• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.48-48
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• 2008

현재 압전재료로써 사용되고 있는 PZT계 세라믹스는 우수한 압전 및 유전특성으로 초음파 센서, 압전변압기, 액츄에이터, 필터, 레조네이터와 같은 여러 응용분야에 널리 사용되어지고 있다. 그러나 납을 60%이상 포함하므로 환경오염에 의하여 그 사용에 대한 규제가 강화되고 있어 최근에는 납을 함유하지 않은 무연 환경친화형 압전세라믹스가 주목받고 있다. 현재 무연 조성 세라믹스에는 텅스텐-브론즈 형, 비스머스 레이어형, 페로브스카이트 형 등이 이으며, 그 중 페로보스카이트 혈을 제외하고는 보통 소성법 조제시 낮은 압전특성을 갖는다. 그러므로 압전특성을 증가시키기 위하여 Hot pressing, Hot forging, RTGG(Reactive Template Grain Growth), SPS(Spark Plasma Sintering), 그러나 이는 무연 세라믹스의 대량생산 과정에서 어려운 문제를 가지고 있고, 저가격 관점에서 볼 때 보통소성법이 보다 바람직하다. 그래서 보통소성법으로 NKN세라믹스의 소결성을 향상 시키고 비교적 높은 압전특성을 얻기 위해서 $LiSbO_3$, $LiNbO_3$, $LiTaO_3$, alkaline-earth(Mg, Ca, Sr, Ba) 등을 첨가한 논문들이 보고되고 있으며, 이러한 재료들의 kp는 대략 0.3-0.4를 나타내고 있다. 따라서, 본 연구에서는 소결온도를 낮추고자 $Ag_2O$를 소결조제로 사용하였고 유전 및 압전특성을 높이고자 소결시간 변화시켜 시편을 제작하여 NKN 세라믹스의 유전 및 압전특성을 조사하였다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.25 no.8
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• pp.611-615
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• 2012

In this study non-stoichiometric $(K_{0.5}Na_{0.5})_{0.97}(Nb_{0.96-x}Ta_xSb_{0.04})O_3$ ceramics were prepared by the conventional soild-state teaction method. The effect of Ta-substitution on the dielectric and piezoelectric properties were investigated. X-ray diffraction analysis of all the specimens less than x= 15 mol% indicated orthorhombic phase. Thereafter, the specimens showed orthorhombic phase near to pseudo-cubic. Sinterablity of all the specimens was improved due to secondary products such as KCT and KCN. The ceramics with x= 5 mol% showed the optimum velues of pizoelectric constant($d_{33}$)= 150 pC/N, electromechanical coupling factor (kp)= 0.45, electromechanical quality factor (Qm)= 418.9 and dielectric constant(${\varepsilon}_r$)= 567. Accordingly, These results indicate that the composition ceramics is a promising candidate for lead-free material.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.25 no.6
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• pp.420-425
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• 2012

Lead-free piezoelectric ceramic/epoxy composites with '0-3' connectivity were prepared by cold-pressing with a temperature controlled curing method. A ceramic powder with a composition of $(Na_{0.51}K_{0.47}Li_{0.02})(Nb_{0.8}Ta_{0.2})O_3$ was synthesized by a conventional solid state reaction route. The dielectric and piezoelectric properties of ceramic/epoxy composites were characterized as a function of the volume fraction (${\phi}$) of piezoelectric ceramics, which was varied from 70 to 95 vol%. The results indicated that the piezoelectric properties of composites were significantly affected by the volume fraction of ceramics. In terms of the piezoelectric properties, specimens showed the best performance at ${\phi}$= 85 vol%, resulting in the piezoelectric constant $d_{33}$ of 39 pC/N and the figure of merit as a piezoelectric energy harvester ($d_{33}{\cdot}g_{33}$) of 1.24 $pm^2/N$.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.27 no.1
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• pp.14-17
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• 2014

In this study, lead-free Piezoelectric $(Na_{0.47}K_{0.47}Sr_{0.03}Ca_{0.03})(Nb_{0.94}Ti_{0.06})O_3$-0.1 $MnO_2$ ceramics were fabricated using mixed oxide method and the effects of various sintering temperature on the structural and electrical properties were investigated. For the $(Na_{0.47}K_{0.47}Sr_{0.03}Ca_{0.03})(Nb_{0.94}Ti_{0.06})O_3$-0.1 $MnO_2$ (NKN-SCT-$MnO_2$) ceramics sintered at temperatures of $1,025{\sim}1,100^{\circ}C$. The results indicated that all specimens were perovskite single phase formation without any second phase. It has been shown that relative density is increased to increasing sintering temperature. When the sintered temperature at $1,075^{\circ}C$, highest sintered density and maximum value of $4.45g/cm^3$. Average grain size is increased to increasing sintering temperature. The electromechanical coupling factor, dielectric constant, dielectric loss, d33 and curie temperature at the sintering temperature $1,075^{\circ}C$ of NKN-SCT-$MnO_2$ specimens were 0.22, 511, 0.033, 103 and $380^{\circ}C$, respectively.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.56-56
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• 2008

