• 한국자기학회:학술대회 개요집
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• 한국자기학회 2012년도 임시총회 및 하계학술연구발표회
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• pp.121-122
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• 2012

Iron-excess gallium ferrite, $Ga_{0.6}Fe_{1.4}O_3$ (GFO), is known to have room-temperature ferromagnetic phases and potentially exhibit ferroelectricity as well [1]. But, leaky polarization-electric field (PE) hysteresis curves of the GFO thin film are hurdle to prove its spontaneous polarization, in other words, ferroelecticity. One of the reasons that the GFO films have leaky PE hysteresis loop is carrier hopping between $Fe^{2+}$ and $Fe^{3+}$ sites due to oxygen deficiency. We focus on reducing conducting current by substituting divalent cations at $Fe^{2+}$ sites. GFO thin films were grown epitaxially along b-axis normal to $SrRuO_3/SrTiO_3$ (111) substrates by pulsed laser deposition. Current density of the ion-substituted GFO thin films was reduced by $10^3$ or more. Ferroelectric properties of the ion-substituted GFO thin films were measured using macroscopic and microscopic schemes. In particular, local ferroelectric properties of the GFO thin films were exhibited and their remnant polarization and piezoelectric d33 coefficient were obtained.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제26권9호
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• pp.1347-1356
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• 2022

본 연구에서는 소자의 크기에 따른 코발트-저마늄 박막 기반의 galvanic cell의 특성을 조사하고, 이를 물 접촉 감지에 활용하기 위한 아두이노 기반 사물인터넷 센서 네트워크에의 적용을 제시한다. 본 연구에서 제안하는 코발트 저마늄 박막 기반 galvanic cell은 기존의 압전, 열전 에너지 하베스팅 소자와 다르게, 소자의 손상을 줄 수 있는 기계적인 변형이나 온도 구배를 필요로 하지 않는다는 점에서, 자가발전 센서 네트워크를 구축하는데 있어 더욱 적합한 에너지 하베스팅 소자로 적합하다. 본 연구는 스퍼터링 방식으로 증착된 코발트-저마늄 박막 기반의 galvanic cell을 센서로 활용함으로써 향후 자가발전 센서 네트워크의 실현 가능성에 대해 논의함으로써 향후 연구, 개발될 발전된 형태의 센서 네트워크 구축에 기여할 것으로 기대된다.

• Journal of Ceramic Processing Research
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• 제13권spc2호
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• pp.341-345
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• 2012

[Li0.055(K0.5Na0.5)0.945](Nb1-xTax)O3 (0.05 ≤ x ≤ 0.25) ceramics were prepared by the partial sol-gel (PSG) method to improve the microstructure homogeneity of Ta5+ ion and were compared to those prepared by the conventional mixed oxide (CMO) method. For the PSG method, Ta(OC2H5)5 was directly reacted with calcined [Li0.055(K0.5Na0.5)0.945]NbO3 powders and the specimens sintered at 1100 ℃ for 5 hrs showed a single phase with a perovskite structure. Compared to the specimens prepared by conventional mixed oxide powders, the relative ratio of tetragonal phase to orthorhombic phase of the sintered specimens prepared by Ta(OC2H5)5 was larger than that of the sintered specimens prepared by Ta2O5. The electromechanical coupling factor (kp), piezoelectric constant (d33) and dielectric constant (εr) of the sintered specimens were increased with Ta5+ content. These results could be attributed to the decrease of the orthorhombic-tetragonal polymorphic phase transition temperature (To-t), which could be evaluated by oxygen octahedral distortion. Strain of the sintered specimens prepared by the PSG method was higher than that of specimens prepared by the CMO method due to the increase of relative density. The effects of crystal structure on the strain characteristics of the specimens were also discussed.

