• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.39 no.11
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• pp.1055-1062
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• 2002

The phase stability and the Low Temperature Degradation(LTD) mechanism of Tetragonal Zirconia Polycrystals(TZP), sintered specimens of $Y_2O_3$-Stabilized Zirconia(2Y-TZP), doped with trivalent cations, were evaluated by investigating meachnical properties, Raman spectra, lattice parameter variation and the oxygen vacancy behavior under applied electric field. XRD observation was put forward on 2Y-TZP doped with trivalent cation whose ionic radii were larger than $Zr^{4+}(Sc^{3+},\;Yb^{3+},\;Y^{3+},\;Sm^{3+},\;Nd^{3+},\;La^{3+})$ up to 2 mol% and sintered at 1500 h for 1h. For $La^{3+}$ doping, the stability of tetragonal phase was degraded due to the formation of the pyrochlore phase $(La_2Zr_2O_7)$ as the dopant content increased above exceeded 0.5 mol%. As the dosage increased, tetragonal phase maintained for the case of $Sc^{3+}$, whose radius was similar to $Zr^{4+}$, on the other hand, the cubic phase was formed for the cases of $Yb^{3+},\;Y^{3+},\;Sm^{3+},\;Nd^{3+}$. As the radii of dopant cation increased, c/a ratio increased and it was experimentally observed that the amount of monoclinic phase decreased when the specimens were annealed at $220{\circ}C$ for 500 h.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.757-760
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• 2009

최근 들어 WGS 반응은 Pt과 같은 귀금속 촉매를 다양한 담체에 담지하여 낮은 온도에서 높은 활성을 지닌 촉매를 제조하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. WGS 반응에서 귀금속 촉매가 높은 활성을 가지기 위해서 높은 산소저장능력(Oxygen Storage Capacity)과 산화환원능력(Redox)을 지닌 담체 개발이 필요하다. Ce-$ZrO_2$ 담체는 구조적으로 안정하며 높은 산소저장능을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. Ce-$ZrO_2$ 구조는 Ce/Zr 비에 따라 다양한 변화가 생긴다. Ce/Zr 비가 6/4, 8/2인 경우 입방구조(Cubic)를 가지며 2/8인 경우 정방입계(Tetragonal)구조를 가진다. 이것은 담체 특성의 변화를 의미한다. 따라서, WGS 반응용 최적 담체를 선정하기 위해 Ce/Zr 비를 제조변수로 하여 담체특성을 분석하였다. 제조된 모든 담체는 공침법(Co-precipitation)을 사용하여 제조하였으며 $500^{\circ}C$에서 6시간 소성하였다. 담체 특성분석은 BET, XRD를 이용하였다. 추가적으로 제조변수를 다양화하여 담체 제조를 마쳤으며 특성분석이 진행 중이다. 분석 결과 $Ce_{0.2}Zr_{0.8}O_2$ 담체가 가장 넓은 표면적을 가지고 있으며 Ce/Zr 비가 높아질수록 표면적이 감소하는 경향을 나타내었다. Ce-$ZrO_2$ 담체의 나노결정크기는 Ce/Zr 비가 작아질수록 결정크기가 감소하는 경향을 나타내었으며 $Ce_{0.2}Zr_{0.8}O_2$가 Ce-$ZrO_2$ 담체 중에서 가장 작은 결정크기를 나타내어 3nm 이하의 나노-담체가 제조되었음을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.389.1-389.1
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• 2014

