• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제34권6호
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• pp.466-474
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• 2021

[011] poled ternary Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃ (PIN-PMN-PT) single crystals have been investigated for active materials for acoustic transducers because of their high piezoelectric properties in both shear and transverse modes. In order to use [011] poled PIN-PMN-PT single crystals for acoustic transducers, the characterization of full-matrix material properties is required. In this study, full sets of compliance, dielectric, and piezoelectric constants of [011] poled rhombohedral PIN-PMN-PT were measured by a resonance method. Dimensions and geometries of 12 samples were proposed for measuring 17 independent material constants of [011] poled rhombohedral PIN-PMN-PT single crystals. Two sets of samples with different PT concentrations, 0.24PIN-0.49PMN-0.27PT and 0.24PIN-0.46PMN-0.30PT, were fabricated and their material properties were measured. Measured impedance spectra and simulated impedance spectra of the samples were compared to check the accuracy of the measurements.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제36권4호
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• pp.362-368
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• 2023

Multilayered actuators using Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃ (PMN-PIN-PT) crystals have demonstrated excellent properties, but are costly and lack mechanical strength. Textured PMN-PIN-PT ceramics exhibit robust mechanical strength and comparable properties to their single crystals form. However, the development of multilayered actuators using textured PMN-PIN-PT ceramics has not been achieved until now. This study presents the development of a multilayered actuator using textured 0.37PMN-0.29PIN-0.34PT ceramics with an Ag_0.9/Pd_0.1 inner electrode, co-fired at 950℃. A random 0.37PMN-0.29PIN-0.34PT ceramics multilayered actuator was also developed for comparison. The multilayered actuator consisted of 9 ceramic layers (36 ㎛ thickness) with an overall actuator thickness of 0.401 mm. The textured and random 0.37PMN-0.29PIN-0.34PT ceramics-based multilayered actuators achieved displacements of 0.61 ㎛ (0.15% strain) and 0.23 ㎛ (0.057% strain) at a low applied peak voltage of 100 V. These results suggest that the developed multilayered actuator using high-performance textured 0.37PMN-0.29PIN-0.34PT ceramics has the potential to replace expensive single crystal-based actuators cost-effectively.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제37권4호
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• pp.412-419
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• 2024

Mn-doped Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-Pb(Mg_2/3Nb_1/3)O₃-PbTiO₃ (Mn:PIN-PMN-PT) single crystals, which exhibit improved phase transition temperatures and coercive field properties compared to Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-Pb(Mg_2/3Nb_1/3)O₃-PbTiO₃ (PIN-PMN-PT) single crystals, are expected to be utilized in high-power acoustic transducers. Bridgeman method, growing single crystals along the axial direction from melt, is most widely used method for single crystal growth with large size and high quality. However, single crystal boules grown by the Bridgeman method demonstrate a PT compositional variation, giving rise a distribution of crystal structure and material properties along the growing axis. To employ piezoelectric single crystals grown by the Bridgeman method for acoustic transducers, it is essential to investigate their overall property distribution. In this study, the compositional distribution and property variation of Mn:PIN-PMN-PT single crystals grown by the Bridgeman method was investigated. Measured compositional distribution of PT was from 29% to 32.5% in the Rhombohedral crystal region of the boule. Two types of specimen, [011]-poled Mn:PIN-PMN-29PT and Mn:PIN-PMN-32PT single crystals, were fabricated and tested to obtain full property variation at both ends of the Rhombohedral crystal region. The properties related to the 32 directional vibration mode and the properties related to high-power driving were measured to confirm the overall distribution of properties by composition.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제26권4호
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• pp.69-74
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• 2019

PMN-PT 단결정 시편의 유전 및 압전 특성의 측정 결과에 미치는 측정 기구물의 영향을 고찰하였다. 샘플에 교류 전기신호를 인가하는 지그핀의 압력이 감소할수록 공진저항은 낮게 측정되고 기계적 품질계수는 높게 계산되었다. 지그핀의 스프링 텐션이 20 grf인 경우 기계적 품질계수는 418으로 측정되었고, 스프링 텐션이 200 grf인 경우 품질계수 값은 절반으로 감소하였다. 4-프로브 방식의 픽스쳐는 압전특성 측정에는 부적합하지만 유전손실 값의 측정에는 가장 적합하였다. 정확한 PMN-PT의 압전특성 평가를 위하여 지그핀의 스프링 텐션을 최대한 낮추는 것이 필요하며, 정확한 유전특성의 평가를 위하여 4-프로브 방식이 적합함을 알 수 있다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제26권4호
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• pp.63-68
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• 2019

