• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제28권3호
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• pp.53-59
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• 2008

This paper reports an experimental investigation to design a tree-shaped wind power system using piezo-electric materials. The proposed system is to produce power if wind is strong enough to produce any bending motions in the energy converting elements, i.e., piezo-electric materials. Two different kinds of piezoelectric materials are used in the present study to produce power by scavenging energy from the wind. The soft flexible one made the leaf element while the hard one was applied to the trunk portion of the tree requiring rather strong winds to generate any power. Although small, each leaf deems to play the role of a power producer and currents are continuously trickling down to the storage battery installed at the bottom of the system.

• 한국재료학회지
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• 제17권5호
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• pp.289-292
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• 2007

Although piezoelectric bimorph that is using as the sensor in medical and industrial measurement has large displacement, it has problems including efficiency in generating force, energy convergence, and response. Its application is being limited based on the change in resonance frequency with temperature. In this study, to overcome the disadvantages, PZT piezoelectric ceramics was prepared and produced a parallel type piezoelectric bimorphs. In addition, by using the finite element method. the configuration of piezoelectric bimorph was designed and the displacement of the bimorph based on applied electric pressure and the wave pattern were measured. By analyzing the resonance characteristics of the bimorph in the temperature range of $-60{\sim}80^{\circ}C$, an attempt was made to study the operational characteristics and temperature reliability of vortex flowmeter sensor. As a result, the resonance frequency of the bimorph was gradually increased with the temperature from $-60{\sim}80^{\circ}C$. The deflection of the bimorph was found to strongly depend on both the applied electric field waveform and the environmental temperature.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제16권1호
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• pp.39-43
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• 2009

CCFL 구동용 인버터 모듈 개발을 위해, 내부전극 층수에 따른 Rosen-type 적층형 압전변압기를 제작하였으며, 내부전극 층수에 따른 출력 및 효율을 분석하였다. 압전변압기용 원료로는 PZT계 상용원료를 사용하였으며 구동회로는 Half-bridge 방식을 적용하여 압전인버터 모듈을 제작하였다 제작된 압전인버터 모듈의 입력전압은 12.5 V이고 스위칭 주파수는 104.3 KHz로서 압전인버터 구동시 약 100배의 승압비를 얻었으며, 효율은 87%이다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2000년도 추계학술대회 논문집
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• pp.188-191
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• 2000

The properties of piezoelectric and dielectric for 0.05Pb(Mn$\_$0.4/W$\_$0.2/Nb$\_$0.4/)O$_3$ - 0.95PbZr$\_$x/Ti$\_$1-x/O$_3$ compositions have been investigated. In the composition of 0.05Pb(Mn$\_$0.4/W$\_$0.2/Nb$\_$0.4/)O$_3$ - 0.95PbZr$\_$0.51/Ti$\_$0.49/O$_3$, the values of k$\_$p/ and $\varepsilon$$\_$33/$\^$T// $\varepsilon$$\_$0/ are maximized, but Q$\_$m/ was minimized (k$\_$p/=56.5[%], Q$\_$m/=1130, d$\_$33/=258[pC/N], $\varepsilon$$\_$33/$\^$T// $\varepsilon$$\_$0/=1170). The grain size was suppressed and the uniformity of grain was improved at the 1100[˚C]. Also, we can see the dielectric constants variations between the before poling and after poling. This effect results from the effect(increase element of dielectric constants) between dipole switching and electrostriction inducing stress and dipole direction to the poling orientation(decrease element of dielectric constants). At x=0.51, we can find MPB(morphotropic phase boundary).

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.306-306
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• 2010

