• Composites Research
• /
• 제15권2호
• /
• pp.11-17
• /
• 2002

우수한 동적 감지특서을 갖는 압전필름센서는 구조 건전성 모니터링이나 평가와 같은 구조물과 재료의 변화를 분석하는데 사용될 수 있다. 압전필름센서의 이러한 특성을 이용하여 Gr/Ep 복합재 평판의 충격 손상개시를 모니터링하였다. 압전필름센서와 스트레인게이지를 Gr/Ep 복합재 평판에 부착하여 다양한 조건의 에너지에 대한 충격시험을 낙하식 충격 시험기를 사용하여 수행하였다. 충격시험을 수행하는 동안 영구압입, 기지균열, 층간분리와 같은 충격 손상개시를 예측하기 위하여 센서신호를 분석하였다. 충격에너지를 초기 손상이 발생할 수 있는 크기 이상으로 증가시키면 손상의 개시와 진전에 대한 정보를 포함하는 특정 센서 신호를 관찰할 수 있었다. 특히, 압전필름세서는 스트레인게이지 보다 충격 손상개시 및 진전에 대한 좋은 감지 특성을 보여주었다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
• /
• 한국소음진동공학회 2008년도 추계학술대회논문집
• /
• pp.71-81
• /
• 2008

This paper proposes a spectral element which can represent dynamic responses in high frequency domain such as Lamb waves on a thin plate. A two layer beam model under 2-D plane strain condition is introduced to simulate high-frequency dynamic responses induced by piezoelectric layer (PZT layer) bonded on a base plate. In the two layer beam model, a PZT layer is assumed to be rigidly bonded on a base beam. Mindlin-Herrmann and Timoshenko beam theories are employed to represent the first symmetric and anti-symmetric Lamb wave modes on a base plate, respectively. The Bernoulli beam theory and 1-D linear piezoelectricity are used to model the electro-mechanical behavior of a PZT layer. The equations of motions of a two layer beam model are derived through Hamilton's principle. The necessary boundary conditions associated with electro mechanical properties of a PZT layer are formulated in the context of dual functions of a PZT layer as an actuator and a sensor. General spectral shape functions of response field and the associated boundary conditions are formulated through equations of motions converted into frequency domain. A detailed spectrum element formulation for composing the dynamic stiffness matrix of a two layer beam model is presented as well. The validity of the proposed spectral element is demonstrated through comparison results with the conventional 2-D FEM and the previously developed spectral elements.

• 비파괴검사학회지
• /
• 제29권2호
• /
• pp.93-97
• /
• 2009

자기변형 탐촉자는 유도초음파를 적용한 장거리 배관 검사 시에 유용하게 사용되는데 특히 그 신호패턴이 배열형 압전탐촉자를 사용한 유도초음파 신호보다 깨끗하고 단순하기 때문에 단일 결함에 의한 신호패턴을 해석할 수 있을 뿐만 아니라 결함 신호의 진행 상황을 분석함으로써 배관의 구조 건전성 감시(structural health monitoring)에도 사용되고 있다. 그러나 실제 현장 검사에서는 유도초음파의 방향성신호, 잔향효과, 모드변환, 구조물 등에 의한 의사 신호 또는 거짓 신호가 나타나기 때문에 결함 평가 시에 주의를 요한다. 본 연구에서는 실제 상황을 모의한 장거리배관 mock-up에서 발생하는 모드변환 신호를 실험적으로 검증하고 해석하였다. 자기변형 스트립 탐촉자에서 발생한 비틀림진동 T(0,1) 모드와 휨진동 F(1,3) 모드 또는 종진동 L(0,2) 모드 간에 모드변환이 발생함을 확인하였고 이러한 모드변환이 발생하는 원인을 스트립 탐촉자 및 검사대상체의 전자기적 재료 특성 및 구조 측면에서 해석하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2004년도 하계학술대회 논문집 Vol.5 No.2
• /
• pp.615-618
• /
• 2004

