• Ceramist
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• v.8 no.1
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• pp.50-56
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• 2005

압전재료의 다양한 에너지 변환특성 중 기계-전기 에너지간 변환 특성만을 이용하고자 하는 경우로 한정하고, 압전재료의 물성 및 진동모드, 재료물성 평가 사례들을 요약하여 소개하였다. 그러나 이상에서 설명한 압전특성은 매우 개략적인 개념으로서 우수한 압전 응용부품을 개발하기 위해서는 몇 가지 유의할 사항들이 있다. 압전재료는 보다 기본적으로 열에너지, 기계에너지, 전기에너지, 나아가서 Maxwell 방정식에 의해서 전기장과 연결되는 자기에너지까지도 연결시켜서 상호간에 에너지 변환작용을 일으킬 수 있는 특성을 가진다. 기계적 변형(S) = 탄성변형효과 + 역압전효과 + 열팽창효과 전기적 변위(D) = 압전효과 + 유전효과 + 초전효과 즉, 압전 응용부품이 온도변화 및 자기장이 인가되는 환경에서 순수하게 압전현상만을 이용하고자 한다면, 응용분야 및 주위환경에 따라 압전세라믹 소자가 외부 환경변화에 반응을 하지 않도록 적절한 차단 대책을 수립하여야만 한다. 그러나 압전재료의 외부 자기장의 변화에 대한 반응도는 전기장에 대한 반응도에 비해서 매우 작으므로 통상 무시해도 무방하다고 본다. 그리고 압전재료에서 전기장-기계장의 선형성이 보장되는 크기에는 뚜렷한 한계가 있고, 선형성 영역을 벗어나면 이력특성에 의해 비선형 특성 및 포화상태를 보이게 된다는 점 또한 주의하여야 할 점이다. 또한 압전특성은 Curie 온도이하에서만 존재하고, 그 이상의 온도에서는 쌍극자들의 지나친 운동성에 의해 결정 대칭성이 변하여 압전특성이 소멸되므로 사용 온도 구간에 엄격한 제한을 두어야 함도 응용에 유의하여야 한다.

• Composites Research
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• v.14 no.3
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• pp.90-98
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• 2001

In this survey paper, the application research and development trends of piezoelectric materials are reviewed. Advantages and disadvantages of piezoelectric materials, and the recent research to overcome the drawbacks are discussed. The market of piezoelectric sensors and actuators in USA, Japan, and EU is surveyed with several examples. In Korea, the analytical research concerning piezoelectric materials is active but the developments of devices and equipments are not so active, and the investment in this field is necessary.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.32 no.4
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• pp.18-23
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• 2004

In this paper, material non-linear behavior of PZT wafer(3203HD, CTS) under high electric field and stress is experimentally investigated and the non-linearity of the PZT wafer is numerically simulated. Empirical functions that can represent the non-linear behavior of the PZT wafer have been extracted based on the measured piezo-strain under stress. The functions are implemented in an incremental finite element formulation for material non-linear analysis. New definition of the piezoelectric constant and the incremental strain are incorporated into the finite element formulation for a better reproduction of the non-linear behavior. With the new definition of the in incremental piero-strain the measured non-linear behavior of the PZT wafer has been accurately reproduced even for high electric field. For validation of the measured non-linear characteristics and the proposed approach, a PZT bimorph beam actuator has been numerically and experimentally tested. The predicted actuation displacement, based on the material nonlinear finite element analysis, showed a good agreement with the measured one.

• 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.