최근의 환경 및 에너지에 대한 관심으로 수요가 증가하고 있는 하이브리드 및 전기 자동차나 태양광발전, 풍력발전용의 인버터기기에는 고에너지밀도 커패시터가 필수적이 되었다. 높은 에너지 밀도를 요구하는 전력전자, 펄스파워 등의 응용분야에 사용되는 고에너지밀도 커패시터는 PET (Polyethylene terephtalate)와 PP (Polypropylene)와 같은 폴리머 유전체를 사용하는 범용 필름 커패시터가 사용되었으나 사용 요구 조건의 한계에 도달하여, 새로운 유전체를 적용하는 커패시터가 절실히 필요한 상황이다. PET와 PP와 같은 유전체는 유전상수가 2~3의 낮은 값을 가지고 있어 고에너지밀도를 구현하기가 어렵다. 본 연구에서는 새롭게 요구되고 있는 고에너지 밀도 커패시터의의 성능을 만족시키기 위하여 $20{\sim}50{\mu}m$ 두께의 PET 필름상에 세라믹 유전체인 $ZrO_2$ 박막을 스퍼터(Sputter) 증착법에 의해 코팅하여 종래의 필름 커패시터와 세라믹 커패시터의 장점을 갖는 커패시터를 제조하기 위한 박막 유전재료의 개발을 목표로 하였다. 수백 nm~수 ${\mu}m$ 두께의 $ZrO_2$ 박막을 스퍼터링 공정조건에 따라 증착한 후 박막의 결정성, 기판과의 부착성, 증착속도, 유전상수, 절연파괴강도, 온도안정성 등을 XRD, SEM, AFM, EDS, XPS, Impedance analyzer 등에 의해 평가하였다. $ZrO_2$ 유전체막은 상온에서 증착하였음에도 정방정(tetragonal)구조의 결정질로 성장하였고 증착압력이 증가함에 따라 주피크의 세기가 감소하였다. 증착 중 산소가스를 주입하였을 경우에도 결정질막으로 성장하였다. 증착막들은 산소가스의 양이 증가함에 따라 짙은 흰색으로 변하였으며 PET 기판과의 접착력도 약해졌다. 또한 거칠기는 Ar가스만으로 증착한 경우보다 증가하였으며 24~66 nm의 평균 거칠기값을 보였다. PET위에 Ar가스만으로 증착한 $ZrO_2$의 비유전율은 1kHz에서 116~87의 비유전율을 보여 PET에 비해 매우 우수한 특성을 보였다. $ZrO_2$ 막들은 300kV/cm의 전계에서 대략 10-8A 이하의 누설전류를 보였다. 증착가스비를 달리하여 제조된 시편에서도 유사한 누설전류값을 나타내었다. 300 kV/cm 전후의 전계까지 측정한 $ZrO_2$ 막의 P-E (polarization-electric field) 특성을 확인하였는데, 5 mTorr의 압력에서 증착한 막은 253 kV/cm에서 $5.5{\mu}C/cm^2$의 분극값을 보였다. P-E커브의 기울기와 분극량에 따라 에너지밀도가 달라지므로 공정조건에 따라 에너지밀도가 변화됨을 예측할 수 있었다. PET위에 스퍼터 증착한 $ZrO_2$ 유전체막은 5mTorr의 Ar가스분위기에서 제조할 때 가장 안정적인 구조를 보였으며, 고에너지밀도 커패시터에의 적용가능성을 보였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.27 no.1
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• pp.55-61
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• 1990

Effect of Al2O3 addition on the mechanical properties and microstructure of Ce-TZP were studied. 12, 14, 16Ce-TZP containing 0-40wt% Al2O3 were prepared by sintering at 155$0^{\circ}C$ for 2h. in air. Density, linear shrinkage, bending strength, Vickers hardness, microstructuer and the amount of stress induced phase transformation were examined. Vickers hardness increased linearly with increasing amounts of Al2O3. The amount of transformation and fracture toughness decreased linearly with increasing amount of Al2O3. Linear shrinkage and relative density decreased with increasing Al2O3 content in all composition of Ce-TZP. Grain growth of Ce-TZP was inhibited by Al2O3 dispersion and fracture mode of Ce-TZP/Al2O3 composites transformed from intergranular to transgranular fracture as the amount of Al2O3 increased. TEM observation revealed that Al2O3 particles were located mainly at grain boundaries of ZrO2.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2005.11a
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• pp.27-28
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• 2005

