• 한국재료학회지
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• 제34권8호
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• pp.377-386
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• 2024

The surface of titanium (Ti) dental implants was modified by applying a zinc (Zn)-doped titanium dioxide (TiO₂) coating. Initially, the Ti surfaces were etched with NaOH, followed by a hydrolysis co-condensation using tetrabutyl titanate (TBT, Ti(OC₄H₉)₄) and zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO₃)₂·6H₂O), with ammonia water (NH₃·H₂O) acting as a hydroxide anion source. The morphology and chemical composition of the Zn-doped TiO₂-coated Ti plates were characterized using X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman spectroscopy, and scanning electron microscopy (SEM). Synthesis temperatures were carefully adjusted to produce anatase Zn-doped TiO₂ nanoparticles with a bipyramidal structure and approximate sizes of 100 nm. Wettability tests and cell viability assays demonstrated the biomedical potential of these modified surfaces, which showed high biocompatibility with a survival rate of over 95 % (p < 0.05) and improved wettability. Corrosion resistance tests using potentiodynamic polarization reveal that Zn-TiO₂-treated samples with an anatase crystal structure exhibited a lower corrosion current density and more noble corrosion potential compared to samples coated with a rutile structure. This method offers a scalable approach that could be adapted by the biomaterial industry to improve the functionality and longevity of various biomedical implants.

• Smart Structures and Systems
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• 제12권1호
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• pp.55-71
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• 2013

Structural health monitoring (SHM) is vital for detecting the onset of damage and for preventing catastrophic failure of civil infrastructure systems. In particular, piezoelectric transducers have the ability to excite and actively interrogate structures (e.g., using surface waves) while measuring their response for sensing and damage detection. In fact, piezoelectric transducers such as lead zirconate titanate (PZT) and poly(vinylidene fluoride) (PVDF) have been used for various laboratory/field tests and possess significant advantages as compared to visual inspection and vibration-based methods, to name a few. However, PZTs are inherently brittle, and PVDF films do not possess high piezoelectricity, thereby limiting each of these devices to certain specific applications. The objective of this study is to design, characterize, and validate piezoelectric nanocomposites consisting of zinc oxide (ZnO) nanoparticles assembled in a PVDF copolymer matrix for sensing and SHM applications. These films provide greater mechanical flexibility as compared to PZTs, yet possess enhanced piezoelectricity as compared to pristine PVDF copolymers. This study started with spin coating dispersed ZnO- and PVDF-TrFE-based solutions to fabricate the piezoelectric nanocomposites. The concentration of ZnO nanoparticles was varied from 0 to 20 wt.% (in 5 % increments) to determine their influence on bulk film piezoelectricity. Second, their electric polarization responses were obtained for quantifying thin film remnant polarization, which is directly correlated to piezoelectricity. Based on these results, the films were poled (at 50 $MV-m^{-1}$) to permanently align their electrical domains and to enhance their bulk film piezoelectricity. Then, a series of hammer impact tests were conducted, and the voltage generated by poled ZnO-based thin films was compared to commercially poled PVDF copolymer thin films. The hammer impact tests showed comparable results between the prototype and commercial samples, and increasing ZnO content provided enhanced piezoelectric performance. Lastly, the films were further validated for sensing using different energy levels of hammer impact, different distances between the impact locations and the film electrodes, and cantilever free vibration testing for dynamic strain sensing.

• Composites Research
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• 제34권6호
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• pp.357-372
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• 2021

에너지 수확장치는 석유자원의 고갈로 인한 자원난을 해결할 수 있는 대안으로 유망하다고 알려져 있다. 기계적 움직임을 전기 에너지로 전환할 수 있는 압전 소자들의 한계(환경오염 및 낮은 기계적 특성)를 극복하기 위하여, 고분자 기지재 기반 복합재료 압전 에너지 수확장치에 대한 많은 연구들이 수행되었다. 본 논문에서는 사용된 재료 및 공정에 기초하여, 보고된 압전 복합재료의 출력 성능 및 관련된 응용 분야를 검토하였다. 압전 필러는 티탄산 지르콘산 연 및 티탄산바륨 기반의 세라믹 필러뿐만 아니라, 친환경, 생체적합성 및 유연성 측면에서 유리한 산화아연을 검토하였다. 기지재는 폴리비닐리덴플로오라이드 및 공중합체로 구성된 압전 고분자 및 에폭시 및 폴리디메틸실록산 기반의 유연한 고분자로 분류하여 복합재료의 압전 시너지 및 높은 외력 적용에 의한 압전 출력 향상을 논의하였다. 또한, 금속 혹은 탄소 소재 기반 2차 필러의 적용에 의한 복합재료의 전도성 혹은 기계적 특성의 향상이 압전 수확장치의 출력 성능에 미치는 영향을 복합재료의 구조 측면에서 검토하였다. 향상된 성능으로 소형 전자기기, 스마트 센서, 의학 분야 등에 응용 가능한 복합재료 기반 압전 수확장치는 미래의 일상에서 접할 수 있는 무선 전자 장치의 전원으로써 잠재적인 통찰을 제공할 수 있다.