• 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.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제6권6호
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• pp.457-460
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• 2005

금속 알콕사이드의 가수분해법인 졸-겔 공정을 이용하여 일차로 $TiO_2$와 $ZrO_2$ 나노 입자를 합성하고 난 후 $TiO_2$ 나노입자와 PbO를 혼합하여 $PbTiO_3$의 나노 입자를 얻었다. 2차 공정으로 나노입자 크기의 $ZrO_2$와 혼합하여 최종적으로 $PbZrTiO_3(PZT)$ 분말을 합성하였다. 소결된 압전체의 결정상을 분석하기 위하여 X-선 회절분석을 시행하였으며, 소결전 합성분말의 모양과 크기를 투과전자현미경을 이용하여 관찰하였으며 $900^{\circ}C$의 저온에서 소결한 $PbZrTiO_3$시편의 미세조직을 관찰하기 위하여 주사전자현미경을 이용하였다. 합성된 입자들의 크기는 각각 $TiO_2$는 약 20 ${\~}$ 30nm, $ZrO_2$는 15${\~}$30nm이였으며, $900^{\circ}C$ 저온에서 소결한 PZT 시편의 SEM 관찰결과 평균 입경은 $2{\~}4{\mu}m$의 페로 브스카이트 결정으로 치밀한 조직을 나타내었으며, 우수한 압전 특성도 나타내었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.304-304
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• 2010

최근 생활에 편리하며 휴대하기 좋은 전자기기들이 개발되고 있다. 휴대폰이나 MP3와 같은 전자기기들은 거의 필수품이라고 할 정도로 우리의 일상생활에 근접하여 있다. 그 종 대표적으로 휴대폰의 종류로 스마트폰과 같은 터치스크린을 이용한 사례는 점차 상승하고 있으며 시간이 지날수록 그 수요는 더욱 많아지고 있다. 때문에 몰입감 제공을 위하여 햅틱장치의 채용이 일반화 되고 있다. 햅틱장치란 가상환경이나 원거리에 있는 환경과 사용자가 상호 작용할 때 사용자에게 촉감이나 힘의 정보를 전달하여 주는 장치로 진동 및 회동 저항에 의해 사용자로 하여금 촉감들 느낄 수 있도록 하는 장치를 뜻한다. 즉, 현실감을 전달을 중점으로 하는 햅틱장치는 빠른 응답 속도와, 진동의 주파수와 크기는 독립적으로 제어가 가능해야 하며 기계적 수용기들을 직접적으로 자극할 수 있어야 한다. 하지만 모바일 햅틱장치의 경우 크기 및 소비전력의 문제로 모든 스펙을 만족하기에는 어려워 좀 더 한정적인 느낌을 제공할 수 없다. 현재까지 모바일 장치에서 햅틱 피드백을 위하여 진동모터나, 솔레노이드, 압전 액츄에이터 등이 많이 사용되어 지고 있다. 그 중 압전 액츄에이터는 입력에너지를 기계적 출력에너지로 변환되는 효과를 이용 한 것으로 압력 센서, 초음파 센서 등 많은 분야에서 응용되고 있으며 변위 범위는 작지만, 크기가 매우 작고 변위 정밀도가 높으며 발생력과 응답속도가 빠르다는 장점이 존재한다. 이를 이용한 햅틱 압전 엑츄에이터의 제작에 사용되는 압전 세라믹스는 높은 전기적 특성을 가질수록 더 졸은 효율을 가지며 이로 인하여 보다 좋은 전기적 특성을 가지는 압전 세라믹스를 필요로 한다. 현재 많이 사용되는 PZT계 세라믹스는 우수한 전기적 특성으로 많이 사용되고 있지만 Pb의 유독성으로 인한 환경문제로 Pb가 포함된 제품을 제한하고 있어 현재 Lead-free의 연구가 이루어지고 있다. Lead-free중 Ba$(Ti_{0.8}Zr_{0.2})O_3$(BZT)는 PZT계 세라믹스를 대체할 차세대 압전 재료로 주목받고 있다. 일반적으로 Lead-free의 압전계수($d_{33}$=100~300pC/N)는 비교적 낮은 값을 보이지만 BZT의 압전계수(BZT $d_{33}$~620pC/N)는 PZT계 세라믹스의 압전계수($d_{33}$=500~600pC/N)와 비교하여 부족하지 않은 압전계수를 보여주며 PZT를 대체할 재료로 주목받고 있다. 본 실험은 햅틱 압전 엑츄에이터용 무연 압전세라믹스의 제작을 위하여 Ba$(Ti_{0.8}Zr_{0.2})O_3-(Ba_{0.7}Ca_{0.3})-TiO_3$(BZT -BCT)의 조성으로 유전 및 압전 특성을 조사하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.306-306
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• 2008