본 연구에서는$Cr_2O_3$ 와 $Nb_2O_5$ 를 첨가한 $Pb(Zr_{0.54}Ti_{0.48})O_3$ 세라믹스에서 $Nb_2O_5$ 첨가량에 따른 소결 및 압전, 유전특성을 조사하였다. $Pb(Zr_{0.54}Ti_{0.48})O_3$ + 0.2 wt% $Cr_2O_3$ + wt% $Nb_2O_5$ ($0.{\sim}2wt.%$)의 첨가량에 따른 압전, 유전특성 및 미세구조에 관해 연구하였다. 본조성에서 $Nb_2O_5$ 첨가량이 증가함에 따라 입경의 크기는 증가하였으며, 0.5 wt% $Nb_2O_5$ 첨가조성에서 $4\sim5\mu m$의 최대 평균입경을 보이다가 그 이상의 첨가 조성에서 급격히 감소하였다. 유전상수와 kp 는 $Nb_2O_5$ 첨가량이 1.0 wt% 조성까지 증가하였다가 그 이상 조성에서 감소하였다. $Nb_2O_5$ 첨가량이 증가함에 따라 삼방정(rhombohedral)구조에서 정방정(tetragonal)구조로 상전이 일어났으며, 본 조성의 상경계 영역인 0.5 wt% 조성에서 $\varepsilon_r$ = 730, $k_p$ = 0.72, $d_{33}$ = 450, $g_{33}$ = 70의 우수한 압전 특성을 나타내었다. 이러한 조성은 접촉센서용 복합압전소재의 실용가능성을 제시하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.26 no.5
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• pp.719-727
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• 1989

By using commercial zirconia powder CeO2-ZrO2 ceramics containing 8~16mol% CeO2 was made by heat treatment at 1350~155$0^{\circ}C$ for 1~10hr. The minimum amount of CeO2 for obtaining complete tetragonal phase was 12mol%, and in the tetragonal phase region fracture toughness of Ce-TZP was decreased with increasing CeO2 content and the maximum value was obtained when 12mol% CeO2 was added. The bending strength goes through maximum at 14mol% CeO2. Fracture mode of Ce-TZP transformed from intergranular to transgranular fracture with increasing CeO2 content, so the morphology of fracture surface of 16mol% Ce-TZP was wholly transgranular and this tendency was independent on grain size. The crystal structure of the 12mol% Ce-TZP was monoclinic with fringes along the grain boundaries which are lying in the particular plane from the TEM observation. The chemical composition of the sintered body was homogeneous as a whole and some amorphism or air pocket was observed at the triple junction.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.232-232
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• 2009

최근 WGS반응용 Pt 촉매의 성능 향상을 위한 다양한 담체 및 조촉매(Promotor) 개발에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 선행 연구결과, 입방(Cubic)구조를 가지는 $Ce_{0.8}Zr_{0.2}O_2$ 담체는 정방 입계(Tetragonal)구조를 가지는 $Ce_{0.2}Zr_{0.8}O_2$ 담체 또는 혼합산화물(Mixed oxide)구조를 가지는 $Ce_{0.5}Zr_{0.5}O_2$ 담체 보다 높은 활성과 안전성을 가진다. 이것은 촉매의 성능 향상이 Ce-$ZrO_2$의 결정구조에 의존한다는 것을 나타낸다. 따라서 WGS 반응에서 Ce/Zr 비에 따라 변화된 담체 특성이 Pt 촉매의 활성에 영향이 있을 것으로 예상되며 실험결과 1% Pt/$CeO_2$ 촉매가 가장 높은 활성을 나타내었다. 따라서 Pt/Ce-$ZrO_2$ 촉매의 성능 향상을 위해 Ce-$ZrO_2$ 담체에 조촉매인 Ni을 첨가하여 촉매적 활성을 비교하여 보았다. 촉매는 2%의 Pt과 15%의 Ni로 고정하였고 Ce/Zr 비를 제조변수로 하였다. 제조된 모든 담체는 공침법(Co-precipitation)을 사용하여 제조하였으며 $500^{\circ}C$에서 6시간 소성하였다. Pt 촉매는 함침법 (Incipient wetness impregnation)으로 담지 시켰다. 2% Pt/Ce-$ZrO_2$ 촉매와 2% Pt/15% Ni-Ce-$ZrO_2$ 촉매는 저온영역($200^{\circ}{\sim}320^{\circ}C$)에서 비슷한 CO 전환율을 나타내었으나 고온영역($360^{\circ}C{\sim}400^{\circ}C$)에서는 2% Pt/15% Ni-Ce-$ZrO_2$ 촉매가 더 높은 CO의 전환율을 나타내었다. 이것은 Ni의 영향으로 고온에서 부반응인 메탄화 반응(Methanation reaction)이 생긴 것으로 판단되어 메탄($CH_4$)의 선택도를 살펴본 결과 2% Pt/15% Ni-Ce-$ZrO_2$ 촉매가 고온영역($360^{\circ}{\sim}400^{\circ}C$)에서 급격하게 증가하는 것으로 나타나 메탄화 반응이 일어난 사실을 증명한다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.41 no.7
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• pp.508-512
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• 2004