온도 및 압축응력 변화에 따른 PIN-PMN-PT계 압전 단결정의 유전 특성과 압전 특성을 조사하였다. 단결정의 결정상은 110℃ 영역에서 강유전 rhombohedral 구조에서 tetragonal 구조로, 190℃ 영역에서 tetragonal 구조로부터 상유전 cubic 구조로 변화하였다. 전계 인가에 따른 분극 및 변위의 변화율로부터 압전상수와 비유전율을 계산하였으며, 이는 계측기로부터 측정된 값과 유사한 수준을 나타내었다. 샘플에 인가되는 압축응력이 증가할수록 압전상수 d₃₃과 비유전율값은 증가하는 경향성을 나타내었다. 측정 온도 5℃에서 샘플에 인가되는 압축응력이 60 MPa인 경우 d₃₃ 값이 4500 pC/N로 계산되었으며, 측정 온도 60℃인 경우, 샘플에 인가되는 압축응력이 40 MPa 일 때 비유전율 62000이 계산되었다. 압축응력이 높아질 때 압전상수와 비유전율 값이 상승한 것은 rhombohedral 상에서 orthorhombic 상으로의 전이에 기인한 것으로 판단된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제27권4호
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• pp.91-96
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• 2020

Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3계 압전 단결정의 유전특성과 압전특성을 전계 및 압축응력 인가 조건 하에서 33-모드 방식으로 측정하였다. 110~140℃ 영역에서 저온 rhombohedral 구조에서 고온 tetragonal 구조로의 상전이가 관찰되었으며, cubic 구조로 변화하는 큐리온도는 165℃ 정도로 나타났다. 압축응력 및 전계 변화에 따른 분극의 크기변화를 측정하였다. 전계인가 분극 곡선의 기울기로부터 비유전율을 계산하였고, 인가되는 응력의 크기가 증가할수록 계산된 비유전율의 크기는 증가하고, 인가되는 전계의 크기가 증가할수록 비유전율의 크기는 감소하는 경향성을 나타내었다. 압축응력 및 전계 변화에 따른 변위 거동을 측정하였으며, 곡선의 기울기로부터 압전상수를 계산하였고 압력인가에 따른 상전이를 확인하였다. 수중 또는 의료용 초음파 발진자로 실제 응용할 경우 선형성을 유지하여 구동이 가능하기 위하여 소자 기구물을 형성하는 단계에서 인가하게 되는 압축응력의 크기와 구동 전계의 DC 바이어스의 크기를 적절하게 설계할 필요가 있다.

• 한국음향학회지
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• 제41권3호
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• pp.278-286
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• 2022

본 연구에서는 압전세라믹 기반의 상용 Free-Flooded Ring(FFR) 트랜스듀서 대비 소형이면서 저주파 고감도 특성을 확보하기 위해, 높은 압전상수와 전기-기계 결합계수를 가지는 압전단결정 PIN-PMN-PT를 적용한 33-모드 FFR 트랜스듀서를 설계하였다. FFR 트랜스듀서의 광대역 특성을 확보하기 위해 비능동소자를 삽입한 링 구조를 적용하였으며, 3종의 비능동소자 소재 별 특성 해석 결과를 비교하여 최적의 소재를 선정하였다. 링 트랜스듀서의 특성 변화를 최소화하기 위해 오일 충진형 FFR 트랜스듀서로 제작하였으며, 음향시험을 통해 송신감도, 수중 임피던스 및 수평/수직 빔패턴이 해석결과와 잘 일치하는지 확인하였다. 해석 및 시험 결과를 비교한 결과, 송신감도는 공동공진 주파수에서 약 1.3 dB, 구조공진 주파수에서는 약 0.3 dB 차이를 보였다. 또한 상용 트랜스듀서 대비 높은 송신감도를 보유하면서도 직경을 약 17 % 축소하여 제작할 수 있었다. 이를 통해 소형이면서 고출력 특성을 가지는 압전단결정적용 FFR 트랜스듀서의 구현 가능성과 해석을 통한 특성 예측 방법의 유효성을 확인하였다.