본 논문에서는 졸-침투와 직접-패턴 공정을 이용하여 향상된 압전 후막의 전기적 특성과 우수한 패터닝 특성을 동시에 만족할 수 있는 제작 방법을 제시한다. 저온(< $850^{\circ}C$) 공정 후 후막의 고밀도 및 직접-패턴의 목적을 달성하기 위해서, 감광성 티탄산 지르콘산 연 ($Pb(Zr,Ti)O_3$, PZT) 졸을 스크린인쇄된 PZT 후막 내부로 침투시켰다. 직접-패턴된 PZT막은 포토크롬마스크와 UV 조사에 의해서 일정한 간격으로 인쇄된 후막 위에 성공적으로 형성되었다. 스크린인쇄된 후막은 분말형태의 기공성 구조를 갖고 있어 조사된 UV빛이 산란되기 때문에, 감광성 졸-침투 공정을 할 때 PZT 후막의 특성을 증가시키기 위한 공정의 최적화가 필요하다. 침투된 감광성 PZT 졸의 농도, 조사된 UV 시간 및 용매 현상 시간을 최적화한 결과, 0.35 M의 PZT 농도, 4 분의 UV 조사시간과 15 초의 용매 현상시간으로 졸-침투된 PZT 후막은 $800^{\circ}C$ 소결 온도에서 입자들의 성장에 의해 치밀화 정도가 증가되었다. 또한 PZT후막의 강유전 특성(잔류분극 및 항복 전압)도 향상되었다. 특히 잔류분극값은 스크린인쇄된 후막보다 약 4배정도 증가되었다. 이렇게 제작된 후막은 어레이타입의 압전형 마이크로미터크기의 센서 및 액츄에이터 등에 응용 가능성을 제시할 수 있었다.
Recently, low temperature co-fired ceramic (LTCC) technology has gained a remarkable application potential in sensors, actuators and micro systems fields because of its very good electrical and mechanical properties, high reliability and stability as well as possibility of making 3D micro structures. In this study, we investigated the effects of annealing treatment on the electrical properties of $Pb(ZrTi)O_3$ (PZT) thin films deposited on LTCC substrate. PZT thin films were deposited on Au / LTCC substrates by RF magnetron sputtering method. Then, the change of the crystallization of the films were investigated under various annealing temperatures and times. The results showed that the crystallization of the films were enhanced as increasing annealing temperatures. The film, annealed at $700^{\circ}C$, 3min, was well crystallized in the perovskite structure.
가진력의 영향을 평가하기 위해 이용되는 압전소자와 물체의 변형량을 분석하기 위해 사용되는 광섬유 센서와 변형 게이지는 각종 시험과 실험에 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 케이블 시스템에서 발생한 손상을 검토하기 위해 압전소자와 광섬유센서를 이용하였다. 케이블 시스템은 압축이나 휨이 발생하지 않고 막구조에서 단지 인장력을 분담한다. 그러나 기존의 안전진단법을 이용하여 케이블 시스템의 손상을 판단하는 것은 전체구조의 특이한 구조거동 등으로 검토하기 어렵다. 인장부재에서 케이블의 풀림과 할렬이 발생하면 진동을 유발하기 때문에 압전소자를 케이블의 손상을 검토하기 위해 이용하였으며, 이를 광섬유 센서를 이용한 실험의 결과와 비교하였다. 본 연구는 인장응력 하에 케이블 시스템의 손상을 검토하는 방법을 제안하기 위한 실험적 연구이다.
Ultrasonic sensor is suitable as a next-generation autonomous driving assist device because its lower price compared to that of other sensors and its sensing stability in the external environment. Although Pb(Zr, Ti)O3 (PZT)-relaxor ferroelectric system has excellent piezoelectric properties, the change in capacitance is large in the daily operating temperature range due to the low phase transition temperature. Recently, many studies have been conducted to improve the temperature stability of ferroelectric ceramics by controlling the grain size and crystal structure, so it is necessary to study the effect of the grain size on the piezoelectric properties and the temperature stability of PZT-relaxor ferroelectric system. In this study, the piezoelectric properties, phase transition temperature, and temperature coefficient of capacitance (TCC) of 0.9 Pb(Zr1-xTix)O3-0.1 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 (PZTx-PZN) ceramics with various grain sizes were investigated. PZTx-PZN ceramics with larger grain size showed higher piezoelectric properties and temperature stability, and are expected to be suitable for ultrasonic devices in the future.
