 측정되었다. Ag 페이스트를 이용한 상부 전극 형성에도 스크린 프린팅 법을 적용하였다. 이를 $120^{\circ}C$에서 4 kV/mm의 DC 전계로 분극 공정을 수행한 후 전기적 특성을 평가하였다. 유전특성을 조사하기 위해서 LCR meter (EDC-1620)를 사용하였고, 시편의 결정구조는 XRD (Rigaku; D/MAX-2500H)을 통해 분석하였으며, 전자현미경(SEM)을 이용하여 미세구조를 분석하였다. 압전 전하상수$(d_{33})$ 값은 APC 8000 모델을 이용하여 측정하였다. PZT의 혼합비가 증가할수록 비유전율 및 압전 전하 상수 등의 전기적 특성이 증가되었다. 또 여러 고분자 물질 중에서 PVDF-TrFE 수지가 가장 우수한 특성을 보였다. 이는 PVDF-TrFE 수지가 압전성을 나타내기 때문인 것으로 판단되었다.

• 전기의세계
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• 제34권6호
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• pp.331-336
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• 1985

• Composites Research
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• 제12권2호
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• pp.1-9
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• 1999

외부 회로가 연결된 압전 재료는 외부 회로의 영향으로 진동수에 영향을 받는 강성(stiffness)과 손실 계수(loss factor)를 가지게 된다. 일반적으로 외부 회로는 두 종류로 구별이 된다. 저항만으로 구성된 경우와 저항과 인덕터(inductor)로 구성된 경우이다. 저항만으로 구성된 경우를 RES(resistive shunting)라 하는데, 이 경우는 압전 재료의 물성이 점탄성 물질과 비슷하게 진동수에 영향을 받는다. 그러나 점탄성 물질에 비해서 더 큰 강성을 지니고, 온도에 영향을 덜 받는다. 저항과 인덕터로 구성된 경우를 RSP(resonant circuit shunting)라 하는데, PMD(proof mass damper)와 비슷한 방법으로 구조물의 공진을 최적으로 조절할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 외부 회로와 연결된 압전 재료를 이용하여 복합재 보의 진동을 수동적으로 제어하는 실험을 수행하여 그 결과를 제시하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.59-59
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• 2008

Pb(Zr,Ti)$O_3$(PZT)는 현재 가장 우수한 압전특성을 가진 압전 재료로써, 압전효과와 역압전효과를 이용한 압전 액추에이터, 압전 트랜스듀서, 센서, 레조네이터 등의 활동에 대한 연구과 활발하게 이루어 지고 있다. 그러나 압전성이 우수한 PZT 세라믹스들은 Pb 성분이 포함되어 있기 때문에 환경오염뿐 아니라, 경제적인 측면에서도 많은 문제점을 가지고 있어 최근에는 유해원소인 Pb를 포함하지 않는 친환경 압전 세라믹스에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. (Na, K)$NbO_3$은 뛰어난 특성을 가지고 있어 Pb를 기본조성으로 하는 압전세라믹스를 대체할 수 있는 대표적인 물질중의 하나로 알려져 있다. 그러나, potassium의 수분과의 반응성과, 소결시 휘발로 인해 높은 소결밀도의 NKN을 제조하기 어렵다. 이러한 단점을 보안하기 위해 Hot pressing, Hot forging, SPS 등 여러가지 방법을 이용하여 연구가 수행되고 있지만, 고가의 제조공정을 이용해야만 한다. 본 연구에서는 $BaSrTiO_3$의 새로운 고용체를 추가시켜 기본 NKN 조성보다 소결밀도, 유전 및 압전특성을 향상시키고자 하였다.