• 대한기계학회논문집A
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• 제39권5호
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• pp.499-505
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• 2015

압전 진동 에너지 수확 장치의 설계 및 성능 평가 시 에너지 변환 효율을 고려하는 것은 매우 당연하다. 본 연구에서 고려하는 에너지 변환 효율은 부하 저항이 부착된 압전 진동 에너지 수확 장치에 입력되는 가진 진동 파워 대비 전기 출력 값으로 정의된다. 기존의 연구에서는 근사적으로 임피던스 정합된 부하 저항에서의 전기 출력을 고려한 반면, 본 연구에서는 최적의 임피던스 정합 값을 사용하여 새롭게 에너지 변환 효율 식을 유도하였다. 유도된 식의 타당성을 검증하기 위해 3 개의 서로 다른 전기-역학 연성 계수 값을 갖는 진동 에너지 수확 장치에 대한 유한 요소 해석 결과를 이용하였다. 또한, 부하 저항의 임피던스 정합 방법의 차이에 따른 에너지 변환 및 변환 효율 특성을 살펴보았다.

• Smart Structures and Systems
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• 제22권3호
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• pp.341-358
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• 2018

This present study investigates Love-type wave propagation in composite structure consists of a loosely bonded functionally graded piezoelectric material (FGPM) stratum lying over a functionally graded initially-stressed fibre-reinforced material (FGIFM) substrate. The closed-form expressions of the dispersion relation have been obtained analytically for both the cases of electrically open and electrically short conditions. Some special cases of the problem have also been studied and the obtained results are found in well-agreement with the classical Love wave equation. The emphatic influence of wave number, bonding parameter associated with bonding of stratum with substrate of the composite structure, piezoelectric coefficient as well as dielectric constant of the piezoelectric stratum, horizontal initial stresses, and functional gradedness of the composite structure on the phase velocity of Love-type wave has been reported and illustrated through numerical computation along with graphical demonstration in both the cases of electrically open and electrically short condition for the reinforced and reinforced-free composite structure. Comparative study has been carried out to analyze the distinct cases associated with functional gradedness of the composite structure and also various cases which reveals the influence of piezoelectricity, reinforcement and horizontal initial stress acting in the composite structure, and bonding of the stratum and substrate of the composite structure in context of the present problem which serves as one of the major highlights of the study.

• 한국음향학회지
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• 제23권2호
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• pp.103-108
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• 2004

본 연구에서는 고상단결정법으로 성장시킨 PMN-32%PT 단결정의 모든 물성을 공진법을 이용하여 측정하였다. tetragonal 결정구조의 PMN-PT는 독립적인 물성으로 6개의 탄성상수, 3개의 압전상수, 2개의 유전상수를 가진다. 이상의 값들을 서로 다른 형태를 가진 6종류의 시편을 만들어 임피던스 분석기를 이용하여 각각의 시편의 진동모드별 전기임피던스를 측정하여 구하였다. 측정결과 일반 압전세라믹 보다 큰 전기기계결합계수 k/sub 33/ (∼85%)과 압전계수 d/sub 33/ (∼1200pC/N)을 가짐을 확인하였다. 측정한 값의 타당성은 측정시편의 유한요소해석을 통한 임피던스 스펙트럼과 상용 d/sub 33/ -meter측정결과와의 비교를 통해 확인하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제54권4호
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• pp.261-271
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• 2017

Environment-friendly $(K,Na)NbO_3-based$ (KNN) lead-free piezoelectric materials have been studied extensively in the past decade. Significant progress has been made in this field, manifesting competitive piezoelectric performance with that of lead-based, for specific application scenarios. Further understanding of the relationship between high piezoelectricity and microstructure or more precisely, ferroelectric domain structure, domain wall pinning effect, domain wall conduction and local polarization switching underpins the continuous advancement of piezoelectric properties, with the help of piezoresponse force microscopy (PFM). In this review, we will present the fundamentals of scanning probe microscopy (SPM) and its cardinal derivative in piezoelectric and ferroelectric world, PFM. Some representative operational modes and a variety of recent applications in KNN-based piezoelectric materials are presented. We expect that PFM and its combination with some newly developed technology will continue to provide great insight into piezoelectric materials and structures, and will play a valuable role in promoting the performance to a new level.

• 한국세라믹학회지
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• 제53권2호
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• pp.129-133
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• 2016

$MnO_2$ was added to the $0.95(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3-0.05CaTiO_3$ (NKN-CT) ceramics in order to promote the densification and improve the poling efficiency by increasing the resistance of the specimens. Densification and abnormal grain growth occurred in the $MnO_2$-added NKN-CT ceramics sintered at $1020^{\circ}C$, indicating that $MnO_2$ assisted the liquid-phase sintering of these materials. $Mn^{3+}$ ions were considered to enter the A-site of the matrix, thereby producing the free electrons, which interacted with the holes resulting from the evaporation of alkali ions. This interaction results in an increase in the resistance of the specimens. The increased resistance improved the poling efficiency and, hence, the dielectric and piezoelectric properties of the NKN-CT ceramics. A few of the $Mn^{3+}$ ions that entered the B-site of the NKN-CT matrix led to a slight increase in the mechanical quality factor.