기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 에너지 변환소자인 압전 세라믹스는 액추에이터, 변압기, 초음파모터, 초음파 소자 및 각종 센서로 응용되고 있으며, 그 응용분야는 크게 증가하고 있다. 최근에는 이러한 압전 소자를 앞으로 도래하는 ubiquitous, 무선 모바일 시대의 휴대용 전자제품, robotics, MEMS 분야 등의 대체 에너지원으로 응용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 특히 인간의 걷기 운동 등과 같은 일상적인 동작으로 필요한 전력을 얻을 수 있고, 세라믹 소자를 이용하기 때문에 전자노이즈가 발생되지 않을 뿐 아니라 반영구적으로 사용할 수 가 있어서, 기존 이차전지를 대체 또는 보완 할 수 있는 방안도 검토되고 있다. PZT계 세라믹스는 높은 유전상수와 우수한 압전특성으로 전자세라믹스 분야에서 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 문제시 되고 있다. 또한 적층 세라믹스의 제작 시 구조적 특성상 내부전극이 도포된 상태에서 동시 소결이 필요한데, 융점이 낮은 Ag전극 대신 값비싼 Pd나 Pt가 다량 함유된 Ag/Pd, Ag/Pt 전극이 사용되고 있어 경제성이 떨어지는 단점을 갖게 된다. 순수 Ag 전극을 사용하거나 Ag의 비율이 높은 내부전극을 사용하기 위해서는 $900^{\circ}C$ 이하에서 소결되고 우수한 전기적 특성을 보이는 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 설계하고, 소걸온도를 낮추기 위해서 2 단계 하소법을 이용하였다. 또한 $MnCO_3$, $SiO_2$, $Pb_3O_4$ 등을 소량 첨가하여 액상 소결 특성을 부여하여 소결 온도를 감소시키려는 시도도 하였다. 분말을 볼 밀링 (ball milling)을 통해 24시간 동안 혼합하고, 혼합된 분말은 $800^{\circ}C$에서 2시간 동안 하소하였다. 하소한 분말을 다시 72시간 동안 볼 밀링 하여 최종 분말을 얻었다. 최종 분말에 PVB를 첨가하여 직경 15mm의 디스크 형태로 성형한 후, 850~$975^{\circ}C$ 범위에서 온도를 변화시키면서 소결을 하였다. 최종 분말 및 소결된 시편을 XRD분석을 통하여 상을 확인하였고, SEM을 이용하여 미세조직을 관찰 하였다. 전기적 특성을 평가하기 위하여 두께를 1mm로 연마한 시편에 Ag 전극을 도포하여 $650^{\circ}C$에서 열처리한 후, 분극처리 하였다. 압전특성은 $d_{33}$-meter로 측정하였고, impedance analyzer를 이용하여 압전 특성 (전기기계결합계수 및 기계적품질계수)을 측정 하였다. 또한 강유전체 특성 평가 장치 (Precision-LC)를 이용하여 분극-전계 특성을 평가하였다. 이상의 연구를 통하여 소결 온도가 $900^{\circ}C$인 경우에서도 양호한 압전 특성을 확보 할 수 있었다.

• 한국재료학회지
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• 제9권12호
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• pp.1263-1269
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• 1999

