• 한국소음진동공학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.270-280
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• 2016

노치가 있는 보에 부착된 압전소자의 전기역학적 어드미턴스 전이과정을 파전달 관점에서 규명한다. 유한요소 해석을 통해 노치가 있는 보에서 잔향하는 램파에 대한 수치해를 구한다. 보에 병치된 압전소자의 분극을 이용하여 노치에 의해 발생하는 모드변환된 램파 신호를 추출한다. 전기역학적 어드미턴스의 전이과정을 보여줄 수 있는 일련의 템포럴 스펙트럼은 모드변환된 램파 신호들을 시간영역에서 순차적으로 절단한 후, 고속 푸리에 변환을 적용하여 계산한다. 절단 시간이 상대적으로 작을 때 이에 대응되는 템포럴 스펙트럼은 입력 주파수 대역의 특성이 지배적이다. 그러나, 절단 시간이 증가함에 따라 입력 주파수 대역 내에 존재하는 보의 모달 특성이 템포럴 스펙트럼에 중대한 영향을 준다. 이는 보에서 잔향하는 모드변환램파가 보의 공진에 기여함을 의미한다. 각 공진주파수 부근에서 템포럴 스펙트럼에 대한 제곱평균제곱근을 계산한다. 모든 공진주파수 부근에서 절단시간에 따라 제곱평균제곱근은 증가한다. 마지막으로, 보의 손상 진단 측면에서 수치해석 결과의 시사점에 대해 논의한다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.166-173
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• 2014

본 연구에서는 레이저 가진을 이용한 초음파 전파 영상 기반 배관 비파괴 검사에 관해 다룬다. 손상의 영상화를 위해 갈바노미터 기반 레이저 미러 스캐너와 Q-Switch Nd: YAG 레이저 시스템을 사용하였다. 레이저 시스템을 가진원으로 사용하면 빠른 속도로 비접촉 초음파 가진이 가능하며, 온도의 변화가 급격한 환경이나 유해 물질이 포함된 환경에서도 대상 구조물의 원거리 가진이 가능하다. 또한 공간 해상도가 높으며, 입사각이 넓어 표면 형상이 복잡한 대상 구조물도 가진이 가능하다. 본 연구에서는 이러한 레이저 시스템으로부터 생성된 유도 초음파를 단일 PZT 센서를 사용하여 계측하고, 계측된 신호는 레이저 가진점에 해당하는 좌표점에 나열함으로써 2차원 공간좌표 및 시간축을 더한 초음파 전파 영상 생성을 위한 3차원 데이터를 구성한다. 이 데이터를 시간 축에 따라 연속적으로 반복 재생하면 초음파 전파 영상을 구할 수 있다. 이 때 웨이블릿 변환을 이용하여 계측 신호의 특정 주파수 성분을 추출해냄으로써 관찰하고자 하는 특정 유도 초음파 모드를 추출할 수 있다. 이러한 일련의 과정으로부터 획득한 초음파 전파 영상 데이터를 시간-공간 영역에서 주파수-wavenumber 영역으로 변환시켜줌으로써 손상 특성을 추출할 수 있다. 본 연구에서는 손상의 진단 및 위치 추정을 위해 wavenumber 필터링 기술을 적용하였으며, 시스템 검증을 위해 다양한 배관구조물 Testbed를 대상으로 실험을 수행하였다.

• 전기전자학회논문지
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• 제20권1호
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• pp.45-53
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• 2016

본 논문에서는 진동에너지 수확을 위한 MPPT (Maximum Power Point Tracking) 제어 기능을 갖는 CMOS 인터페이스 회로를 설계하였다. 간단한 구조와 적은 비용으로 출력을 안정화시키기 위해 전력변환기인 DC-DC 부스트 변환기의 출력 단에 PMU (Power Management Unit)를 이용하는 구조를 제안하였다. 또한, 진동소자로부터 최대전력을 수확하여 시스템의 효율을 향상시키기 위해 FOC (Fractional Open Circuit) 방식의 MPPT 제어회로를 설계하였다. 진동소자 (PZT)에서 출력되는 AC 신호는 AC-DC 변환기를 통해 DC 신호로 변환되며, DC-DC 부스트 변환기를 거쳐 승압되고, PMU에 의해 듀티 (duty)를 갖는 안정화된 신호로 변환되어 부하로 공급된다. AC-DC 변환기는 효율 특성이 좋은 능동 다이오드를 이용한 전파정류기를 사용하였으며, DC-DC 부스트 변환기는 제어회로가 간단한 쇼트키 다이오드를 이용한 구조를 사용하였다. 제안된 회로는 $0.35{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계되었으며, 설계된 칩의 면적은 $915{\mu}m{\times}895{\mu}m$이다. 설계된 회로의 성능을 검증한 결과 전체회로의 최대 전력효율은 83.4%이다.