최근, 비납 또는 납의 함량을 줄인 압전 세라믹에 대한 관심이 증가하고 있고, 그에 따른 여러 연구가 활발히 이루어지고 있다. 납을 포함하는 세라믹은 높은 소성온도에서 납의 휘발로 인한 특성저하와 환경오염 등이 문제가 된다는 것을 우리는 익히 알고 있다. 그렇기 때문에 PZT계 세라믹스를 대체할 우수한 특성을 가지는 새로운 비납 세리믹스의 조성개발이 시급하다. 비납계 세라믹스 중에서 NKN계를 바탕으로 하는 세라믹스는 가장 기대되는 재료이다. 일반적인 소성에서 순수한 NKN 세라믹은 가장 높은 압전 $d_{33}$상수가 100 pC/N이 넘지 않는다. 그런데 페로브스카이트 구조로된 NKN세라믹스의 A-site에 $Li^{1+}$이온을 치환하면 압전 특성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 압전세라믹에서 분극처리는 필수적인데 분극처리는 압전성을 부여할 뿐 아니라 다른 물성도 변화시킴은 잘 알려져 있다. 그러므로 그에 대한 연구 또한 중요한 의미를 갖는다. 따라서 이번 연구에서는 NKN세라믹스에 $Li_2CO_3$를 소결조제로 첨가하여 시편을 제작하였고, 제작된 시편의 특성을 분극전계에 따라 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.59-59
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• 2008

Pb(Zr,Ti)$O_3$(PZT)는 현재 가장 우수한 압전특성을 가진 압전 재료로써, 압전효과와 역압전효과를 이용한 압전 액추에이터, 압전 트랜스듀서, 센서, 레조네이터 등의 활동에 대한 연구과 활발하게 이루어 지고 있다. 그러나 압전성이 우수한 PZT 세라믹스들은 Pb 성분이 포함되어 있기 때문에 환경오염뿐 아니라, 경제적인 측면에서도 많은 문제점을 가지고 있어 최근에는 유해원소인 Pb를 포함하지 않는 친환경 압전 세라믹스에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. (Na, K)$NbO_3$은 뛰어난 특성을 가지고 있어 Pb를 기본조성으로 하는 압전세라믹스를 대체할 수 있는 대표적인 물질중의 하나로 알려져 있다. 그러나, potassium의 수분과의 반응성과, 소결시 휘발로 인해 높은 소결밀도의 NKN을 제조하기 어렵다. 이러한 단점을 보안하기 위해 Hot pressing, Hot forging, SPS 등 여러가지 방법을 이용하여 연구가 수행되고 있지만, 고가의 제조공정을 이용해야만 한다. 본 연구에서는 $BaSrTiO_3$의 새로운 고용체를 추가시켜 기본 NKN 조성보다 소결밀도, 유전 및 압전특성을 향상시키고자 하였다.

• Journal of Ceramic Processing Research
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• v.13 no.spc2
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• pp.341-345
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• 2012

[Li0.055(K0.5Na0.5)0.945](Nb1-xTax)O3 (0.05 ≤ x ≤ 0.25) ceramics were prepared by the partial sol-gel (PSG) method to improve the microstructure homogeneity of Ta5+ ion and were compared to those prepared by the conventional mixed oxide (CMO) method. For the PSG method, Ta(OC2H5)5 was directly reacted with calcined [Li0.055(K0.5Na0.5)0.945]NbO3 powders and the specimens sintered at 1100 ℃ for 5 hrs showed a single phase with a perovskite structure. Compared to the specimens prepared by conventional mixed oxide powders, the relative ratio of tetragonal phase to orthorhombic phase of the sintered specimens prepared by Ta(OC2H5)5 was larger than that of the sintered specimens prepared by Ta2O5. The electromechanical coupling factor (kp), piezoelectric constant (d33) and dielectric constant (εr) of the sintered specimens were increased with Ta5+ content. These results could be attributed to the decrease of the orthorhombic-tetragonal polymorphic phase transition temperature (To-t), which could be evaluated by oxygen octahedral distortion. Strain of the sintered specimens prepared by the PSG method was higher than that of specimens prepared by the CMO method due to the increase of relative density. The effects of crystal structure on the strain characteristics of the specimens were also discussed.

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

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.327-327
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• 2008

Lead-free $(K_{0.5}Na_{0.5})NbO_3$ 압전 세라믹스는 다양한 광소자로의 응용과 압전 특성, 초전 특성을 이용한 압전 소자로의 응용이 가능한 재료로 보고되고 있다. 그러나 KNN계 압전소재 특성상 판상 형태의 결정립으로 인해 낮은 소결 밀도를 갖게 되고, 그로인해 압전물성의 저하를 초래하는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 본연구에서는 다양한 밀링 방법을 적용하여 입자 사이즈를 작게 하고 소성체의 결정립을 구형화 함으로써 저온소결에서의 압전물성을 개선시키고자 한다. $(K_{0.5}Na_{0.5})NbO_3$를 기계적 분쇄법에 의해 입자사이즈에 따라 변화되는 상의 분석과 압전체로서의 특성을 관찰하였다. 결정학적 상분석 및 미세 조직은 XRD, SEM을 이용하여 관찰하였고, Capacitance는 Impedance analyzer(HP4192A)로 측정하였으며, Impedance 주파수 특성은 Network Analyzer로 측정하여 Kp, Kt와 Qm을 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2005.11a
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• pp.210-211
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• 2005

[ $(K_{0.5}Na_{0.5})NbO_3$ ](KNN) 세라믹스의 소결 특성과 압전 특성을 높이기 위해 B-site에 Sb를 치환하여 Sb함량에 따른 특성을 측정 하였다. Sb 의 함량을 0mol $\sim$ 0.1mol 까지 첨가한 결과 소결 밀도는 Sb의 첨가량이 많아질수록 증가하다 Sb-0.08mol에서 4.40g/$cm^3$으로 가장 높은 밀도를 가졌으며, 여기서의 전기기계 결합 계수가(Kp) 0.45로 높은 값을 나타내었다. 상전 이 온도는 375$^{\circ}C$로 순수한 KNN 의 420$^{\circ}C$ 보다 약 45$^{\circ}C$정도 떨어졌으나 orthorhombic에 서 tetragonal 로 바뀌는 전이 온도는 KNN이 220$^{\circ}C$, KNNS 가 225$^{\circ}C$로 크게 변하지 않았다.