• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.21 no.4
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• pp.68-79
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• 2018

Currently, hybridization of energy generator and storage devices is considered to be one of the most important energy-related technologies due to the possibility of replacing batteries or extending the lifetime of a batteries in accordance with increasing battery demand. This review aims to describe current progress on the mechanical energy generator and hybridization of energy generator and energy storage devices for self-powered electronics. First, the research trends related to energy generation devices using piezoelectric and triboelectric effect that convert physical energy into electric energy is introduced. In addition, integration of energy generators and energy storage devices is introduced. In particular, self-charging energy cells provide an innovative approach to the direct conversion of mechanical energy into electrochemical energy to decrease energy conversion loss.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.11a
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• pp.37-38
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• 2006

본 연구에서는 압전체의 횡 진동모드를 이용한 압전 초음파 진동자를 설계 분석하였다. 이전의 란쥬반 진동자는 진동을 얻기 위하여, 복수의 원판 또는 사각판 형태의 압전 세라믹을 서로 반대 방향으로 분극하여 마주 보도록 설치한 후 전기적으로 병렬로 연결하고 상단 및 하단에 금속부을 부착하여 전체를 볼트로 조인 복잡한 구조와 큰 출력 파워를 갚는 반면, 본 연구에서는 판상형의 압전소자와 일체형 금속진동체를 이용하여 기계적 출력 파워 조절이 용이한 구조의 압전 진동자를 고안하여, 압전진동자의 횡 진동 모드를 이용함으로써 신뢰성과 정확도가 높고 진동효율이 최대가 되도록 설계하였다. 설계 개발된 압전 진동자는 진동의 크기 조절이 용이하여 일반 진동자 뿐 만 아니라, 외과 및 안과 수술에 있어서 인체조직이나 각막상피의 활성화를 유지한 상태에서 안전하게 절개 및 분리 시술용 진동자로 사용 할 수 있는 이점이있다. 압전 진동자는 유한요소법 시뮬레이션 프로그램 (ATILA 5.2.4)을 이용하여 설계를 하였으며 압전소자의 두께는 각각 0.2 mm, 0.5 mm로 제작하여 시뮬레이션 결과와 제작된 샘플의 특성을 비교하였고, 변위측정은 칼날을 결합 한 상태에서 공진 주파수대역 부근 주파수별로 측정 비교하였다.

• Journal of Korean Association for Spatial Structures
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• v.9 no.3
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• pp.67-74
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• 2009

Presently means of utilizing sensors such as Piezoelectric(PZT) Element for evaluating the affect of oscillator, strain gauge for analyzing physical changes and use of Fiber Bragg Grating(FBG) Sensor are widely practiced in the field. In this study, PZT and FBG sensors were used to tearing damage of cable systems in these sensors. Cable systems are a construction of elements carrying only tension and no compression or bending in membrane structure. But damage detection of cable systems by using existing safety diagnosis is difficult to detect the characteristic change of overall structural action. If cable snaps are occurred to cable release and tear in tension structures, these are set up a vibration. So, we used piezo-electric materials and result of experiment using this was compared with result of experiment using FBG sensors The purpose of this research is to develop of damage detection method of cable system in tensile stress.

• Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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• 1997.06a
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• pp.53-56
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• 1997

Tonpilz 압전변환기에 관하여 유한요소법을 사용하여 공기중의 동특성 해석과 수중의 방사임피던스를 해석하였다. 공기중에서 트랜스듀서의 구조를 변화시키면서 입력 어드미턴스 특성과 진동모드를 해석하여 압전변환기를 모델링하였다. 음향 윈도우를 압전변환기 전면에 부착한 후 유한요소법(FEM)에 의하여 매질의 영향을 고려한 입력어드미턴스 특성을 해석하였으며, 또한 방사임피던스 계산 루틴을 추가하여 무한 배플의 경계조건하에서 방사 임피던스를 해석하였다. 공기중과 수중에서의 해석을 통하여 Tonpilz 압전변환기 단일 소자의 구조 변경 및 기계 부재의 추가등에 따라 변동하는 변환기의 특성 및 방사 임피던스를 해석하므로서 평면 배열형 음향 트랜스듀서의 설계에 필요한 파라메터를 구할 수있다.