• 한국결정성장학회:학술대회논문집
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• 한국결정성장학회 1996년도 제11차 KACG 학술발표회 Crystalline Particle Symposium (CPS)
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• pp.259-279
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• 1996

최근 정보·전자산업의 발전으로 고 신뢰성 전자재료에 대한 수요가 증대되고 있으며 이러한 첨단산업의 기반의 될 신소재 중 전자세라믹스가 차지하는 비중이 그 대부분을 차지하고 있으며 이에 대한 수요와 기대가 점점 커지고 있다. 이러한 전자세라믹스는 유전재료, 자성재료, 압전재료, 도전성 재료 등으로 나뉘게 된다. 어떠한 분류에 들어가든 그 조성은 금속의 산화물 형태가 일반적이며 미세한 분말의 성형체를 소결(sintering) 함으로써 최종제품으로 완성된다. 이러한 전잣라믹스가 최근 요구되는 고 신뢰성, 고 밀도화를 달성하기 위해선 원료 분말 제조단계부터 제어가 필요하다. 원료분말의 균일·균질성과 그 입도는 소결특성 뿐만아니라 전기적 특성에도 큰 영향을 미치기 때문이다. 세라믹스의 분말제조 방법 중 일반적으로 사용되는 방법으로는 고상 산화물을 혼합하여 하소(calcination)한 후 분쇄하는 '고상합성법'과 금속의 염 또는 alkoxide 용액을 이용하여 화학적으로 제조하는 '습식 화학적 합성법'이 있다. 고상합성법은 합성온도가 높고 기계적 분쇄와 혼합에 의존하므로 균일·균질성이 떨어지고 분말크기를 1㎛ 이하로 만들기 힘들다. 반면에 습식화학적 합성법은 기계적인 분쇄와 혼합에선 얻을 수 없는 원자 혹은 분자단위의 균일한 혼합과 submicron 이하의 미세한 분말을 얻을 수 있다. 따라서 이러한 습식 화학적 합성으로 얻은 분말을 사용하면 미세한 입자의 특성으로 인해 소결온도를 낮출 수 있으며 균일한 미세구조와 균질한 조성을 갖게되어 기계적·전기적 물성증진도 가져올 수 있게 된다. 습식 화학적 분말합성법은 전술하였듯이 alkoxide의 가수분해를 이용하는 sol-gel 법과 금속의 염(salt) 용액을 이용하여, 화학적으로 화합물 침전을 얻거나 또는 공침전물(coprecipitate) 형태의 분말을 얻는, 침전법으로 나뉠 수 있다. 침전법의 근본원리는 pH 및 pCO3 등에 따른 이온종의 용해도 차이를 이용하는 것으로써 각 이온종에 따른 solubility product(ksp)를 이용하여 설명된다. 본 연구에서는 침전법을 사용한 Ba-, Pb-계 전자세라믹스의 분말합성에 대한 이론적 고찰과 공정개발 및 실험을 통한 물성증진 효과에 대해 알아보았다. 본 실험상의 전자세라믹스 조성은 강유전체, 세라믹반도체, 압효과에 대해 알아보았다. 본 실험상의 전자세라믹스 조성은 강유전체, 세라믹 반도체, 압전재료로 널리 사용되는 BaTiO3, PZT(PbZrO3-PbTiO3)와 수직 자기기록매체로 큰 가능성이 있으며 hard ferrite로 널리쓰이는 Ba-feerite(BaFe12O19)로써 수산화물 형태의 침전에 대한 기구(mechanism)와 물성에 대해 살펴보았다. 이러한 침전법에 의한 분말합성 과정에는 소결체의 물성에 영향을 미치는 pH 조절제나 원료에서 혼입될 수 있는 Na+, K+, Cl-, SO4- 등의 제거(washing 혹은 filtering)가 필수적이다. 그러나 침전법에서 얻게 되는 분말은 매우 미세하여 colloid를 형성하게 되며, 이러한 colloid 상태의 미세한 침전입자가 filtering media에 끼이게 되어 견고하면서도 상당한 부피를 가지는 filter cake을 형성하기 때문에 filtering에 많은 시간과 다량의 filtering agent (본 실험의 경우엔 증류수)가 필요하게 된다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 colloid 상태의 침전물을 얼렸다 녹이는 freezing process를 개발, 적용하여 그 원리 및 효과, 그로인한 분말형태를 관찰하여 보았다.

