• 한국분말재료학회지
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• 제25권6호
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• pp.487-493
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• 2018

The impact of different mixing methods and sintering temperatures on the microstructure and piezoelectric properties of PZNN-PZT ceramics is investigated. To improve the sinterability and piezoelectric properties of these ceramics, the composition of $0.13Pb((Zn_{0.8}Ni_{0.2})_{1/3}Nb_{2/3})O_3-0.87Pb(Zr_{0.5}Ti_{0.5})O_3$ (PZNN-PZT) containing a Pb-based relaxor component is selected. Two methods are used to create the powder for the PZNN-PZT ceramics. The first involves blending all source powders at once, followed by calcination. The second involves the preferential creation of columbite as a precursor, by reacting NiO with $Nb_2O_5$ powder. Subsequently, PZNN-PZT powder can be prepared by mixing the columbite powder, PbO, and other components, followed by an additional calcination step. All the PZNN-PZT powder samples in this study show a nearly-pure perovskite phase. High-density PZNN-PZT ceramics can be fabricated using powders prepared by a two-step calcination process, with the addition of 0.3 wt% MnO2 at even relatively low sintering temperatures from $800^{\circ}C$ to $1000^{\circ}C$. The grain size of the ceramics at sintering temperatures above $900^{\circ}C$ is increased to approximately $3{\mu}m$. The optimized PZNN-PZT piezoelectric ceramics show a piezoelectric constant ($d_{33}$) of 360 pC/N, an electromechanical coupling factor ($k_p$) of 0.61, and a quality factor ($Q_m$) of 275.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제32권2호
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• pp.157-160
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• 2019

P(VDF-TrFE-CFE) (Poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene)), which exhibits a high electrostriction of about 7%, can transmit tactile output as vibration or displacement. In this study, we investigated the applicability of P(VDF-TrFE-CFE) to wearable piezoelectric actuators. The P(VDF-TrFE-CFE) layers were deposited through spin-coating, and interspaced with patterned Ag electrodes to fabricate a two-layer $3.5mm{\times}3.5mm$ device. This layered structure was designed and fabricated to increase the output and displacement of the actuator at low driving voltages. In addition, a laser vibrometer and piezoelectric force microscope were used to analyze the device's vibration characteristics over the range of ~200~4,200 Hz. The on-off characteristics were confirmed at a frequency of 40 Hz.

• 한국표면공학회지
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• 제56권6호
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• pp.380-385
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• 2023

In this study, an MPB PMNT system containing 0.05 to 0.10 wt.% BaTiO₃ was synthesized using a traditional chemical method and its pyroelectricity was investigated. Pyroelectricity, dielectricity, and ferroelectricity of the synthesized BaTiO₃-PMNT system were analyzed by heat treatment at 1240~1280 ℃ for 4 hours to evaluate its applicability as a pyroelectric sensor. Unlike the simple ABO₃ ferroelectric, the BaTiO₃-doped PMNT system exhibited phase transition characteristics over a wide temperature range typical of complex perovskite structures. Although no dramatic change could be confirmed depending on the amount of BaTiO₃ added, stable pyroelectricity was maintained near room temperature and over a wide temperature range. When the amount of BaTiO₃ added increased from 0.05BaTiO₃-PMNT to 0.10BaTiO₃-PMNT, the electric field slightly increased from 5.00×10³ kV/m to 6.75×10³ kV/m, and the maximum value of remanent polarization slightly increased from 0.223 C/m² to 0.234 C/m². The pyroelectric coefficients of 0.05BaTiO₃-PMNT and 0.10BaTiO₃- PMNT at room temperature were measured to be ~0.0084 C/m²K and ~0.0043 C/m²K, respectively. The relaxor ferroelectric properties of the BaTiO₃-PMNT system were confirmed by analyzing the plot of K_max/K versus (T-T_max)^γ. The BaTiO₃-doped MPB PMNT system showed a distinct pyroelectric performance index at room temperature, and the values were F_v ~ 0.0362 m²/C, F_d ~ 0.575×10^-4 Pa^-1/2.

