• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.260-260
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• 2007

강유전성 세라믹스 재료로써는 PZT계열의 세라믹재료가 널리 쓰이고 있다. 이는 우수한 유전 및 압전특성을 가지고 있으나, PbO을 다량 함유하고 있어 $1000^{\circ}C$이상에서 PbO가 급격하게 휘발되는 성질에 따라서 조성의 변동이 생겨 재현성이 어려우며 이를 방지하기 위하여 과잉 PbO를 첨가시키기 때문에 PbO휘발로 인한 강한 독성이 인체에 유해하다. 최근에는 Pb의 환경문제가 대두됨에 따라 이를 대체할 다른 물질의 개발이 활발하게 연구되고 있다. 대표적인 비납계 강유전 세라믹스인 $(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3$ ($d_{33}$ = 120 pC/N, Kp = 39%, Qm = 210, 이하 NKN라 표기) 조성은 $KNbO_3,\;NaNbO_3$ 상태도에 따라 순수한 NKN 세라믹스는 $1140^{\circ}C$에서 안정상을 가지나, 높은 온도로 인하여$Na_2O$와 $K_2O$가 쉽게 휘발됨에 따라 화학량 비의 변화가 생겨 이차 상을 형성하기도 한다. 따라서 본 연구에서는 $LiNbO_3$의 새로운 고용체를 추가시켜 기본 NKN조성에 압전성 및 고온에서의 상안정성을 향상시키고자 하였다. 최적 조성을 설계하기 위하여 (1-x)$(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3-xLiNbO_3$, x=(0,0.02,0.04,0.06,0.08)의 범위에서 조성을 변화시키면서 실험하였다. 시편 제작은 일반적인 세라믹스 소결 공정을 적용하였는데, $850^{\circ}C$에서 5시간 하소 후 $1080^{\circ}C$에서 2시간 소결하였다. 하소 및 소결 후에는 XRD분석을 통해 perovskite구조를 확인하였고, 미세구조 확인을 위해 주사전자현미경 (SEM)으로 관찰하였다. 압전특성을 평가하기 위해 압전 $d_{33}$-meter를 사용하였으며, impedance analyzer (HP 4194A)를 이용하여 전기적 특성을 측정하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2005년도 하계학술대회 논문집 Vol.6
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• pp.330-331
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• 2005

본 논문에서는 카메라폰용 광학중(Optical zooming) 과 자동초점조절장치 (Auto Focusing, AF)에 쓰일 초음파모터를 제작하였다. 초음파모터의제작 및 시뮬레이션은 유한요소해석 프로그램인 ATILA 5.2.1 (Magsoft co.)를 사용하여 디자인설계에 따른 구동특성을 고찰하였고 제작된 초음파모터는 한쪽 면이 없는 사작형의 탄성체를 제작하였으며 탄성체의 양쪽 다리에 각각 압전체를 부착하였다. 또한 압전세라믹의 조성은 $0.9Pb(Zr_{0.51}Ti_{0.49})O_3-0.1Pb(Mn_{1/3}Nb_{1/3}Sb_{1/3})O_3$의 조성으로 설계하였고 시편의 제조는 7-layer로 적층하였다. 제작된 압전세라믹의 치수는 6*2*0.35$mm^3$(길이*폭*두께)로 제작하였다 또한 탄성체의 외형치수는 10*10*2$mm^3$로 제작하였으며 두께를 각각 0.3[mm], 0.5[mm], 0.8[mm]으로 변화시키며 제작하였다. 두께가 0.8[mm]인경우 공진주파수는 60.5[kHz]를 나타내었으며 초음파모터의 압전세라믹에 인가전압이 증가함에 따라 회전속도와 모터에 흐르는 전류는 증가하였다. 인가전압이 40[Vpp] 일 때 회전속도는 206[rpm] 이며 소비전력은 0.3[W]로 제작된 시편은 카메라폰용 광학중 및 자동초점조절장치시스템 분야에 응용이 가능하다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2005년도 춘계학술대회 논문집 디스플레이 광소자 분야
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• pp.84-87
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• 2005