• 한국세라믹학회지
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• 제39권9호
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• pp.846-850
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• 2002

강유전체 물질인 PMN-PT-BT의 기계적 특성을 향상시키기 위한 Ag와의 복합체 제조를 MgO 졸로 분말 표면을 코팅하여 소결시 Ag의 이동을 제어하는 방법으로 시도하였다. PbO, $Nb_2O_5,\;TiO_2,\;BaCO_3$와 MgO 대신 $Mg(NO_3)_2$을 사용하여 볼밀로 혼합한 후, 건조된 분말을 950$^{\circ}C$/1h 열처리하여, 단일 페로브스카이트 상을 얻었다. 이 분말에 3.0 몰%의 $Ag_2O$을 혼합한 후, 550$^{\circ}C$/1h 열처리로 Ag 입자를 생성시키고, 이 혼합 분말에 1.0wt%의 MgO 졸을 첨가한 다음 550$^{\circ}C$/1h 열처리하여 표면 개질된 분말을 얻었다. 이 분말을 산소 분위기에서 1000$^{\circ}C$/4h 열처리한 소결체는 소결 밀도 7.84/$cm^3$, 실온 유전율 18400, 유전손실 2.4%, 비저항 $0.24{\times}10^{12}{\Omega}{\cdot}cm$의 수한 유전 특성과 굽힘강도 $120.7{\pm}11.26$ MPa와 파괴인성 $0.87{\pm}0.002\;MPam^{1/2}$을 보여 주었다. 결정립의 크기는 ∼4${\mu}m$이며, SEM과 SIMS 분석은 Ag는 ∼1${\mu}m$ 크기로, 과잉의 MgO는 ∼0.5${\mu}m$로 분포되어 있음을 알 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제29권9호
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• pp.581-588
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• 2016

Piezoelectric thick films of a soft $Pb(Zr,Ti)O_3$ (PZT) based commercial material were produced by a conventional tape casting method. Thereafter, the interdigitated (IDT) Ag-Pd electrode pattern was printed on the $25{\mu}m$ thick piezoelectric film at room temperature. Co-firing of the 10-layer laminated piezoelectric thick films was conducted at $1,100^{\circ}C$ and $1,150^{\circ}C$ for 1 h, respectively. Piezoelectric cantilever energy harvesters were successfully fabricated using the IDT electrode pattern embedded piezoelectric laminates for 3-3 operation mode. Their energy harvesting characteristics were investigated with an excitation of 120 Hz and 1 g under various resistive loads (ranging from $10k{\Omega}$ to $200k{\Omega}$). A parabolic increase of voltage and a linear decrease of current were shown with an increase of resistive load for all the energy harvesters. In particular, a high output power of 3.64 mW at $100k{\Omega}$ was obtained from the energy harvester (sintered at $1,150^{\circ}C$).

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.116-116
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• 2007