Recently, low temperature co-fired ceramic (LTCC) technology is widely used in sensors, actuators and microsystem fields because of its very good electrical and mechanical properties, high stability as well as possibility of making 3D micro structures. In this study, we investigated the effects of on $O_2$ annealing treatment on the electrical properties of Pb(ZrTi)$O_3$ (PZT) thin films deposited on LTCC substrate. The LTCC substrates with thickness of $400\;{\mu}m$ were fabricated by laminating 4 green tapes which consist of alumina and glass particle in an organic binder. The PZT thin films were deposited on Au / LTCC substrates by RF magnetron sputtering method. The change of the crystallization of the films were investigated under various atmosphere. The structural variation of the films were analyzed by using X-Ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FESEM) and secondary ion mass spectrometry (SIMS).
Currently, piezoelectric ceramics are being applied in various fields, such as ultrasonic sensors, vibration devices, sound filters, and various energy conversion devices. Flexible piezoelectric ceramics are widely studied in an effort to mitigate the disadvantages of their brittle and inductile properties. Structural damage to piezoelectric fibers is much less than that to thin films when piezoelectric fibers are twisted or bent. Therefore, stretchable devices can be fabricated if piezoelectric fibers are obtained using an elongated substrate. In this study, sintering processes of PZT ($Pb(Zr_{0.53}Ti_{0.47})O_3$) fibers prepared by electrospinning were optimized through the TGA and XRD analyses. The crystal structure and microstructure of the piezoelectric fibers were investigated by XRD, FE-SEM and TEM.
The effect of $MnO_{2}$ as a sintering additive on the microstructures and the piezoelectric properties, especially mechanical quality factor, of 0.05 Pb$(Sb_{0.5}Nb_{0.5})O_{3}$-0.95 Pb$(Zr_{0.52}Ti_{0.48})O_{3}$ (PSN-PZT) piezoelectric ceramics was investigated. The samples were sintered at $1250^{\circ}C$ for 2 h. The crystal structure and surface morphology of the sample were examined using XRD and FE-SEM, respectively. A study on the influence of $MnO_{2}$ additives on the dielectric and piezoelectric properties showed that the $MnO_{2}$-added PSN-PZT system exhibited a high mechanical quality factor and well-situated piezoelectric properties. The optimized results of $d_{33}$ (319 pC/N), $k_{p}$ (55 %), and $Q_{m}$ (751.24) were obtained at 0.2 wt% $MnO_{2}$ added PSN-PZT piezoelectrics.
The effect of $CeO_2$ as a sintering additive on the microstructure and the piezoelectric property of yPb$(Sb_{0.5}Nb_{0.5})O_3$-(1-y)Pb$(Zr_{0.52}Ti_{0.48})O_3$ ($0{\leq}y{\leq}0.1$, PSN-PZT) for a hypersonic sound speaker (HSS) application was investigated. The samples were sintered at $1250^{\circ}C$ for 2 h. The crystal structure and surface morphology of the samples were examined using XRD and FE-SEM, respectively. Study on the influence of $CeO_2$ additives on the dielectric and piezoelectric properties indicated that the $CeO_2$-added PSN-PZT system had a high piezoelectric properties. The optimized results of ${\varepsilon}_r=1209$, $K_p$=52% $d_{33}$=351(pC/N) and $Q_m$=1230.16 were obtained at 0.4 wt.% $CeO_2$-added PSN-PZT.
Karayannis, Chris G.;Voutetaki, Maristella E.;Chalioris, Constantin E.;Providakis, Costas P.;Angeli, Georgia M.
Smart Structures and Systems
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제15권4호
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pp.997-1018
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2015
Structural health monitoring along with damage detection and assessment of its severity level in non-accessible reinforced concrete members using piezoelectric materials becomes essential since engineers often face the problem of detecting hidden damage. In this study, the potential of the detection of flexural damage state in the lower part of the mid-span area of a simply supported reinforced concrete beam using piezoelectric sensors is analytically investigated. Two common severity levels of flexural damage are examined: (i) cracking of concrete that extends from the external lower fiber of concrete up to the steel reinforcement and (ii) yielding of reinforcing bars that occurs for higher levels of bending moment and after the flexural cracking. The purpose of this investigation is to apply finite element modeling using admittance based signature data to analyze its accuracy and to check the potential use of this technique to monitor structural damage in real-time. It has been indicated that damage detection capability greatly depends on the frequency selection rather than on the level of the harmonic excitation loading. This way, the excitation loading sequence can have a level low enough that the technique may be considered as applicable and effective for real structures. Further, it is concluded that the closest applied piezoelectric sensor to the flexural damage demonstrates higher overall sensitivity to structural damage in the entire frequency band for both damage states with respect to the other used sensors. However, the observed sensitivity of the other sensors becomes comparatively high in the peak values of the root mean square deviation index.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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