본 논문에서는 p-type 고분자 물질인 P3HT (Poly-3-hexylthiophene)를 잉크젯 프린팅 방식으로 활성화층을 적층함으로써 Organic thin film transistor를 제작하여 이에 대한 특성을 연구하였다. Piezoelectric 방식의 잉크젯 프린팅을 이용하여 P3HT single drop jetting 시 두께 $150{\sim}200{\AA}$, 직경 약 70 ~ 80 um정도의 drop profile을 얻을 수 있었다. P3HT의 solvent로서 Chlorobenzene을 사용하여 농도 약 0.5 wt.%의 Ink-jet용 ink를 제작하여 이를 Channel Width 37, 236 um 크기의 Au 전극 위에 jetting 하여 각각의 특성을 측정하였다. 상기 실험은 상온의 외부환경에서 실시되었으며 실험 결과 최대 ${\mu}=1{\times}10^{-2}\;cm^2/Vsec$, $I_{on}/I_{off}=10^3{\sim}10^4$ 정도로서 off current가 높은 편이나 이동도 측면에서는 다른 방법의 박막 증착 실험결과와 비교할 때 동등 수준의 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제24권6호
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• pp.515-518
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• 2011

In this work, we designed and fabricated a multilayer thin film Pb(Zr,Ti)$O_3$ cantilever with a Si proof mass for low frequency vibration energy harvesting applications. A mathematical model of a mu lti-layer composite beam was derived and applied in a parametric analysis of the piezoelectric cantilever. Finally, the dimensions of the cantilever were determined for the resonant frequency of the cantilever. W e fabricated a device with beam dimensions of about 4,930 ${\mu}M$ ${\times}$ 450 ${\mu}M$ ${\times}$ 12 ${\mu}M$, and an integrated Si proof mass with dimensions of about 1,410 ${\mu}M$ ${\times}$ 450 ${\mu}M$ ${\times}$ 450 ${\mu}M$. The resonant frequency, maximum peak voltage, and highest average power of the cantilever device were 84.5 Hz, 88 mV, and 0.166 ${\mu}Wat$ 1.0 g and 23.7 ${\Omega}$, respectively. The dimensions of the cantilever were determined for the resonance frequency of the cantilever.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.253-253
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• 2007

압전 액츄에이터 및 초음파진동자의 응용범위가 넒어짐에 따라 변위량, 응력 등을 개선시키기 위해 전기기계결합계수 kp 및 압전 d상수가 종전보다 큰 재료가 요구되고 있으며, 초음파진동자나 압전 모터와 같이 마찰에 의한 열손실이 많이 발생하는 액츄에이터에 적용할 큰 기계적품질계수롤 가지는 저손실 압전 액츄에이터 및 초음파진동자용 재료가 필요한 실정이다. 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 압전특성의 저하가 문제시 되고 있다. $Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3$는 약 $-120^{\circ}C$정도의 큐리온도룰 가지는 강유전체로 Pb(Zr, Ti)$O_3$계 세라믹스에 치환 시 유전상수와 전기기계결합계수를 개선시키는 대표적인 성분이다. 따라서 본 연구에서는 저온소결 저손실의 적층형 압전 액츄에이터를 개발하기 위해 PMS-PMN-PZT계 세라믹스에 $Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ 세라믹스를 치환하고 $Li_2CO_3$와 $Na_2CO_3$ ZnO를 소결조재로 사용하여 저온소결 하였으며 PNN 치환량에 따른 결과를 관찰 하였다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제35권3호
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• pp.303-307
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• 2022

Magnetoelectric (ME) properties of 3-0 type particulate composites have been investigated with respect to application features for reliable magnetic sensitivity and magnetically-induced output voltage. In order to figure out the magnetoelectric characteristics in the ME composites, frequency dependent ME responses were studied from [0.948 Na_0.5K_0.5NbO₃-0.052 LiSbO₃]-[Co_1-xZn_xFe₂O₄] (NKNLS)/Co_1-xZn_xFe₂O₄ (CZFO, x=0, 0.1, and 0.2). As a result, the maximal α_ME of 23.15 mV/cm·Oe was achieved from the NKNLS-CZFO (x_Zn = 0.1) composites at resonance frequency of 315 kHz and H_dc = 0 Oe. From the frequency dependent ME responses, it is clearly described that the self-biased ME composites can be used for applications as both magnetic sensors and energy harvesters, respectively.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제35권4호
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• pp.407-411
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• 2022