21 세기에 접어들면서 인터넷을 통한 정보 통신의 발달과 개인 휴대용 이동 통신기기의 활발한 보급에 따라 휴대형 전자기기들의 소형화와 고성능화로 나아가고 있다. 이러한 전자기기에 사용될 IC의 내장 메모리 또한 집적화 및 고속화, 저 전력화가 이루어져야 한다. 이러한 전자기기들에 필수적인 압전 세라믹스 부품 중 압전 부저 및 기타 음향 부품등을 각종 전자기기와 무선 전화기에 채택함으로써 압전 부품에 대한 수요와 생산이 계속 증가할 것으로 전망된다. 이처럼 압전 세라믹스를 이용한 그 응용 범위는 대단히 방대하며, 현재 모든 압전 부품들은 PZT 계열 재료로 만들어지고 있고, 차후 모두 비납계열 재료로 대체될 것이 확실시된다. Pb의 환경오염은 이미 오래전부터 큰 문제점으로 인식되고 있었으며 그 일례로 미국의 캘리포니아 주에서는 1986년부터 약 800종의 유해물질, 그 중에서도 Pb 사용을 300ppm 이하로 규제하는 Proposition 65를 제정하여 실행하고 있다. 그리고 2003년 2월에 EU (European Union) 에서 발표한 전자산업에 관한 규제 사항중 하나인 위험물질 사용에 관한 지칭 (Restriction of Hazardous Substance, RoHS) 에 의하면, 2006 년 7월부터 전기 전자 제품에 있어서 위험 물질인 Pb을 포함한 중금속 물질(카드늄, 수은, 6가 크롬, 브롬계 난연재)의 사용을 금지한다고 발표하였다. 비록 전자세라믹 부품에 함유된 Pb는 예외 사항으로 두었지만 대체 가능한 물질이 개발되면 전자세라믹 부품에서도 Pb의 사용을 금지한다고 규정하였다. 더욱이 일본은 2005 년부터 Pb 사용을 금지시켰다. 이와 같이 Pb가 환경에 미치는 영향 때문에 비납계 강유전 물질 및 압전 세라믹스 재료에 대한 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 비납계 강유전체의 patterning을 위해서, NKN 박막을 고밀도 플라즈마원인 ICP를 이용하여 식각 mechanism을 연구하고, 식각변수에 따른 식각 공정을 최적화에 대하여 연구하였다. 가스 혼합비에 따라 식각 할때 700 W의 RF 전력과 - 150 V의 직류 바이어스 전압을 인가하였고, 공정 압력은 2 Pa, 기판 온도는 $23^{\circ}C$로 고정하였다. 식각 속도는 Tencor사의 Alpha-step 500을 이용하여 측정되었으며 식각 시 NKN 박막 표면과 라디칼과의 화학적인 반응을 분석하고 식각 메커니즘을 규명하기 위하여 XPS(x-ray photoelectron spectroscopy)를 사용하였다.

• 한국재료학회지
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• 제30권7호
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• pp.343-349
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• 2020

NKN [(Na,K)NbO₃] is a candidate lead-free piezoelectric material to replace PZT [Pb(Zr,Ti)O₃]. A single crystal has excellent piezoelectric-properties and its properties are dependent of the crystal orientation direction. However, it is hard to fabricate a single crystal with stoichiometrically stable composition due to volatilization of sodium during the growth process. To solve this problem, a solid solution composition is designed (Na,K)NbO₃-Ba(Cu,Nb)O₃ and solid state grain growth is studied for a sizable single crystal. Ceramic powders of (Na,K)NbO₃-M(Cu,Nb)O₃ (M = Ca, Sr, Ba) are synthesized and grain growth behavior is investigated for different temperatures and times. Average normal grain sizes of individual specimens, which are heat-treated at 1,125 ℃ for 10 h, are 6.9, 2.8, and 1.6 ㎛ for M = Ca, Sr, and Ba, respectively. Depending on M, the distortion of NKN structure can be altered. XRD results show that (NKN-CaCuN: shrunken orthorhombic; NKN-SrCuN: orthorhombic; NKN-BaCuN: cubic). For the sample heat-treated at 1,125 ℃ for 10 h, the maximum grain sizes of individual specimens are measured as 40, 5, and 4,000 ㎛ for M = Ca, Sr, and Ba, respectively. This abnormal grain size is related to the partial melting temperature (NKN-CaCuN: 960 ℃; NKN-SrCuN: 971 ℃; NKN-BaCuN: 945 ℃).

• Composites Research
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• 제36권6호
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• pp.429-434
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• 2023

본 연구에서는 기존 배관 가스 누출 감지에 사용되던 음향방출 센서가 실시간 모니터링에 적용될 때 발생할 수 있는 문제들을 개선하기 위해, Macro-fiber composite (MFC) 트랜스듀서를 음향방출 센서로 사용하여 가스 누출 감지 시스템에 적용하였다. 적용 전 MFC의 구조를 최적화하기 위해 구조해석을 진행하여 제작하였고, 그 결과 MFC가 가지는 유연성으로 굴곡진 배관에 잘 밀착되어 AE 신호를 문제없이 수신할 수 있었다. AE 신호 분석 결과 고압 누출, 저압 누출 모두 파라미터 값 변화에 유의미한 결과를 보였으며, 특히, FFT 그래프의 파라미터에서 고압 누출의 경우 누출이 없는 경우 대비 120~626%의 변화량, 저압 누출의 경우 9~22%의 변화량을 보였다. 또한, 누출 발생 부위에서의 거리에 따라, 거리가 멀수록 이러한 파라미터 변화량이 줄어드는 경향을 보여, 추후 파라미터 변화량 감지를 통해 누출 감지가 가능할 뿐만 아니라, 변화량으로부터 누출 발생 위치를 파악할 수 있을 것으로 보인다.