본 실험에서는 반사층(reflector)을 이용한 FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) 즉, SMR (Solidly Mounted Resonator) 제조에 필요한 재료들의 최적 증착 조건을 설정하여, 이를 바탕으로 제조한 SMR의 특성을 보여주었다. SMR은 상하부 전극층, 압전 박막층, 반사층, 기판으로 구성된다. 상하부 전극으로 알루미늄(Al) 금속 박막을 사용하였고 압전 박막층으로 산화아연(ZnO) 박막을 사용하였다. 실리콘(Si) 기판과 하부 전극 사이에 위치하는 반사층은 5층의 이산화규소 ($Si_2$)와 텅스텐(W) 박막으로 구성되었다. 상하부 전극은 dc 스퍼터링 방법으로 증착아였으며 반사층과 압전 박막층은 rf 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 최적 증착 조건에서 증착된 산화아연 (ZnO) 박막은 rocking curve에서 표준편차가 $2.17^{\circ}$의 우수한 c축 우선배향성, 비저항은 $10^4\;{\Omega}cm$이상, 막 표면 거칠기(rms roughness)는 10.6${\AA}$의 특성을 나타내었다. 최적 증착 조건에서 증착된 텅스텐(W)과 이산화규소($Si_2$) 박막의 특성은 박막 거칠기 (rms roughness)가 각각 16 ${\AA}$, 33 ${\AA}$을 나타내었다. 또한 증착된 알루미늄 금속 박막의 비저항은 $5.1{\times}10^{-6}\;{\Omega}cm$이었다. 반도체 기본 공정을 이용하여 면적 $250{\times}250\;{\mu}m^2$의 SMR 소자를 만들고, 네트웍 분석기로 SMR 소자의 공진 특성을 분석하였다. 공진특성은 1.244 GHz에서 직렬공진, 1.251 GHz에서 병렬공진을 나타내었다. SMR 소자의 공진특성에서 공진기의 Q값은 1200이었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권1호
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• pp.1-12
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• 2021

본 논문은 복합재 패널에서 압전 작동기를 사용하여 탄성파를 생성하고, 손상에서의 반사된 신호를 압전 감지기에서 탐지하여 손상위치를 추정할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 손상이 없는 신호와 손상이 있는 신호를 비교하여 손상신호를 추정하는 진단적 접근방법을 사용하였다. 신호 상관관계를 이용하여 탄성파의 군속도를 계산하고 압전기 위치정보를 이용하여 손상정보를 추출하였다. 하지만 탄성파의 비선형 특성으로 인해, 손상정보는 다양한 신호의 조합으로 구성되기 때문에, 손상위치를 명확히 구별하기 어렵다. 이에 본 논문에서는 손상에서 반사된 신호정보를 신호 도달거리의 면적으로 변환해서 손상의 중심위치를 찾는 누적함수 특성벡터 알고리즘(CSFV, cumulative summation feature vector)을 새롭게 제안하고, 특성벡터를 손상지수와의 곱으로 표현하는 가시화 기법을 적용하였다. 또한 복합재 패널에서 실험검증을 수행하고, 기존의 알고리즘과의 비교를 통해 제안된 알고리즘이 정확도 높게 손상위치를 검출할 수 있음을 보였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제25권3호
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• pp.207-219
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• 2021

Several additives are used to enhance the geotechnical properties (e.g., shear wave velocity, shear modulus) of soils to provide sustainable, economical and eco-friendly solutions in geotechnical and geo-environmental engineering. In this study, piezoelectric ring actuators are used to measure the shear wave velocity of unreinforced, fiber, cemented, and fiber reinforced cemented Toyoura sand. One dimensional oedometer tests are performed on medium dense specimens of Toyoura sand-cement-fiber-silica flour mixtures with different percentages of silica flour (0-42%), fiber and cement (e.g., 0-3%) additives. The experimental results indicate that behavior of the mixtures is significantly affected by the concentration of silica flour, fiber and cement additives. Results show that with the addition of 1-3% of PVA fibers, the shear wave velocity increases by only 1-3%. However, the addition of 1-4% of cement increases the shear wave velocity by 8-35%. 10.5-21% increase of silica flour reduces the shear wave velocity by 2-5% but adding 28-42% silica flour significantly reduces the shear wave velocity by 12-31%. In addition, the combined effect of cement and fibers was also found and with only 2% cement and 1% fiber, the shear wave velocity increase was found to be approximately 24% and with only 3% cement and 3% fibers this increased to 35%. The results from this study for the normalized shear modulus and normalized mean effective stress agree well with previous findings on pure Toyoura sand, Toyoura silty sand, fiber reinforced, fiber reinforced cemented Toyoura sand. Any variations are likely due to the difference in stress history (i.e., isotropic versus anisotropic consolidation) and the measurement method. In addition, these small discrepancies could be attributed to several other factors. The potential factors include the difference in specimen sizes, test devices, methods of analysis for the measurement of arrival time, the use of an appropriate Ko to convert the vertical stresses into mean effective stress, and sample preparation techniques. Lastly, it was investigated that there is a robust inverse relationship between α factor and 𝞫₀ exponent. It was found that less compressible soils exhibit higher 𝜶 factors and lower 𝞫₀ exponents.