Go, Su Hwan;Kim, Dae Su;Han, Seung Ho;Kang, Hyung-Won;Lee, Hyeung-Gyu;Cheon, Chae Il
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.54
no.6
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pp.530-534
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2017
The figures of merit in the on-resonance and off-resonance conditions ($FOM_{on}$ and $FOM_{off}$) for the piezoelectric energy harvester (PEH) were measured and compared in $[(K_{0.485}Na_{0.515})_{1-X}Li_X](Nb_{0.99}Ta_{0.01})O_3$ (x = 0.04 ~ 0.09) (KNLNT) ceramics with various Li contents. The crystal structure of CuO-doped KNLNT ceramics changes from orthorhombic to tetragonal around the Li fraction of 0.065. The stable temperature range for the tetragonal phase widens to both higher and lower temperatures as Li is substituted. The piezoelectric charge constant ($d_{33}$), electromechanical coupling factor ($k_p$) and mechanical quality factor ($Q_m$) have maximum values at the Li fraction between 0.055 and 0.065 where the phase boundary lies between the orthorhombic and tetragonal phases. Both $FOM_{on}$ and $FOM_{off}$ have peak values around the phase boundary but the peak compositions are not exactly coincided. The optimal Li fraction in the KNLNT ceramic for a PEH application was found to be between 0.055 and 0.065.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.24
no.9
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pp.728-732
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2011
In this study, piezoelectric and dielectric properties of Lead-free $0.97[(K_{0.5}Na_{0.5})(Nb_{0.97}Sb_{0.03})O_3]+0.03[(Bi_{0.5}K_{0.5})TiO_3]$ (abbreviated as 0.97NKNS-0.03BKT)ceramics synthesized by conventional solid-state reaction process were investigated as a function of $K_{5.4}Cu_{1.3}Ta_{10}O_{29}$ addition. The results indicated that the $K_{5.4}Cu_{1.3}Ta_{10}O_{29}$ addition significantly improved the sinterability, grain growth and piezoelctric properties of 0.97NKNS-0.03BKT ceramics. The optimum values as planar piezoelectric coupling coefficient ($k_p$= 0.355), piezoelectric constant ($d_{33}$= 207 pC/N) and mechanical quality factor ($Q_m$= 128) were obtained when 0.009KCT was added. The electromechanical coupling factor($k_p$) was slightly decreased according to the increasing temperature.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.06a
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pp.306-306
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2007
최근, LED 구동 인버터, DC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터 및 형광등 ballaster 등의 고전압전원장치등에 압전변압기를 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 순수한 $PbTiO_3$는 큐리온도($490^{\circ}C$)가 높고, 기계적강도가 크며, 비유전율(약 200 정도)이 작다. 또한, 두께방향 진동의 전기기계 결합계수 ($K_t$)가 윤곽진동의 전기기계 결합계수($K_p$)보다 크므로 두께방향의 진동모드를 이용한 벌크파 진동자의 경우 윤곽진동방향으로 불요신호(spurious signal)가 적고, 작은 grain size($1\;{\mu}m$정도)로 미세가공이 가능하여 고주파 재료로 이용되고 있다. 압전변압기의 출력 전력을 향상시키기 위해서는 적층으로 제작하여야 하는데 적층 압전변압기 제작시 층간의 내부 전극이 도포된 상태에서 소결하여야 한다. 이때 소걸 온도가 높으면 Pd 함랑이 높은 전극을 사용하여야 하는데 Pd 전극의 가격이 비싸 소자의 경제성이 떨어지게 된다. 따라서 순수한 Ag 전극을 내부전극으로 사용하기 위해서는 $900^{\circ}C$ 이하에서 소결이 가능하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 $(Pb,Ca,Sr)Ti(Mn,Sb)O_3$ 조성을 이용하여 $900^{\circ}C$ 이하의 저온소결이 가능한 두께방향진동모드 적층 압전변암기를 제작하여 그에 대한 전기적 특성을 조사하였다.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.17
no.11
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pp.1174-1177
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2004
The dielectric and piezoelectric properties of silver added 0.96 Pb(Z $r_{0.52}$$Ti_{0.48}$) $O_3$-0.04 Pb(Mn,W,Sb,Nb)$_3$ ceramics were examined. By varying the contents of silver(0.0, 0.4, 1.0 mol%), the effect of silver addition on PZT-PMWSN ceramics was investigated at various sintering temperature(900, 1000, 1100 $^{\circ}C$). As increasing silver contents, the relative dielectric constant was increased and sinterability was enhanced. At the specimen with 0.4 mol% Ag and sintered at 1000 $^{\circ}C$, electromechanical coupling factor( $k_{p}$), mechanical quality factor( $Q_{m}$), dielectric constant($\varepsilon$$_{r}$) and dielectric loss were 0.502, 811, 991, 0.006, respectively. The results showed that the PZT-PMWSN/Ag composites have enhanced piezoelectic and dielectric properties and sintering temperature was lowered.red.