The piezoelectricity and polarization of multilayer ceramic actuators, being designed to stack ceramic layer and electrode layer alternately, were investigated under a consideration of geometry, the thickness ratio of the ceramic layer to electrode layer The actuators were fabricated by tape-casting of $0.42PbTiO_3-0.38PbZrO_3-0.2Pb(Mn_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ followed by laminating, burn-out and co-firing process. The actuators of $5\times5mm^2$ in area were formed in a way that $60{\sim}200{\mu}m$ thick ceramics were stacked 10 times alternately with $5{\mu}m$ thick electrode. Increase in polarization and electric field-displacement with increasing thickness ratio of the ceramic/electrode layer and thickness/cross section ratio were attributed to the change of $non-180^{\circ}/180^{\circ}$ domain ratio which was affected by the interlayer internal stress and Poisson ratio of ceramic layer. The piezoelectricity and actuation behaviors were found to be dependent upon the volume ratio (or thickness ratio) of ceramic layer relative to ceramic layer. Concerning with the existence of internal stress, the field-induced polarization and deformation were described in the multilayer actuator.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
• /
• pp.301-301
• /
• 2010

현재 전 세계는 앞으로 사용 될 대체 에너지에 많은 관심 가지고 있다. 지금 사용하고 있는 에너지 연료는 한정되어 있기 때문에 대체에너지에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 그 중 압전체를 이용한 에너지 하베스팅은 많은 주목을 받고 있다. 주변 환경에서 필요한 에너지를 끌어 쓸 수 있는 대표적인 청정에너지 시스템 중 하나이기 때문이다. 최근 전원 공급원으로써 에너지 수확 시스템은 현 사회에 사용되고 있는 배터리로 전원을 사용하는 제품들을 소용량과 저전압 분야에서의 에너지 수확의 원리를 이용하여 전기전자제품의 사용시간 연장 및 응용분야 확대를 시도하는 연구가 활발히 수행되고 있다. 압전세라믹스를 이용한 에너지 하베스팅은 진동에너지를 전기에너지로 변환하는 것으로서 압전 특성이 높아야 한다. 일반적으로 압전 세라믹스는 PbO 성분이 들어가므로 환경적 오염 뿐만 아니라 인체에도 영향이 좋지 않으므로 많은 나라에서 이러한 성분을 제한하고 점차적으로 줄어들고 있는 시점에서 PbO를 사용하지 않고 Lead-Free 세라믹를 사용한 연구가 진행되고 있다. 이 논문에서는 일반적인 소결 방법을 이용하여 (Na,K)NbO3 세라믹에 CeO2를 첨가한 압전 세라믹을 제작하였다. 제작된 압전 세라믹스로 에너지 하베스팅 소자를 제작하고, 이 소자로 수확된 에너지로 DC-DC Converter 응용 특성에 대하서 연구하였다. 압전 세라믹스의 좋은 압전 특성을 출력하기 위하여 캔틸레버의 고유 진동수가 진동원의 주파수와 일치하는 공진을 일으켜야 한다. 따라서 구동회로는 주파수원을 찾아 설계하였고, 압전 세라믹스의 진동은 가진기를 이용하여 구동실험을 하였다. 지금까지 나와있던 에너지 하베스팅 회로와 비교하여 그 특성을 분석하고, 시뮬레이션 및 실험을 통하여 검증하였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제36권5호
• /
• pp.539-543
• /
• 2012

셀룰로오스 EAPap 작동기는 생체 모방형 작동기의 하나로 생체적합하고 가볍고 비교적 낮은 전압에서도 큰 변위를 발생시킨다는 장점을 가지고 있다. 셀룰로오스를 재생하면서 셀룰로오스 파이버를 배열함으로써 압전 종이를 만들었다. 한편 셀룰로오스에 탄소나노튜브, 산화금속 나노분말, 전도성 고분자, 이온성 유체등을 물리적, 화학적으로 결합시켜 다양한 하이브리드 나노복합재를 만들었다. 본 논문에서는 셀룰로오스 EAPap 의 제조공정 및 이를 응용한 바이오센서, 화학센서, 유연트랜지스터, 그리고 작동기의 응용 디바이스에 대해 소개한다. 또한 셀룰로오스 EAPap 을 무선으로 구동하는 기술에 대해 소개한다. 이는 생체모방로봇, 정찰 등에 활용될 수 있다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제34권7호
• /
• pp.867-872
• /
• 2010