• 한국세라믹학회지
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• 제53권2호
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• pp.162-166
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• 2016

0.75BF-0.25BT ceramics were prepared by sintering at $980-1040^{\circ}C$ in air or under atmosphere powder. A sample with 1 mole %-excess $Bi_2O_3$ was also prepared to compensate for $Bi_2O_3$-evaporation. Physical and piezoelectric properties of these three samples were compared. When the sintering temperature increased from $980^{\circ}C$ to $1040^{\circ}C$, the density of the sample sintered in air decreased continuously due to Bi-evaporation. Due to the suppression of Bi-evaporation, the sample sintered under atmosphere powder had a higher density at sintering temperatures above $1000^{\circ}C$ than did the sample sintered in air. The addition of 1 mole %-excess $Bi_2O_3$ successfully compensated for Bi-evaporation and kept the density at the higher value until $1020^{\circ}C$. Grain size increased continuously when the sintering temperature increased from 980 to $1040^{\circ}C$, irrespective of the sintering atmosphere. When the sintering temperature increased, the piezoelectric constant ($d_{33}$) and the electromechanical coupling factor ($k_p$) increased for all samples. The sample with 1 mole % excess-$Bi_2O_3$ showed the highest density and the best piezoelectric properties at sintering temperature of $1020^{\circ}C$.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2004년도 하계학술대회 논문집 Vol.5 No.2
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• pp.965-968
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• 2004

Effective transverse Piezoelectric Coefficients $(e_{31,f})$ of thick PZT $(Pb(Zr_{0.52}Ti{0.48}Ti_{0.48})O_3)$ films on $SiN_x/Si$ substrates were measured with PZT thicknesses and top electrode dimensions. $e_{31,f}$ is one of important Parameters characterizing Piezoelectricity of PZT films. Thick PZT films have been used as various sensors and actuators because of their high driving force and high breakdown voltage. Thick PZT films were fabricated on Pt/Ta/$SiN_x$/Si substrates using sol-gel method. Thicknesses of PZT films were $1{\mu}m$ and $1.8{\mu}m$. $|e_{31,f}|$ values of $1.8{\mu}m$-thick-PZT films were higher than those of $1{\mu}$-thick-PZT films. Maximum $|e_{31,f}|$ of $1.8{\mu}$-thick-PZT films was about $50^{\circ}C/m^2$.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권7호
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• pp.867-872
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• 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
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• 제29권1호
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• pp.59-62
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• 2020

Currently, increasing attention is being paid to relaxor-based ferroelectric single crystals in photoacoustic images, especially for high-end applications. Among the crystals are (1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃ (PMN-100xPT) single crystals located near their morphotropic phase boundary (x = 0.30-0.35) because of their ultrahigh piezoelectric and electromechanical coupling properties. The alternating current poling (ACP) treatment, rather than the conventional direct current poling treatment, has recently been spotlighted due to its effectiveness in enhancing the piezoelectric properties. So far, it has been suggested that the enhanced piezoelectricity originates from either a domain miniaturization to nanodomains or from an electric-field-induced monoclinic symmetry. In this study, we demonstrate by thermally stimulated depolarization current measurements that the effect of ACP is too complex to be explained using a single mechanism and that the proposed electric-field-induced monoclinic symmetry is unlikely to exist.

• 감성과학
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• 제16권1호
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• pp.85-94
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• 2013

인체의 동작으로부터 전기 에너지를 수확하려는 압전 에너지 수확에 관한 연구가 최근 활발히 진행되고 있으며, 본 연구에서는 이러한 압전 에너지 수확 소자를 의류에 적용하여 에너지 수확 의류를 설계하였다. 먼저, 동작에너지를 수확하는데 적합한 사지의 인체 부위를 밝히기 위해 3차원 모셥 캡쳐를 실시하였고, 그 결과 엉덩이, 팔꿈치, 무릎이 적합한 부위임이 밝혀졌으며, 이 중, 움직임이 자유로운 팔꿈치와 무릎이 동작에너지 수확 부위로 도출되었다. 압전 에너지 수확 소자의 경우 의류에 적용되기 위해서는 유연하면서도 동작에 민감하게 반응되는 새로운 구조가 필요하였으며, 2개 소자를 적층으로 구성하여 발생하는 전력량을 높이는 새로운 방식이 제안되었다. 의류의 경우 압전 에너지 수확 부위인 팔꿈치와 무릎 부위에서 인체에 잘 밀착되면서 움직임을 제한하지 않는 구조가 요구되었으며, 이에 가장 적합한 무봉제 의류로 제작되었다. 개발된 압전 에너지 수확소자를 부착한 에너지 수확 의류를 시험한 결과 높은 전기에너지 발생 결과를 얻을 수 있었다.