• Journal of KSNVE
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• v.6 no.1
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• pp.11-19
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• 1996

지금까지의 항공기 날개에 공력 탄성학적 제어를 위해 압전재료를 작동기로 사용하는 연구는 아직은 완전하지 못하지만 실용화 가능성을 조사하기 위해 집중적인 투자가 행해지고 있다. 본 글에서 언급한 예 외에도 압전재를 이용 날개의 익형을 능동적으로 조절함으로써 천음속에서의 저항을 줄이기 위한 연구(transonic drag reduction with piezos), 압전재로 작동하는 제어면을 부착하여 헬리쿱터 블레이드 의 진동을 제어하기 위한 실험적 연구, 항공기 외부 장착물에 의해 발생되는 불안정 성을 제어하기 위한 압전작동기를 사용한 pylon decoupler 설계 등 다양한 분에에서 연구가 되고 있다. 하지만 아직까지는 제어에 필요한 충분한 제어력을 얻는 문제, 주 구조물과 압전재료의 강성도의 차이, 가용한 압전재의 실용화, 내구성 문제 등 항공 기에의 응용을 위한 새로운 재료의 개발이 요구되고 있다. 그리고 사용에 필요한 전력을 공급하는 문제는 지상에서 작동되는 시스템과는 달리 항공기에서는 해결해야 될 큰 문제점이며, 이에 대한 연구가 요구되고 있으며, 실용 가능성이 보일 경우 재료의 내구성, 제어 성능, 번개 등 외력에 대한 손상 예측 등 광범위한 연구가 이어 질 것으로 예측된다.

• Composites Research
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• v.29 no.6
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• pp.379-387
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• 2016

Structural model of laminated composite plate based on the first order shear deformation theory and subjected to a combination of piezoelectric, electromagnetic and thermal fields is established. Coupled equations of motion are derived via Hamilton's principle on the basis of electromagnetic and piezoelectric equations which are involved in constitutive equations. Proportional control and velocity feedback control logics are applied via boundary control moments and forces. Variations of dynamic chasracteristics of composite plate with collocated piezoelectric sensor and actuators, electromagnetic field and temperature gradient are investigated and it reveals that dynamic characteristics of structure can be effectively controlled by utilizing the piezoelectric effect and ply angles of fiber reinforced composites.

• Journal of KSNVE
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• v.14 no.2
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• pp.46-53
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• 2004

압전션트감쇠란 압전재료를 구조물에 부착시키고 간단한 션트회로를 연결시켜 구조물의 진동에너지를 압전재료에서 전기적 에너지로 변환시킨 후 연결된 회로에서 전기에너지를 열 에너지로 소산시킴으로서 구조물의 진동 및 소음을 저감시키는 방법이다. 이 방법은 공진주파수에서 간단한 회로를 사용하여 효과적으로 진동 및 소음을 저감시킬 수 있으며 구조가 간단하고 가격이 저렴하므로 소음진동의 여러분야에 응용이 가능하다. 본 글에서는 압전션트 감쇠의 원리와 단일모드, 다중모드의 감쇠 기법의 이론을 소개한다.(중략)

• Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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• autumn
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• pp.393-396
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• 1999

본 논문에서는 흡음 재료와 압전 재료를 부착시켜 넓은 대역에서 소음 저감을 향상 시키는 압전 지능패널(piezoelectric smart panel)을 구성한 후 이를 통하여 구조물로부터 복사되는 소음의 저감 성능을 실험적으로 고찰 하였다. 우선, 단빌 평판과 흡음 재료가 부학된 편판을 구성하여 소음 저감 성능을 즉정 하였다. 그리고 두 방법을 합성하여 광 대역에서의 소음을 저감 시키기 위해 흡음 재료와 압전 재료를 부착한 압전 지능패널을 이용하여 감지기로부터 측정된 신호를 적절한 부 이득(negative gain)을 거쳐 작동기에 되먹임 하였을 때의 소음 저감 성능을 측정 하고 앞의 두 결과와 비교하였다. 실험 결과로부터 수동적 방법과 능동적 방법을 복합적으로 구성한 압전 지능패널이 넓은 주파수 대역에서 소음을 저감 시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

• Journal of KSNVE
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• v.5 no.3
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• pp.292-302
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• 1995