Choi Y. G.;Son Y. J.;Kweon J. C.;Cho K. W.;Yoon M. S.;Kim I. H.;Kim Y. M.;Ur S. C.
Korean Journal of Materials Research
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v.15
no.6
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pp.413-418
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2005
Perovskite $Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-Pb(Zr,Ti)O_3[PNN-PZT]$ ceramics were synthesized by conventional ceramic processing technique. In order to modify piezoelectric properties for sensor application in this system, NiO addition was considered to provide $Ni^{+2}$ as an acceptor, which was known to occupy with B site in the structure. The effect of NiO addition up to $8\;mol\%$ on the following piezoelectric properties as well as sintering properties was investigated. When NiO added more than $1\;mol\%$, average grain size was decreased and second phase was found to form. Moreover, the second phase caused decrease in relative dielectric constant $(\varepsilon_{33}T/\varepsilon0)$, electro-mechanical coupling factor $(k_p)$, and piezoelectric charge constant $(d_{33})$, while increasing mechanical quality factor $(Q_m)$. When $1\;mol\%$ NiO was added, density, dielectric properties and piezoelectric properties were abruptly increased.
Recently, piezoelectric transformer is applied to wide fields. Multi layer piezoelectric transformer has the advantage of high step up ratio, electromechanical coupling coefficient(Kp) and mechanical quality factor(Qm), but is indicated of peeling-phenomenon of electrode, rising sintering temperature made price of costly electrode. So in this study, it discuss on method for fabrication of rosen type piezoelectric transformers. For the fabrication as rosen type piezoelectric transformers, synthesized the powder using 0.01Pb$(ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ - 0.08Pb$(Mn_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ - 0.91Pb$(Zr_{0506}Ti_{0496})O_3$ (abbreviated as PNN-PMN-PZT) ceramics. The density, microstructure, dielectric and piezoelectric properties as a function of sintering temperature were investigated. The results indicated that the optimized properties of ceramics were obtained at sintering temperature of 1200$^{\circ}C$, showed the value of $d_{33}$=273pC/N, $K_p$=0.60 $Q_m$=1585, ${\varepsilon}_r$=1454, density=7.917$g/cm^3$ and $tan{\delta}$=0.0064.
The effect of the electrode type on the dielectric and piezoelectric properties of $Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3-PbZrO_3-PbTiO_3$ (PMN-PZT) single crystals was investigated in an effort to improve their properties for various piezoelectric applications. First, three different types of PMN-PZT single crystals [PMN-PZT-A (piezoelectrically soft type; dielectric constant ~ 10,000), PMN-PZT-B (piezoelectrically soft type; phase-transition temperature between the rhombohedral and tetragonal phases ($T_{RT}$) ~ $145^{\circ}C$), PMN-PZT-C (piezoelectrically hard type; high mechanical quality factor ($Q_m$) ~ 1,000)] were fabricated using the solid-state single crystal growth (SSCG) method. Then, four different types of electrodes [sputtered Au, sputtered Cr/Au, sputtered Ti/Au, and fired Ag] were formed on the single crystals, and their dielectric and piezoelectric properties were measured. The single crystals with a sputtered Ti/Au electrode showed the highest dielectric and piezoelectric constants but the lowest coercive electric field ($E_C$). The single crystals with a fired Ag electrode showed the lowest dielectric and piezoelectric constants but the highest coercive electric field ($E_C$). This dependence on the type of electrode was most significant in the piezoelectrically hard PMN-PZT-C single crystals. However, the effects of the electrode type on the phase transition temperatures ($T_C$, $T_{RT}$) and dielectric loss were negligible. These results clearly demonstrate that it is important to select an appropriate electrode so as to maximize the dielectric and piezoelectric properties of single crystals in each type of piezoelectric application.