Bulk-sized PbTiO₃ (PT), which is widely known as a high-performance ferroelectric oxide but cannot be fabricated into a monolithic ceramic due to its high c/a ratio, was successfully prepared with a high tetragonality by partially substituting Ni ions for Pb ions using a solid-state reaction method. We found that Ni-doped PT was well-fabricated as a bulk monolith with a significant c/a ratio of ~1.06. X-ray diffraction on as-sintered and crushed samples revealed that NiTiO₃ secondary phase was present at the doping level of more than 2 at.%. Scanning electron microscopic study showed that NiTiO₃ secondary phase grew on the surface of PT specimens regardless of the doping level possibly due to the evaporation of Pb during sintering. We demonstrated that an unconventional introduction of Ni ions into A-site plays a key role on the fabrication of bulk PT, though how Ni ion functions should be studied further. We expect that this study contributes to a further development of displacive ferroelectric oxides with a high c/a ratio.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제35권5호
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• pp.431-438
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• 2022

기능성 소재연구에서 in situ 분석 기법은 외부 자극 (전기장, 자기장, 빛, 등) 또는 주변 환경 (온도, 습도, 압력, 등)과 같이 주어진 자극에 의해 소재의 물리적 특성이 어떻게 활성화/진화되는지 분석하는데 있어서 매우 중요하다. 특히, 전기장 인가에 따른 in situ X-선 회절(XRD) 실험은 다양한 강유전체, 압전체, 전왜 재료의 외부 전기장 인가에 따른 전기-기계적 반응의 기본 원리를 이해하기 위해 광범위하게 활용되었다. 본 튜토리얼 논문에서는 일반 실험실 규모의 XRD 장비를 이용하여 전기장 인가에 따른 in situ XRD 분석의 기본 원리/핵심 개념을 간략하게 소개한다. In situ XRD 측정법은 외부 전기장을 인가하여 구동되는 다양한 전기-기계 재료의 구조적 변형을 체계적으로 식별/모니터링하는 데 매우 유용할 것으로 기대한다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제37권4호
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• pp.382-393
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• 2024

유체 디스펜싱(fluid dispensing) 방식인 Microplotter 시스템은 압전 소자를 통한 초음파 펌핑(pumpin)을 기반으로 유체를 분사한다. 이 기법은 넓은 범위의 점도를 가진 다양한 물질들이 마이크로 사이즈로 프린팅 되는 것을 가능하게 한다. 본 논문에서는 디스펜서 프린팅 기술에 대해 소개하고 장비를 이용한 다양한 공정을 이해 및 응용에 목적을 두고 있다. 또한, 분사 강도, 분사 시 팁의 높이, 분사 속도와 같은 매개변수들을 조절하여 장비의 최적화 방법에 대해 설명하고자 한다. 금속 나노 입자, 탄소나노튜브, DNA, 단백질 등 광범위한 유체와 호환된다는 Microplotter의 장점을 이용함으로써 인쇄전자, 생명공학, 화학공학 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제35권6호
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• pp.639-646
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• 2022

Energy harvesting technologies that can convert wasted various energy into usable electrical energy have been widely investigated to overcome the limitation of batteries for the powering of IoT sensors and small electronic devices. Hybrid energy harvesting is known as a technology that enhances the output power of single energy harvesting device by housing two or more various energy harvesting mechanisms. In this study, we introduce a hybrid MME (Magneto-Mechano-Electric) generator coupled with the triboelectric effect. Through FEA modeling, four triboelectric materials, including PI (Polyimide), PFA(Teflon), Cu, and Al, were selected and compared with the expected triboelectric potentials. The effect of surface morphology was investigated as well. Among various combination of triboelectric materials and surface morphologies, PFA-Al combination with the surface morphology having nano-scale square projections showed highest output potential under triboelectrification. It is also experimentally confirmed that output voltage and power of the hybrid MME generator with triboelectric material combinations.