• 한국결정성장학회지
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• 제30권5호
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• pp.183-188
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• 2020

에어로졸 증착법에 의해서 상온에서 5~10 ㎛ 두께의 PZN-PZT(0 %, 20 %, 40 %) 복합체의 막을 실리콘/사파이어 기판 위에서 제조하였다. PZN의 농도는 0 %, 20 % 및 40 %까지 첨가하였다. 실리콘기판 및 사파이어 기판 위에서 증착된 막은 전기로에서 700℃ 및 900℃에서 각각 어닐링처리 하였으며 900℃에서 어닐링한 경우의 잔류분극 및 유전 상수 등의 전기적 특성이 700℃에서의 특성보다 우수하였다. 특히 900℃에서 어닐링한 2PZN-8PZT 막의 경우 1200℃에서 소결한 같은 조성의 벌크재에서 얻은 값과 상호 비교하였다. 열처리 온도가 높아짐에 따라 유전상수가 증가하는 경향을 보이는데 이는 후열처리에 따른 막의 결정성의 향상과 입자 성장으로 기인한다.

• 한국결정성장학회지
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• 제28권1호
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• pp.14-20
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• 2018

에어로졸 증착법에 의해서 상온에서 $6{\mu}m/min$의 속도로 $5{\sim}10{\mu}m$ 두께의 PZT-PZN(0 %, 20 %, 40 %) 복합체의 막을 실리콘/사파이어 기판위에서 제조하였다. 에어로졸 증착에 사용된 PZT, 2PZN-8PZT, 4PZN-6PZT 초기분말입자는 불규칙한 형상을 가지고 있으며 submicron 크기임을 확인하였다. 증착된 막은 어떠한 뜯김이나 기공도 없는 치밀한 막임을 확인하였고 나노크기의 입자를 가진 페로브스카이트 단상이었다. 실리콘기판 및 사파이어 기판위에서 증착된 막은 전기로에서 $700^{\circ}C$ 및 $900^{\circ}C$에서 각각 어닐링처리 하였으며 PZT에 40 %의 PZN이 첨가된 조성의 막의 경우 pyrochlore의 2차상이 형성되었다. 미세구조에 미치는 PZN 첨가의 영향을 관찰하기 위해 FE-SEM 및 HR-TEM이 사용되었다.

• 에너지공학
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• 제7권1호
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• pp.24-34
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• 1998

본 연구에서는 ZnO 및 TiO2의 혼합소결시에 접합제 및 첨가제의 종류 및 구성비가 아연계 흡수제의 탈황 및 재생반응 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 접합제로 bentomite와 kaolinite를, 첨가제로는 Mo계, Ni계, Cu계를 선정하여 함량을 변화시켰다. 흡수제에 대한 탈황-재생-탈황반응의 반복실험을 위해 연천칭분석기(TGA)계를 조립하여 각 흡수제에 대해 탈황-재생반응의 2사이클 반복실험특성을 조사하였다. XRD분석결과 접합제 및 첨가제의 종류 및 함량에 관계없이 대부분 Zn2 TiO4 와 Zn2 TiO8가 형성됨을 확인하였다. Kaolinite를 접합제로 사용한 탈황제의 표면적이 더 컸으며 접합제의 함량이 증가할수록 표면적과 세공부피는 증가하였다. 탈황반응은 68$0^{\circ}C$, 재생반응은 73$0^{\circ}C$가 적합하였으며 3 mol%의 CuO를 첨가제로 사용한 경우 탈황과 재생반응이 모두 우수하였다. NiO를 첨가제로 사용한 경우 재생성이 우수하였으며 MoO3를 첨가제로 사용한 경우 성능이 우수하지 못하였다. 3 mol%의 CuO를 첨가제로 사용한 흡수제에 대해 고정층에서 연속반복반응실험을 한 결과 반응성이 높게 유지되었다.