For abutment of dental implants, (Y, Nb)-TZP/Alumina composites were prepared by addition of 10-90 vol% alumina at an interval of 10 vol％ into tetragonal zirconia solid solution which consists of 90.24 mol% Zr $O_2$, 5.31 mol% Y$_2$ $O_3$, and 4.45 mol% Nb$_2$O$\_$5/. Biaxial flexure strength and fracture toughness of composite were optimized by adding 10 vol% alumina, which resulted in 900 MPa and 8.9 MPam$\^$1/2/, respectively. The composite did not undergo low temperature degradation even after autoclave treatment at 200$^{\circ}C$ for 10 h. 65 of (Y, Nb)-TZP/Alumina composite abutments were employed into 40 patients and any adverse reaction, screw loosing, or fracture of abutments was not observed for the span of 2 years, indicating that the ceramic abutments can be safely used for restorations.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.11 no.3
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• pp.115-119
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• 2001

Hydroxyapatite-yttria stabilized zirconia bioceramics containing fine zirconia particles were prepared as 3-layered functionally graded materials (FGMs) using a spark plasma sintering (SPS) and hot pressing (HP) apparatuses. The pretreatment of the raw hydroxyapatite promoted the sinterability of hydroxyapatite. The maximum density of pretreated FGM composites could be obtained at lower temperature than that for he untreated FGM samples. No decomposition from hydroxyapatite to three calcium phosphate (TCP) was observed in FGMs of HAp-$ZrO_2$ sintered below $1200^{\circ}C$ for 8 min under 10 MPa by SPS. However, the transformation of the tetragonal zirconia to the cubic modification had occurred in FGMs at this temperature. The presence of zirconia i.e. stress induced transformation of zirconia may be expected to enhance the mechanical properties of HAp-$ZrO_2$ FGM. The SPS is concluded as a better method to fabricated the FGM with dense and high strength compared with HP process.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.30 no.8
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• pp.894-900
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• 2006

The electrical characteristics associated with crystal structure changes as a function of La content for $(Pb_{1-x}La_x)(Zr_{0.5}Ti_{0.5})O_3$ thin films were investigated for applications in memory capacitors. Tetragonality of PLZT films decreased with increasing La content. Thin films with La $\geq$ 20 mol% were found to be cubic. Films with La $\geq$ 12 mol% exhibited broader dielectric peaks compared to those of bulk ceramics and behaved as relaxer ferroelectrics. Tetragonal PLZT film with 12 mol% La had a dielectric constant maximum of 1330 at room temperature and a charge storage density of ${\sim}18{\mu}C/cm^2$ at 5 V. Decrease in coercive field and remnant polarization with increase in La content were resulting from less dipolar response caused by the decreased crystal anisotropy. The leakage current densities $<10^{-8}A/cm^2$ up to 5 V bias voltage were observed for the films with La $\geq$ 14 mol%.