• Electrical & Electronic Materials
• /
• v.5 no.2
• /
• pp.207-215
• /
• 1992

본 연구에서 xPb(A $l_{0.5}$N $b_{0.5}$) $O_{3}$-(1-x)Pb(Z $r_{0.52}$ $Ti_{o.48}$) $O_{3}$계의 조성변화에 따른 유전 및 압전특성에 관해 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. PAN의 첨가량이 증가함에 따라 c축은 수축되고 a축은 팽창하여 tetragonality는 감소하였고 grain의 크기와 Curie온도 또한 PAN의 첨가량에 따라 감소하였으나 밀도와 유전상수는 PAN의 양이 5mol%까지 증가하다가 그 이상에서는 감소하는 경향을 보였다. PAN의 첨가량이 증가함에 따라 시편의 비저항은 증가하였고 Kp는 PAN의 양이 5mol%첨가시 60%로 최대치를 보였으나 Qm은 최소치를 나타내었다.다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2007.11a
• /
• pp.295-295
• /
• 2007

기계적 에너지를 전기적 에너지로 변화하는 에너지 변환소자인 압전 세라믹스는 액츄에이터, 변압기, 초음파모터, 초음파 소자 및 각종 센서로 응용되고 있으며, 그 응용분야는 크게 증가하고 있다. 최근 이러한 에너지 변화 소자는 앞으로 도래하는 ubiquitous, 무선 모바일 시대의 휴대용 전자제품, robotics, 항공우주, 자동차, 의료, 건축, MEMS 분야 등의 대체 에너지원으로 응용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 특히 인간의 동작 등과 같은 일상적인 동작으로 필요한 전력을 얻을 수 있고, 세라믹 소자를 이용하기 때문에 전자노이즈가 발생되지 않을 뿐 아니라 반영구적으로 사용할 수가 있어서, 기존 이차전지, 연료전지를 대체 또는 보완 할 수 있는 방안도 검토되고 있다. PZT계 세라믹스는 높은 유전상수와 압전특성으로 전자세라믹스분야에서 가장 널리 사용되어지고 있지만 $1200^{\circ}C$이상의 높은 소결온도 때문에 $1000^{\circ}C$ 부근에서 급격히 휘발되는 PbO로 인한 환경오염과 기본조성의 변화로 인한 압전 특성의 저하가 문제시되고 있다. 또한, 적층 세라믹스의 제작 시 구조적 특성상 내부 전극이 도포된 상태에서 동시 소결이 필요한데, 융점이 낮은 Ag전극 대신 값비싼 Pd나 Pt가 다량 함유된 Ag/Pd, Ag/Pt 전극이 사용되고 있어 경제적인 문제가 발생하게 된다. 따라서 순수 Ag 전극을 사용하거나, Ag의 비율이 높은 내부 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 소결되는 압전 세라믹스를 개발 하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 압전특성이 우수한 $(Pb_{1-x}Cd_x)\;[(Ni_{1/3}/Nb_{2/3})_{0.25}Zr_{0.35}Ti_{0.4}]O_3$계의 조성을 설계하여, 소결온도를 낮추기 위해서 2단계 하소법을 이용하였다. 분말을 ball milling을 통해 24시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말은 $800^{\circ}C$에서 2시간 동안 하소하였다. 하소한 분말을 72시간 동안 ball milling 하여 최종 분말을 얻었다. 최종 분말에 PVB를 첨가하여 ${\Phi}21$ disk 형태로 성형한 후, $800{\sim}950^{\circ}C$ 소결을 하였다. 최종 분말 및 소결된 시편을 XRD분석을 통하여 상을 확인하였고, SEM을 이용하여 미세조직을 관찰하였다. 전기적 특성을 확인하기 위하여 두께 1mm로 연마한 시편에 Ag 전극을 도포하여 열처리한 후, 분극 처리하였다. 압전특성은 $d_{33}$ 미터로 측정하였고, impedance analyzer를 이용하여 주파수 및 impedance 특성을 측정하였다. 그 결과 $900^{\circ}C$에서 우수한 압전 특성 및 전기적 특성을 확보 할 수 있었다.