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• v.12 no.1E
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• pp.48-55
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• 1993

초음파 탐촉자의 개발에 필요한 압전재료의 선택을 위하여 탐촉자의 성능에 영향을 미치는 탄성, 유전, 압전 상수의 영향을 알아보았다. 해석 방법으로는 등가회로를 통한 두께 모드 발신기, 수신기, 펄스 반사기의 전달함수를 구하였으며, 이로부터 압전재료의 각 물성치가 가져야 할 바람직한 특성을 제시하였다. 본 연구의 결과는 재료의 선택시와 더불어 세라믹 공학자들이 초음파용 압전소자를 개발함에 있어 적절한 지침이 될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.239-242
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• 2009

구조물의 표면에 부착된 압전소자(이하 PZT)의 전기역학적 어드미턴스(Electro-mechanical admittance)는 PZT와 구조물의 상호작용에 의해 발생하는 PZT의 압전효과와 유전성(dielectric)이 결합되어 발생되는 신호이다. 고주파수 대역에서 PZT의 전기역학적 어드미턴스는 구조물의 국부손상에 민감하게 반응하는 것으로 알려져 있다. 실험에서 측정된 PZT의 전기역학적 어드미턴스 분석에 널리 쓰이는 Liang 모델은 구조물을 단자유도계로 단순화하여 구조물의 동적특성이 전기역학적 어드미턴스에 미치는 영향을 정확하게 나타내기 어렵다. 유한요소법을 통해 PZT와 구조물의 상호작용을 해석하면 이러한 문제점을 해결할 수 있다. 그러나 고주파 대역에서 정확한 해석을 위해서는 유한요소망을 조밀하게 구성해야 하므로 많은 계산비용이 수반된다. 이 연구에서는 유한요소법과 비교하여 월등히 적은 계산비용으로 고주파 대역의 동적 응답을 매우 정확하게 모사할 수 있는 스펙트럼 요소법(Spectral Element Method ; 이하 SEM)을 통해 판구조물에 부착된 PZT의 전기-역학적 어드미턴스를 해석한다. 수치 예제 및 실험 예제를 통하여 내민보에 부착된 PZT에서 발생하는 전기-역학적 어드미턴스를 취득하고 이를 SEM해석 결과와 비교한다.

• Journal of IKEEE
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• v.22 no.1
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• pp.201-204
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• 2018

We know that the piezoelectric constant d, the dielectric constant, and the electric-mechanical coupling coefficient affect the output for piezoelectric ceramics used in ultrasonic welders. Therefore, in this study, the characteristics of ceramics according to the changes of additives to the components of PZT-PMN-PZW were examined. When the addition amount of $MnO_2$ was 2 wt%, the most excellent properties were shown, which suggested the applicability as a material for fusion welding.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.333-333
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• 2010

압전형 에너지 하베스팅 소자는 외부에서 버려지는 기계적 진동 혹은 타격과 관련된 에너지로부터 전기 에너지를 획득할 수 있다는 잇점이 있다. 그러나 현재 이 방식으로부터 획득될 수 있는 에너지는 매우 작다는 단점이 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 본 연구에서는 두 가지 형태의 압전 소재를 제작하였다. 에너지 하베스팅 소자용 고효율 압전 세라믹와 결정배향된 세라믹을 제작하고 이에 대한 성능을 조사하였다. 결정 배향된 세리믹에서는 1 N의 외부 충격조건에서 소재가 100 V, 1 mW의 전력을 발생하였다.

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

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2003.10a
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• pp.189-189
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• 2003