21 세기는 언제, 어디에서, 누구나가 정보를 자유롭게 염가에 이용할 수 있는 유비쿼터스 정보사회가 될 것으로 예상하고 있다. 이러한 유비쿼터스 사회가 실현되기 위해서는 필연적으로 대두되고 있는 과제가 에너지 공급원의 문제이다. 휴대용 전자제품이나 소형 에너지 공급원으로 지금까지 주로 전지가 사용되어 왔지만 이것들은 교환 및 충전이 불가피하다. 이러한 불편함을 개선하기위해 교환과 충전이 불필요하거나 아주 장시간동안 공급해주는 형태의 에너지 공급원의 필요성이 대두되고 있다. 이러한 에너지 공급원으로 최근에 많은 연구가 되고 있는 것이 주위의 환경으로부터 버려지는 에너지를 수확(harvesting)하여 전력으로 변환하는 에너지 하베스팅 (energy harvesting)기술이 연구 개발되고 있다. 에너지 하베스팅 응용을 위해서 사용되어지는 압전 세라믹스는 전압출력계수 ($g_{33}$)가 커야하는데 이것은 압전상수 ($d_{33}$)와 유전상수 (${\varepsilon}_{\tau}$)의 값에 영향을 받는 것으로 알려져있다. 그 중에서 우수한 전기적 특성 때문에 PZT를 기반으로 하는 압전 세라믹스가 사용되어져왔다. 그러나 Pb의 높은 유독성과 Pb를 포함하는 제품들의 처분문제들로 인해 제조에 관한 많은 문제점들을 지니고있다. 그리하여, Pb를 포함하지 않는 Pb-free계에 관한 연구가 전세계적으로 활발히 진행되고 있다. 다양한 Pb-free계 후보자들 가운데 $K_{0.5}Na_{0.5}NbO_3$ (KNN)는 높은 큐리온도와 좋은 강유전 특성 및 압전특성 때문에 PZT를 대체할 가장 장래성있는 대안들 중의 하나로 고려되고 있다. 그러나 고온에서 알칼라인 원소들의 높은 휘발성 때문에 보통의 소결공정으로는 소결이 잘되고 치밀한 세라믹스를 얻기가 어렵다. 많은 연구에서 KNN 세라믹스의 소결성을 개선하기 위하여 강유전 또는 반강유전체인 $SrTiP_3$와 $LiTaO_3$를 고용체 형성에 포함시키고 또한 $K_4CuNb_8O_{23}$, $MnO_2$, CuO등과 같은 소결조제를 첨가하여 압전 특성과 소결성을 개선시켰다. 따라서 본 연구에서는 비화학양론적 (1-X)[$[(K_{0.5}Na_{0.5}]_{0.97}(Nb_{0.96}Sb_{0.04})O_3]$ + 0.008CuO + 0.2wt% $Ag_2O$ + X $CeMnO_3$의 조성을 사용하여 A사이트와 B 사이트에 각각 Ce이온과 Mn 이온의 치환량을 변화하여 그에 따른 유전 및 압전특성을 조사하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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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.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.295-295
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• 2007

기계적 에너지를 전기적 에너지로 변화하는 에너지 변환소자인 압전 세라믹스는 액츄에이터, 변압기, 초음파모터, 초음파 소자 및 각종 센서로 응용되고 있으며, 그 응용분야는 크게 증가하고 있다. 최근 이러한 에너지 변화 소자는 앞으로 도래하는 ubiquitous, 무선 모바일 시대의 휴대용 전자제품, robotics, 항공우주, 자동차, 의료, 건축, MEMS 분야 등의 대체 에너지원으로 응용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 특히 인간의 동작 등과 같은 일상적인 동작으로 필요한 전력을 얻을 수 있고, 세라믹 소자를 이용하기 때문에 전자노이즈가 발생되지 않을 뿐 아니라 반영구적으로 사용할 수가 있어서, 기존 이차전지, 연료전지를 대체 또는 보완 할 수 있는 방안도 검토되고 있다. PZT계 세라믹스는 높은 유전상수와 압전특성으로 전자세라믹스분야에서 가장 널리 사용되어지고 있지만 $1200^{\circ}C$이상의 높은 소결온도 때문에 $1000^{\circ}C$ 부근에서 급격히 휘발되는 PbO로 인한 환경오염과 기본조성의 변화로 인한 압전 특성의 저하가 문제시되고 있다. 또한, 적층 세라믹스의 제작 시 구조적 특성상 내부 전극이 도포된 상태에서 동시 소결이 필요한데, 융점이 낮은 Ag전극 대신 값비싼 Pd나 Pt가 다량 함유된 Ag/Pd, Ag/Pt 전극이 사용되고 있어 경제적인 문제가 발생하게 된다. 따라서 순수 Ag 전극을 사용하거나, Ag의 비율이 높은 내부 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 소결되는 압전 세라믹스를 개발 하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 압전특성이 우수한 $(Pb_{1-x}Cd_x)\;[(Ni_{1/3}/Nb_{2/3})_{0.25}Zr_{0.35}Ti_{0.4}]O_3$계의 조성을 설계하여, 소결온도를 낮추기 위해서 2단계 하소법을 이용하였다. 분말을 ball milling을 통해 24시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말은 $800^{\circ}C$에서 2시간 동안 하소하였다. 하소한 분말을 72시간 동안 ball milling 하여 최종 분말을 얻었다. 최종 분말에 PVB를 첨가하여 ${\Phi}21$ disk 형태로 성형한 후, $800{\sim}950^{\circ}C$ 소결을 하였다. 최종 분말 및 소결된 시편을 XRD분석을 통하여 상을 확인하였고, SEM을 이용하여 미세조직을 관찰하였다. 전기적 특성을 확인하기 위하여 두께 1mm로 연마한 시편에 Ag 전극을 도포하여 열처리한 후, 분극 처리하였다. 압전특성은 $d_{33}$ 미터로 측정하였고, impedance analyzer를 이용하여 주파수 및 impedance 특성을 측정하였다. 그 결과 $900^{\circ}C$에서 우수한 압전 특성 및 전기적 특성을 확보 할 수 있었다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제6권5호
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• pp.202-209
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• 2005

