• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2009.11a
• /
• pp.83-83
• /
• 2009

우수한 압전성을 가지는 PZT는 인체에 유해한 다량의 PbO을 함유하여 심각한 환경문제를 야기함은 물론 제조 공정 중 PbO 휘발 억제 시설 구비에 따른 경제적 부담 등 문제점이 지적되었다. 따라서 환경오염 및 가격경쟁력을 갖추기 위해 현재 무연 조성 세라믹스에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 최근 비납계 압전 세라믹의 연구는 비스무스 레이어형과 페로브스카이트 형 비납계 세라믹스의 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 $(Na,K)NbO_3$ 계는 페로브스카이트 구조를 가지는 비납계 세라믹으로 현재 많은 연구가 진행되고 있다. 이 물질은 PZT계와 유사하게 상전이(morphotropic phase boundary:MPB)영역을 가지고 있 으며 이 영역에서 높은 압전 특성을 보여주고 있다. 최근 $Na_{0.5}K_{0.5}NbO_3$에 $LiTaO_3$를 치환하여 우수한 압전 특성을 지니는 조성이 개발되고 있지만, 보통 소성법으로 제조된 세라믹스는 PZT계 세라믹스와 비교하여 특성이 떨어진다. 본 연구에서는 압전성이 우수한 $(Na_{0.44}K_{0.52}Li_{0.44})(Nb_{0.90}Sb_{0.06}Ta_{0.04})O_3$ 조성에 도너 도핑과 억셉터 도핑을 한 다음 전기기계결합계수, 압전상수, 유전상수의 변화를 평가하고, hardener 와 softener 특성이 본조성에서 나타나는지를 관찰하였다. 실험방법은 보통 소성법을 사용하였으며, 분쇄와 혼합은 직경 3 mm zirconia ball을 사용하여 볼밀 하였다. $850^{\circ}C$ 에서 5h 하소 후 $1100{\sim}1200^{\circ}C$ 에서 소결하고, 두께 1 mm로 연마한 다음 silver paste를 $650^{\circ}C$ 에서 소부하여 전극을 형성하였다. 제작된 시편은 $90^{\circ}C$의 실리콘유에서 3~4 kV/mm의 전계를 가해 20분간 분극 처리를 수행하였다. 제작된 시편의 압전전하 상수 값은 d33-meter(APC-8000)를 이용하여 측정하였고, 유전율, 전기기계결합계수 및 기계적품질계수 등은 임피던스 분석기 (impedance/gain phase analyzer)를 이용하여 특성을 측정 하였다. 또한 전압-분극 특성의 평가에는 강유전특성 측정기(ferroelectric tester: Precision-LC, Radiant Technologies, USA)를 이용하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2007.06a
• /
• pp.253-253
• /
• 2007

압전 액츄에이터 및 초음파진동자의 응용범위가 넒어짐에 따라 변위량, 응력 등을 개선시키기 위해 전기기계결합계수 kp 및 압전 d상수가 종전보다 큰 재료가 요구되고 있으며, 초음파진동자나 압전 모터와 같이 마찰에 의한 열손실이 많이 발생하는 액츄에이터에 적용할 큰 기계적품질계수롤 가지는 저손실 압전 액츄에이터 및 초음파진동자용 재료가 필요한 실정이다. 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 압전특성의 저하가 문제시 되고 있다. $Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3$는 약 $-120^{\circ}C$정도의 큐리온도룰 가지는 강유전체로 Pb(Zr, Ti)$O_3$계 세라믹스에 치환 시 유전상수와 전기기계결합계수를 개선시키는 대표적인 성분이다. 따라서 본 연구에서는 저온소결 저손실의 적층형 압전 액츄에이터를 개발하기 위해 PMS-PMN-PZT계 세라믹스에 $Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ 세라믹스를 치환하고 $Li_2CO_3$와 $Na_2CO_3$ ZnO를 소결조재로 사용하여 저온소결 하였으며 PNN 치환량에 따른 결과를 관찰 하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2000.11a
• /
• pp.238-241
• /
• 2000

In this paper, we manufactured Pb($Ni_{1/2}$ $W_{1/2}$)$O_3$-Pb($Mn_{1/3}$$Nb_{2/3}$)$O_3$-Pb($Zr_3$Ti)$O_3$ceramics with variation of milling time and investigated its dielectric and piezoelectric properties. Density was increased with the increase of milling time because the sinterability of specimens were improved with the decrease of particle size. The highest value of electromechanical coupling factor was 0.518 at milling time 5hour. The highest values of mechanical quality factor and dielectric constant were 1566, 1590 at milling time 4hour, respectively.

• Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
• /
• v.17 no.5
• /
• pp.149-153
• /
• 2003

In this paper, a hexagon-type piezoelectric transformer was investigated to increase the output power. The length of its side was 14mm and 17.5[mm], respectively. The piezoelectric ceramics was composed to PZT-PMN-PSN. This composition showed the characteristics which had an about 1200 of the mechanical Q-factor, 0.55 of the electromechanical coupling coefficient, 320 x 10$\^$-12/ C/N of the piezoelectric constant d$\sub$33/, 0.3% of the dissipation factor, etc. The voltage step-up ratio increased with increasing the load resistance, Rt., so it reached 80 with R$\sub$L/ of l[M$\Omega$] and was proportion to the length of side of the hexagon-type piezoelectric transformer.

• Electrical & Electronic Materials
• /
• v.3 no.1
• /
• pp.20-28
• /
• 1990

Pb(Zr, Ti)O$_{3}$-Pb(Ni, Nb)O$_{3}$계 세라믹스에 Ba를 치완시켜 Ba치환량의 증가에 따른 유전율, 전기기계결합계수 및 압전 d정수의 변화를 고찰하였다. 또한 Ba치환에 따른 세라믹스 소자의 송신감도 특성을 조사하고 큐리온도 이동에 따른 온도안정성을 고려하여 초음파 송신기용 압전소자에 응용가능함을 보였다.

• Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
• /
• spring
• /
• pp.369-372
• /
• 2000

PZT 세라믹 트랜스듀서와 같은 압전 세라믹 진동자를 사용하는데 있어서 품질계수(quality factor)를 제어할 수 있다는 것은 전기-기계 결합계수나 삽입손실 등을 개선 할 수 있으므로 매우 유용한 것이다 본 연구에서는 압전 진동자의 품질계수를 제어하는 방법으로써 압전 진동자의 제동용량과 저항성분을 전기적으로 상쇄시킬 수 있는 부임피던스 변환회로(negative impedance converter circuit)를 적용하였다. 그 결과 부임피던스 변환회로를 적용하지 않은 경우에 비해 압전 진동자의 품질계수가 수십 배정도 까지 제어됨을 실험으로 확인하였다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
• /
• v.13 no.8
• /
• pp.675-680
• /
• 2000

In this study the temperature coefficient of resonant frequency(TC $F_{r}$) dielectric and piezoelectric properties of Pb[(S $b_{1}$2//N $b_{1}$2/)$_{0.065}$)-(Z $r_{x}$, $Ti_{1-x}$ )$_{0.90}$] $O_3$ceramics were investigated with Zr/Ti ratio. The compositions near the morphotropic phase boundary (MPB) appeared when Zr/Ti ratio was 49.5/50.5 The dielectric constant and electromechanical coupling factor( $k_{p}$) also showed the highest values of 1,257, 0.653 respectively when the Zr/Ti ratio was 49.5/50.5 Moreover the mechanical quality factor( $Q_{m}$) showed th lowest value of 713 when the Zr/Ti ratio. The temperature coefficient of resonant frequency(TC $F_{r}$) abruptly change at the morphotropic phase boundary(MPB) which existed between the rhombohedral phase with highly negative TC $F_{r}$ of -106ppm/$^{\circ}C$ and the tetragonal phase with highly positive TC $F_{r}$ of +64pp $m^{\circ}C$ as Zr/Ti ratio varied from 50/50 to 49.5/50.5.50.5..50.5.

• Proceedings of the KIEE Conference
• /
• 2004.04a
• /
• pp.46-48
• /
• 2004

본 논문에서는 유한 요소법과 등가회로법을 이용하여 윤곽 진동형 압전 변압기의 특성을 해석하였으며 이를 통해 얻어진 결과를 기반으로 매칭 임피던스와 전기 및 기계적 결합 계수를 계산하였다. 전력 소자로서 사용되는 압전 변압기는 부하 등 특정 목적에 부합하는 정확한 설계가 필요하기 때문에 다중 목적 함수를 갖는 진화 전략을 이용하여 형상 최적화를 수행하였다.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
• /
• v.11 no.6
• /
• pp.1-15
• /
• 1974