• Electrical & Electronic Materials
• /
• v.3 no.4
• /
• pp.339-346
• /
• 1990

미소변위소자에 적합한 전왜세라믹스를 제조하기 위하여 0.85Pb(Zn$_{1}$3-x/MgxNb$_{2}$3/) $O_{3}$-0.10BaTi $O_{3}$-0.05PbTi $O_{3}$조성으로 Mg(mol%)를 변화시키면서 시편을 제조하고 구조적, 유전적, 전기적 특성 및 온도 안정성을 관찰하였다. 큐리온도는 Mg(mol%)가 증가함에 따라 감소하였고 Mg(mol%)가 0.15일 때 유전상수가 가장 높았으며 완만도는 -3.9, 산만도.DELTA.Tc는 21로 가장 컸다. 전계에 따른 유전상수는 감소하였고 Mg(mol%)가 증가할수록 압전정수 d$_{31}$은 감소하였으나 0.05, 0.10, 0.15일 때는 거의 일정하였다. Mg(mol%)가 0.15까지 증가함에 따라 전왜정수 Q$_{31}$은 감소하였고 그 이상에서는 Mg(mol%)가 1/3일때 가장 컸으며 ES-1시편에서의 AC 60(Hz), 11(kV/cm) 전계(electric field)에 의한 왜형을 253*$10^{-6}$을 나타냈다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2006.06a
• /
• pp.329-330
• /
• 2006

본연구에서는 초음파 모터 등의 고출력 액츄에이터에 응용 가능한 $0.4Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3$-$0.6Pb(Zr_{0.405}Ti_{0.595})O_3$ + 0.25wt% $Fe_2O_3$ 조성시스템에 $MnO_2$ (0~1 wt.%)첨가하여 압전, 유전특성 및 미세구조에 관해 고찰하였다. 본조성을 $1125{\sim}1175^{\circ}C$ 온도에서 2시간 소결하여 시편을 제조하였으며 이의 결정구조 및 미세조직을 분석하였다. $MnO_2$ 첨가량 증가에 따라 압전 상수와 전기기계결함계수는 감소하였으며, 기계적 품질계수는 0.5 wt% 첨가시까지 증가하였으나 첨가량이 그 이상 증가함에 따라 감소하였다. 압전특성은 $1125^{\circ}C$에서 소결한 $MnO_2$ 0.5wt%조성에서 ${\varepsilon}r$ = 2040, kp = 0.66, $d_{33}$ = 504, Qm=438의 우수한 특성을 나타내었다.

• Composites Research
• /
• v.29 no.4
• /
• pp.145-150
• /
• 2016

Polyvinylidene fluoride (PVDF) as a representative polymer with the piezoelectric property has been studied since the 1960s. Crystalline structure of poly(vinylidene fluoride) polymer is composed of five different crystal structure of the polymer as a semi-crystalline. Among the various crystal structures, ${\beta}-type$ crystal exhibits a piezoelectricity because the permanent dipoles are aligned in one direction. Generally ${\beta}-form$ crystal structure can be obtained through the transformation of the ${\alpha}-form$ crystal structure by the stretching and it can increase the amount through the after treatment as poling process after stretching. ${\beta}-form$ crystal structure the PVDF fibers produced by wet spinning is formed through a diffusion mechanism of a polar solvent in the coagulation bath. However, it has a disadvantage that the diffusion path of the solvent remains as pores in the fiber because the fiber solidification occurs simultaneously with the diffusion of the polar solvent. These pores play a role in reducing effect of poling process owing to effect of disturbances acting on the polarization by the electric field. In this work, the drying method using the microwave was introduced to remove more effectively the residual solvent and the pore within PVDF fibers produced through wet-spinning process and piezoelectric PVDF fibers was produced by transformation of the remaining ${\alpha}$ form crystal structure into ${\beta}-crystal$ structure through the stretching process.

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
• /
• v.41 no.3
• /
• pp.278-286
• /
• 2022

In this study, a 33-mode Free-Flooded Ring (FFR) transducer was designed to apply piezoelectric single crystal PIN-PMN-PT, which has high piezoelectric constants and electromechanical coupling coefficient. To ensure low-frequency high transmitting sensitivity characteristics with a small size of FFR transducer, the commercial FFR transducer based on piezoelectric ceramics was compared. To develop the FFR transducer with broadband characteristics, a piezoelectric segmented ring structure inserted with inactive elements was applied. The oil-filled structure was applied to minimize the change of acoustic characteristics of the ring transducer. It was verified that the transmitting voltage response, underwater impedance, and beam pattern matched the finite element numerical simulation results well through an acoustic test. The difference in the transmitting voltage response between the measured and the simulated results is about 1.3 dB in cavity mode and about 0.3 dB in radial mode. The fabricated FFR transducer had a higher transmitting voltage response compared to the commercial transducer, but the diameter was reduced by about 17 %. From this study, it was confirmed that the feasibility of a single crystal-applied FFR transducer with compact size and high-power characteristics. The effectiveness of the performance prediction by simulation was also confirmed.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2009.11a
• /
• pp.110-110
• /
• 2009