압전재료를 이용한 능동진동제어에 관한 연구동향과 연구결과를 살펴보았다. 능동 진동제어에 사용되고 있는 감지기/작동기들 중 압전세라믹은 몇 가지 장점을 지니고 있어 그 적용에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있는 것이 현실이며 실제 구조 물로의 적용이 이루어지고 있다. 압전세라믹을 이용한 진동제어는 박판으로 이루어진 국부구조물의 진동제어에 적합하며 그래서 자동차의 진동소음제어, 위성체 태양판의 진동제어에 사용할 수 있고 또한 겹쳐놓은 형태의 압전세라믹은 트러스 구조물의 능동 멤버로 활용할 수 있다. 이렇게 겹쳐놓은 압전세라믹 구조는 진동 고립(vibration isolation)을 원하는 장비의 지지대로 사용할 수 있어 그 응용분야가 넓다. 최근까지 도 압전세라믹을 이용한 진동제어는 주로 외팔보, 또는 평판과 같은 단순한 기하학적 형상을 가진 구조물에 국한되어 연구가 진행되어 왔고 제어기법 또한 그동안 전기 제어분야에서 개발되어 온 기법들을 적용하는 현상을 보였는데 구조물의 자유도가 무한대임을 고려할때 앞으로 구조물에 합당한 제어기법의 개발이 요망된다고 하겠다. 이 논문에서 선보인 PPF와 SRF 제어 기법은 필자가 간단히 회로를 구성하여 실험을 수행하였는데 압전재료의 진동제어 기법으로 단순하면서도 효율적인 제어기법이라고 말할 수 있다. 압전재료를 이용한 진동제어에 관한 국내의 연구활동이 미미한 상태 이으로 이분야에 대한 연구자들의 관심을 모을 필요가 있다. 압전세라믹 감지기와 작동기의 설치는 그동안 압전세라믹 판을 직접 구조물에 접착시킨 형태로 진행되었 는데 새로운 형태의 압전세라믹 작동기의 개발이 시급하다. 이는 높은 전압을 필요로 하는 진동제어는 필수적으로 커다란 부대시설을 요구하게 됨으로 전압을 높이지 않고 도 진동제어를 효율적으로 할 수 있는 압전세라믹의 제조가 필요하다고 하겠다. 필자 는 이런 목적으로 다층 압전세라믹(multilayer piezoceramic plate)을 제작한 적이 있었는데 실험결과는 신통치 않았다. 또한 압전세라믹을 길고 얇은 조각으로 잘라 사용하는 방법로 있었으나 세라믹의 절단시 다이아몬드 컷터를 사용해야 되어 제작이 곤란했다. 또한 압전세라믹이 부서지기 쉬운점을 개선한다면 진동제어에 있어 아주 효과적인 감지기/작동기가 될 수 있을 것이다.

• Composites Research
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• v.34 no.6
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• pp.357-372
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• 2021

The energy harvesting device is known to be promising as an alternative to solve the resource shortage caused by the depletion of petroleum resources. In order to overcome the limitations (environmental pollution and low mechanical properties) of piezoelectric elements capable of converting mechanical motion into electrical energy, many studies have been conducted on a polymer matrix-based composite piezoelectric energy harvesting device. In this paper, the output performance and related applications of the reported piezoelectric composites are reviewed based on the applied materials and processes. As for the piezoelectric fillers, zinc oxide, which is advantageous in terms of eco-friendliness, biocompatibility, and flexibility, as well as ceramic fillers based on lead zirconate titanate and barium titanate, were reviewed. The polymer matrix was classified into piezoelectric polymers composed of polyvinylidene fluoride and copolymers, and flexible polymers based on epoxy and polydimethylsiloxane, to discuss piezoelectric synergy of composite materials and improvement of piezoelectric output by high external force application, respectively. In addition, the effect of improving the conductivity or the mechanical properties of composite material by the application of a metal or carbon-based secondary filler on the output performance of the piezoelectric harvesting device was explained in terms of the structure of the composite material. Composite material-based piezoelectric harvesting devices, which can be applied to small electronic devices, smart sensors, and medicine with improved performance, can provide potential insights as a power source for wireless electronic devices expected to be encountered in future daily life.