Phase evolution, microstructure and the electrical properties such as $k_p$ and $Q_m$ of $Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3[PMN]-Pb(Mn_{1/3}Nb_{2/3})O3[PM'N]-PbZrO_3[PZ]-PbTiO_3[PT]$ quaternary system were investigated within the compositional ranges $0{\leq}y{\leq}0.125$, y+z=0.125, and $0.39{\leq}x{\leq}0.54$ of the formula $Pb_{0.97}Sr_{0.03}[Mg_{1/3}Nb_{2/3})_y\;(Mn_{1/3}Nb_{2/3})_z\;(Zr_{x}Ti_{1-x})_{1-(y+z)}]O_3$. In the case of increasing Mn/(Mg+Mn) ratio for a fixed Zr/Ti ratio of 47.5/52.5, phase relation remained unchanged but the grain size drastically decreased, and the electrical properties changed as following: both $k_P$ and $Q_m$ reached the peak values at $Mn/(Mg+Mn)\cong0.3l7$ and gradually decreased; $\varepsilon33^T$ showed a monotonic decrease; P-E hysteresis loop gradually changed to asymmetrical one, and $E_i$ increased in correspondence. With increasing Zr/Ti ratio for a fixed Mn/(Mg+Mn) ratio of 0.317, on the contrary, the cell parameter $(\alpha^2c)^{1/3}$ gradually increased, and tetragonal-rhombohedral morphotropic phase boundary appeared in the range of $51/49{\leq}Zr/Ti{\leq}54/46$. the meantime, the grain size substantially increased, and the electrical properties changed as following: $k_P$ and $\varepsilon33^T$ reached peak values at Zr/Ti=51/49 and 48/52, respectively, and then gradually decreased; change of $Q_m$ was adverse to $k_P$; both $E_C\;and\;E_i$ considerably decreased while $P_S$ moderately increased. For the system 0.125(PMN+PM'N)-0.875PZT studied, the composition Mn/(Mg+Mn)=0.3l7 and Zr/Ti=51/49 revealed some promising electrical properties for piezoelectric transformer application such as $k_P=0.58,\;Q_m\cong1000$, and $\varepsilon^T_{33}=970$, as well as dense and fine-grained microstructure.

• 대한전기학회논문지:전기물성ㆍ응용부문C
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• 제49권5호
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• pp.259-264
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• 2000

In this paper, the characteristics of piezoelectric transformer is studied for driving CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp). In order to investigate the effects of geometrical dimensions, λvibration-mode type piezoelectric transformers with different sizes in the length(l), width$(\omega)$ and thickness(t) are made of ceramics with PZT-PMWS compositions. The increases in temperature and aging effect are also measured in the transformer of PT-3 sample under the condition of operation continuously for 10 hrs. As the results of dimensional effects, the output power and voltage step-up ratio are largely affected by the ratio of length to thickness(l/t) rather than that of length to $width(l/\omega)$. The output power and step-up ratio are increased with increasing l/t. On case of PT-3, the output voltages are 510[Vrms] at 36[Vrms] in input voltage, $100[k\Omega]$ in load resistance. Temperature increases and variation of output voltages are $10[^{\circ}C]$ and less than 5[%], respectively.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제14권6호
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• pp.455-459
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• 2001

In this paper, the dielectric and pizoelectric properties of 0.05Pb(M $n_{04}$ $W_{0.2}$N $b_{0.4}$) $O_3$-0.95(PbZ $r_{x}$ $Ti_{1-x}$ ) $O_3$+yN $b_2$ $O_{5}$ , are investigated as a function of the mole ratio of Zr and the amount of N $b_2$ $O_{5}$ . Also, the phase is analyzed by XRD. When the mole ratio of Zr is 0.51, the electromechanical coupling coefficient( $k_{p}$ ), relative dielectric constant ($\varepsilon$$^{T}$ $_{33}$ /$\varepsilon$$_{0}$ ), piezoelectric stain constrain ( $d_{33}$ and dielectric loss tangent show maximum, while the mechanical quality factor shows minimum value ; $k_{p}$ =56.5%, $d_{33}$ =258pC/N, $\varepsilon$$^{T}$ $_{33}$ /$\varepsilon$$_{0}$ =1170, $Q_{m}$ =1150, tan$\delta$=0.51%. At that composition, MPB which rhombohedral and tetragonal phase coexist in this ternary system is shown by the results of XRD analysis. Also, when the amount of N $b_2$ $O_{5}$ is 0.3wt%, the mechanical quality factor is increased to about 2000. The phase transition temperature of the ternary piezoelectric ceramic system showed about 35$0^{\circ}C$.TEX>.>.>.