In this paper, the SH mode of elastic surface waves which are used for delay lines of elastic surface wave is the cretically analysed. It is shown that the SH mode has very large electromechanical coupling factor and propagates on the surface with very small decaying coefficient into the medium. In the case of P2T-4, the depth cf piezoelectric medium that contains 80% of energy is 190 wavelengths. An elastic surface wave delay line is discussed from the view point of 2-port network. Center frequency is shifted by the ratio of transducer electrode width to gap between transducer ellcerodes when electromechanical coupling factor is large. Tempera _ore coefficients for bulk waves of LiNbO3 and LiTaO3 are also calculated and the minimum temperature coefficient value of delay time is 5.4X 10-6/$^{\circ}C$ ia the case of transverse wave propagating along Z axis on LiTaO3. Experimental data are in good agreement with theoretical values of the temperature coefficients of delay time for elastic surface waves propagating along X axis of 130$^{\circ}$ and 64$^{\circ}$ rotated Y cut planes of the LiNbO3.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2010.06a
• /
• pp.307-307
• /
• 2010

최근 유한연료의 고갈로 인해 세계 유가가 불안정 됨으로서 대체 에너지에 대한 연구가 많이 진행 되고 있다. 특히 압전 소자를 이용한 에너지 하베스팅은 압전 역효과를 이용한 것으로서 주변에서 무의미하게 버려지는 진동이나 바람, 열 에너지를 실 생활에 사용할 수 있는 전기 에너지로 변환할 수 있는 유망한 기술 중 하나이다. 이러한 에너지 하베스팅 기술은 일본과 같은 선진국에서 이미 지하철 및 일반 다리와 같이 진동이 극히 많은 곳에서 응용되고 있다. 이러한 에너지 하베스팅 기술을 응용 하려면 전압출력 계수($g_{33}$)가 높아야 한다. 이것은 압전 d 상수와 유전상수에 영향을 많이 받는 것으로 알려져 있다. 현재가지 응용되는 압전 하베스팅 조성은 Pb(Zr,Ti)$O_3$ (PZT)를 기초로한 세라믹이 응용되고 있다. Pb(Zr,Ti)$O_3$ (PZT) 세라믹은 Morpohotropic phase boundary(MPB)에서 전기기계 결합계수 (kp) 와 기계적 품질계수 (Qm) 이 각각 0.5와 500으로 우수한 특성을 나타낸다. 또한 큐리온도 (Tc) 도 $400^{\circ}C$로 온도 안정성 또한 높다. 하지만 $1000^{\circ}C$ 이상에서 소결하는 PbO는 소결 중 급격한 휘발로 환경적 오염 뿐 아니라 특성의 저하를 야기시킨다. 그래서 몇몇 나라에서는 그 사용을 제한하고 점차적으로 사용을 줄여 나가고 있는 동시에 PbO가 첨가되어 있지 않은 Lead-Free 세라믹의 연구가 많이 진행되고 있다. Lead-Free 세라믹 중 alkaline niobate를 기초로 한 페로브스카이트 구조의 ($Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3$ (NKN) 은 PbO를 기초로 한 세라믹을 대체할 유망한 후보자 중 하나이다. 하지만 NKN세라믹의 K 성분의 조해성 및 고온에서의 휘발로 인해 일반 적인 소결 방법으로는 고밀도의 세라믹을 얻기 매우 어렵다. 그래서 Hot pressing, Hot forging, RTGG(Reactive Template Grain Growth), SPS(Spark plasma Sintering)와 같은 특별한 소결 법을 이용하거나 $K_8CuNb_4O_{23}$(KCN) 이나 $K_{5.4}Cu_{1.3}Ta_{10}O_{29}$(KCT) 등을 첨가하여 그 소결성을 향상 시키는 방법도 있다. 또한 압전 d상수를 향상 시키기 위해 $Nb_2O_5$나, $La_2CO_3$, $CeO_2$, $Li_2CO_3$ 등을 치환함으로써 압전 d상수를 향상 시켜 전압출력 계수를 높이는 연구 또한 많은 보고가 되어 있다. 특히 $Li_2CO_3$의 첨가는 일반 적인 소결 방법으로도 밀도의 조밀함을 향상 시켜 그에 따른 높은 유전율과 전기기계 결합계수, 압전 d상수를 가져 많은 연구가 되어지고 있다. 그래서 본 연구에서는 일반적인 ($K_{0.5}N_{0.5})_{1-x}Li_x(Nb_{0.96}Sb_{0.04})O_3$ + 0.2mol%$La_2O_3$ + 1.2mol%$K_8CuNb_4O_{23}$ 세라믹에 x(=Li) 치환에 따른 유전 및 압전특성을 조사하였다.