Nb was doped to Pb-free $(Bi_{0.5}Na_{0.5})TiO_3$ (BNT) by a solid state mixing process to form $(Bi_{0.5}Na_{0.5})Ti_{1-x}Nb_xO_3\;(x=0{\sim}0.05)$ (BNTNb) and its doping effects on ferroelectric and piezoelctric properties of BNT were investigated. The BNTNb solid solutions were formed up to x=0.01 with no apparent second phases while grain sizes decreased. As x increased, coercive field ($E_c$) and mechanical quality factor ($Q_m$) decreased but piezoelectric constant ($d_{33}$) increased, which indicates Nb acts as a donor for BNT.
For use in ultrasonic actuators, we investigated the structural and piezoelectric properties of $(1\;-\;x)Pb(Zr_{0.515}Ti_{0.485})O_3$ - $xPb(Sb_{1/2}Nb_{1/2})O_3$ + 0.5 wt% $MnO_2$ [(1 - x)PZT - xPSN + $MnO_2$] ceramics with a variation of x (x = 0.02, 0.04, 0.06, 0.08). All the ceramics, which were sintered at $1250^{\circ}C$ for 2 h, showed a typical perovskite structure, implying that they were well synthesized. A homogeneous micro structure was also developed for the specimens, and their average grain size was slightly decreased to $1.3{\mu}m$ by increasing x to 0.8. Moreover, a second phase with a pyrochlore structure appeared when x was above 0.06, which resulted in the deterioration of their piezoelectric properties. However, the 0.96PZT-0.04PSN+$MnO_2$ ceramics, which corresponds with a morphotropic phase boundary (MPB) composition in the (1 - x)PZT - xPSN + $MnO_2$ system, exhibited good piezoelectric properties: a piezoelectric constant ($d_{33}$) of 325 pC/N, an electromechanical coupling factor ($k_p$) of 70.8%, and a mechanical quality factor ($Q_m$) of 1779. The specimens with a relatively high curie temperature ($T_c$) of $305^{\circ}C$ also showed a significantly high dielectric constant (${\varepsilon}_r$) value of 1109. Therefore, the 0.96PZT - 0.04PSN + $MnO_2$ ceramics are suitable for use in ultrasonic vibrators.
KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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v.5C
no.3
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pp.102-110
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2005
Piezoelectric transformers(PT) are expected to be small, thin and highly efficient, and which are attractive as a transformer with high power density for step down voltage. For these reasons, we have attempted to develop a step-down PT for the miniaturized adaptor. We propose a PT, operating in thickness extensional vibration mode for step-down voltage. This PT consists of a multi-layered construction in the thickness direction. In order to develop the step-down PT of 10 W class and turn ratio of 0.1 with high efficiency and miniaturization, the piezoelectric ceramics and PT designs are estimated with a variety of characteristics. The basic composition of piezoelectric ceramics consists of ternary yPb(Zr$_{x}$Ti$_{1-x}$)O$_{3}$-(1-y)Pb(Mn$_{1/3}$Nb1$_{1/3}$Sb$_{1/3}$)O$_{3}$. In the piezoelectric characteristics evaluations, at y=0.95 and x=0.505, the electromechanical coupling factor(K$_{p}$) is 58$\%$, piezoelectric strain constant(d$_{33}$) is 270 pC/N, mechanical quality factor(Qr$_{m}$) is 1520, permittivity($\varepsilon$/ 0) is 1500, and Curie temperature is 350 $^{\circ}C$. At y = 0.90 and x = 0.500, kp is 56$\%$, d33 is 250 pC/N, Q$_{m}$ is 1820, $\varepsilon$$_{33}$$^{T}$/$\varepsilon$$_{0}$ is 1120, and Curie temperature is 290 $^{\circ}C$. It shows the excellent properties at morphotropic phase boundary regions. PZT-PMNS ceramic may be available for high power piezoelectric devices such as PTs. The design of step-down PTs for adaptor proposes a multi-layer structure to overcome some structural defects of conventional PTs. In order to design PTs and analyze their performances, the finite element analysis and equivalent circuit analysis method are applied. The maximum peak of gain G as a first mode for thickness extensional vibration occurs near 0.85 MHz at load resistance of 10 .The peak of second mode at 1.7 MHz is 0.12 and the efficiency is 92$\%$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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