자연계에 존재하지만 사용되지 못 하고 버려지는 에너지를 효과적으로 채집하여 배터리를 충전하거나 전기 장치에 전기 에너지를 공급하는 에너지 하베스팅에 대한 연구를 수행하였다. 압전재료는 물체의 움직임이나 진동으로부터 에너지를 채집하는 주요한 재료로 널리 연구되고 있다. 본 논문에서는 기존의 PZT 압전 특성을 개량하고자 압전-복합재료 발전소자(Piezo-Composite Generating Element, 이하 PCGE)를 도입하여 성능 예측모델을 제안하고 이를 실험적으로 검증하였다. PCGE는 탄소/에폭시, PZT, 유리/에폭시 층으로 구성된다. 제작 과정에서 적층된 PCGE는 오토클레이브 안에서 $177^{\circ}C$의 온도에서 성형되는데, 이때 PCGE 내부에 초기잔류응력이 발생하게 되어 압전재료의 성능이 변화하게 된다. 세 종류의 PCGE를 제작한 후 에너지 채집 실험을 수행하여 제안된 성능 예측모델의 타당성과 기계적 진동을 전기적 에너지로 변환되는 성능을 검증하였다. 실험 결과 이론적인 성능 예측모델이 실험 결과와 잘 일치함을 확인하였다.

• 센서학회지
• /
• 제12권6호
• /
• pp.265-272
• /
• 2003

본 논문은 파이렉스 #7740 유리 박막을 이용한 MEMS용 MLCA (Multi Layer Ceramic Actuator)와 Si기판의 양극접합 특성에 관한 것이다. 최적의 RF 마그네트론 스피터링 조건 (Ar 100%, input power $1\;W/cm^2$)하에서 MLCA기판위에 파이렉스 #7740 유리의 특성을 갖는 박막을 증착하였다. $450^{\circ}C$에서 1시간 열처리한 다음, -760 mmHg, 600V 그리고 $400^{\circ}C$에서 1시간동안 양극접합했다. 그 다음에 Si 다이어프램을 제조한 후, MLCA/Si 접합계면과 MLCA 구동을 통한 Si 다이어프램 변위특성을 분석 및 평가하였다. 다이어프램 형상에 따라 정밀한 변위 세어가 가능했으며 0.05-0.08 %FS의 우수한 선형성을 나타내었다. 또한, 측정동안 접합계면 균열이나 계면분리가 일어나지 않았다. 따라서, MLCA/Si기판 양각접합기술은 고성능 압전 MEMS 소자 제작공정에 유용하게 사용가능할 것이다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
• /
• 제18권1호
• /
• pp.7-12
• /
• 2017

This work takes place in the context of the development of a transport phenomena simulation based on group III nitrides. Gallium and boron nitrides (GaN and BN) are both materials with interesting physical properties; they have a direct band gap and are relatively large compared to other semiconductors. The main objective of this paper is to study the effect of boron content on the electron transport of the ternary compound $B_xGa_{(1-x)}N$ and the effect of the temperature of this alloy at x=50% boron percentage, specifically the piezoelectric, acoustic, and polar optical scatterings as a function of the energy, and the electron energy and drift velocity versus the applied electric field for different boron compositions ($B_xGa_{(1-x)}N$), at various temperatures for $B_{0.5}Ga_{0.5}N$. Monte carlo simulation, was employed and the three valleys of the conduction band (${\Gamma}$, L, X) were considered to be non-parabolic. We focus on the interactions that do not significantly affect the behavior of the electron. Nevertheless, they are introduced to obtain a quantitative description of the electronic dynamics. We find that the form of the velocity-field characteristic changes substantially when the temperature is increased, and a remarkable effect is observed from the boron content in $B_xGa_{(1-x)}N$ alloy and the applied field on the dynamics of holders within the lattice as a result of interaction mechanisms.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2005년도 추계학술대회 논문집 Vol.18
• /
• pp.171-172
• /
• 2005

PSNZT계 압전 세라믹스는 압전 특성을 개량하고, 여러 가지 응용 분야의 요구를 만족할 특성을 얻기 위해 Mn을 포함하는 첨가물에 관한 연구를 하였다. Mn을 포함하는 산화물은 기계적 품질계수($Q_m$)를 높이는 강화제로 널리 활용되고 있으며, $Mn^{4+}$를 갖는 $MnO_2$가 가장 많이 사용되고 있다. 산화물에서 Mn 전자가는 여러 상태 인데, 이런 전자가의 변화가 압전 특성에 미치는 영향을 조사하였다. Mn 전자가에 따라서 소결체의 미세구조는 $MnCO_3$와 $Mn_3O_4$경우 입자크기가 10${\mu}m$정도였으며, $Mn_2O_3$와 $MnO_2$의 입자크기는 $1\sim5{\mu}m$정도로 불규칙하였다. 전반적으로 소결체는 밀도가 $7.75g/cm^2$이상이었고, 치밀하였다. $MnCO_3$경우 전기기계 결합계수는 56%이고, $MnO_2$경우 기계적 품질계수는 2000이상이었다.