Aerosol deposition method(ADM)는 상온에서 에어로졸화된 고상의 원료분말을 노즐을 통해 분사시켜 소결과정을 거치지 않고도 상온에서 고밀도 후막을 제조할 수 있는 공정으로서, 다양한 재료의 코팅이 가능하고, 코팅층의 조성 및 화학 양론비의 제어가 용이한 특징을 갖는다. 본 연구에서는 ADM을 이용하여 큰 유전상수, 압전계수, 초전계수, 탄성계수를 갖는 $BaTiO_3$ 분말을 원료로 하여 압전소자, 커패시터, 고전압용 유전체 등에 응용이 가능한 세라믹 층 형성에 관한 연구를 진행하였다. 또한 $BaTiO_3$ 같은 강유전체 세라믹을 이용하여 여러 가지 소자를 제조하는 경우 소자의 미세조직에 따라 물성이 영향을 받는 것으로 확인되어져 있다. 이에 본 연구에서는 세라믹 분말보다 상대적으로 탄성이 큰 polymer 분말을 첨가하여 후막 내부의 결정립의 크기가 20 nm 의 평균 결정립을 갖는 세라믹 후막에 비해 최대 10 배 정도까지 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 이에 따라 후막에서의 유전율 및 유전손실율의 전기적 특성 변화를 확인할 수 있었고, 이러한 물성변화에 대한 원인 고찰을 위하여 후막의 미세구조 및 화학조성 등에 대한 다양한 분석이 이루어 졌으며, 상온에서 성막되는 후막의 세라믹 층의 응용을 위한 최적의 공정조건을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2004.07b
• /
• pp.802-805
• /
• 2004

압전 액츄에이터는 다른 종류의 액츄에이터와 비교할 때 높은 강성, 빠른 응답성의 우수한 특성을 가지고 있다. 벤더형 액츄에이터는 높은 변위의 장점을 가지나 높은 전기장과 기계적 부하인가시에는 내부 응력이 증가하므로서 신뢰성이 감소한다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 여러 방법으로 내부 응력을 줄이려는 시도가 있으며 그중 하나는 경사기능 소재나 경사기능 구조를 가지는 액츄에이터의 개발이다. 본 연구에서는 경사기능 특성을 모사한 액츄에이터 구조를 제작하고 그 특성을 조사하였다. 두 가지의 압전상수 d31= - 220 pC/N, d31 =- 100 pC/N를 가지는 세라믹층을 적층하여 벤더형 액츄에이터의 특성을 관찰하였다. 그 결과 두 종류의 세라믹층으로 적층한 액츄에이터가 한가지 특성의 세라믹으로 제작한 액츄에이터 보다 전압인가시 20%이상의 우수한 변위 특성을 나타내었다. 이러한 변화는 내부 응력의 감소에 기인한 것으로 예상된다.

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
• /
• v.28 no.4
• /
• pp.363-369
• /
• 2009

In this paper, an estimation method is presented to determine the equivalent circuit model of an underwater acoustic piezoelectric transducer with multiple resonant modes. A fitness function that includes the coupled resonant effects is proposed to minimize an error between the measured impedance of the transducer and the calculated impedance of the equivalent model. Unknown parameters of the equivalent circuit are estimated by using PSO algorithm. The proposed method is applied to an example transducer of the sandwich type with 3 resonances in the frequency band of interest. The analytical impedance of the estimated equivalent circuit model is compared with the measured impedance of the transducer and the validity of proposed method is verified.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2005.11a
• /
• pp.169-170
• /
• 2005

본 연구에서는 초음파 센서에 응용 가능한 $0.4Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-0.6Pb(Zr_xTi_{1-x})O_3+0.5Wt%$ $MnO_2$ 세라믹스에 Zr/(Ti+Zr)비를 0.37에서 0.41로 변화시킨 조성을 1175 $\sim$ 1200$^{\circ}C$ 온도에서 소결하여 이의 결정구조 및 미세조직을 분석하였고, 압전, 유전 특성을 고찰하였다. 본조성에서 x=0.385 조성에서 최대 유전상수 값 3490 이 나타났으며, 그 이상의 첨가에서는 감소하였다. 상경계 영역인 x=0.385 조성에서 $\varepsilon$r, $K_p$, $d_{33}$ 값이 최대값을 나타내었다. $0.4Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-0.6Pb(Zr_xTi_{1-x})O_3+0.5Wt%$ $MnO_2$, 세라믹스에서는 kp 와 $d_{33}$ 는 Zr/(Ti+Zr)비 0.385조성까지 증가하였다가 그 이상 조성에서 감소하였다. $1175^{\circ}C$에서 2시간 소결한 x=0.385조성에서 $\varepsilon$r=3490, kp=0.71, Qm=476의 우수한 압전 특성을 나타내었다.