• 한국세라믹학회지
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• 제33권4호
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• pp.391-398
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• 1996

PMN계에서 유전적 성질에 관한 연구들은 광범위하게 이루어져 왔으나 전계인가 변위특성에 관한 폭넓은 연구는 매우 드물다. 본 연구에서는 완화형 강유전체의 가장 대표적인 PMN계에서 PT의 함량 및 측정 온도의 변화에 따른 유전적 성질 및 전계인가 변위특성을 광범위하게 조사하는 것을 목표로 하고 있다. 전형적인 columbite precur-sor법에 의해 분말을 준비하고 고상소결방법에 의하여 모든 시편을 제조하였다. PT의 함량이 증가하면서 직선적으로 (T$\varepsilon$max)가 증가하였으며 유전율은 13000~22000 사이의 값을 보였다. 유전율의 온도 의존성은 PMN의 경우 전형적인 완화형 강유전체의 유전 특성을 보이지만 PT의 함량이 증가될수록 보통 강유전체의 sharp한 거동을 보였다. 전계인가 변위특성에서는 단순히 유전율이 최대가 되는 온도에서 발생 strain이 최대가 되는 것은 아니며 tetragonal-cubic의 phase transition에서는 strain의 증가가 없고 rhombohedral에서 tetragonal 혹은 rhombohed-ral에서 cubic으로의 상전이에서만 strain이 크게 나타남을 알 수 있었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제17권2호
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• pp.69-74
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• 2007

[ $0.6Pb(Sc_{1/2}Ta_{1/2})O_3-0.4PbTiO_3$ ](이후 PSTT) 세라믹스를 KCI을 flux로 사용한 용융염 합성법을 이용하여 제조하였다. $600^{\circ}C$에서 $850^{\circ}C$까지 온도를 상승시키면서, 시차열분석기와 X-선 회절기를 이용하여 perovskite 상의 형성과정을 조사하였다. 용융염 합성법의 경우 $750^{\circ}C$에서 2시간 하소하였을 때, 92%의 perovskite 상의 생성율을 나타낸 반면, 일반하소법의 경우는 $850^{\circ}C$에서 4시간 하소하였을 때도 82%의 perovskite상의 생성율을 나타내었다. 이는 flux로 사용된 KCI 용융으로 인한 $Sc_2O_3$의 반응성의 향상에 기인한 것으로 생각된다. $1,100^{\circ}C$에서 4시간 소결한 PSTT 시편의 경우, 용융염 합성법으로 제조된 시편이 일반하소법으로 제조된 시편에 비해 큰 11,200의 유전상수와 $13.5{\mu}C/cm^2$의 잔류분극, 10.198kV/cm의 항전계 값을 나타내었으며 이를 미세구조 관점에서 고찰하였다.

• 한국재료학회지
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• 제22권1호
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• pp.35-41
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• 2012

Presently, the most promising family of lead-free piezoelectric ceramics is based on $K_{0.5}Na_{0.5}NbO_3$(KNN). Lithium, silver and antimony co-doped KNN ceramics show high piezoelectric properties at room temperature, but often suffer from abnormal grain growth. In the present work, the $(Ba_{0.85}Ca_{0.15})(Ti_{0.88}Zr_{0.12})O_3$ component, which has relaxor ferroelectric characteristics, was doped to suppress the abnormal grain growth. To investigate this effect, Lead-Free $0.95(K_{0.5}Na_{0.5})_{0.95}Li_{0.05}NbO_3-(0.05-x)AgSbO_3-x(Ba_{0.85}Ca_{0.15})(Ti_{0.88}Zr_{0.12})O_3$[KNLN-AS-xBCTZ] piezoelectric ceramics were synthesized by ball mill and nanosized-milling processes in lead-Free $0.95(K_{0.5}Na_{0.5})_{0.95}Li_{0.05}NbO_3-(0.05-x)AgSbO_3$ in order to suppress the abnormal grain growth. The nanosized milling process of calcined powders enhanced the sintering density. The phase structure, microstructure, and ferroelectric and piezoelectric properties of the KNLN-AS ceramics were systematically investigated. XRD patterns for the doped and undoped samples showed perovskite phase while tetragonality was increased with increasing BCZT content, which increase was closely related to the decrease of TO-T. Dense and uniform microstructures were observed for all of the doped BCZT ceramics. After the addition of BCTZ, the tetragonal-cubic and orthorhombic-tetragonal phase transitions shifted to lower temperatures compared to those for the pure KNNL-AS. A coexistence of the orthorhombic and tetragonal phases was hence formed in the ceramics with x = 0.02 mol at room temperature, leading to a significant enhancement of the piezoelectric properties. For the composition with x = 0.02 mol, the piezoelectric properties showed optimum values of: $d_{33}$ = 185 pC/N, $k_P$ = 41%, $T_C=325^{\circ}C$, $T_{O-T}=-4^{\circ}C$.

• 한국세라믹학회지
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• 제33권11호
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• pp.1292-1300
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• 1996

PLZT(x/70/30)의 x=7.5, 8.0, 8.5, 10.5 조성에 대하여 전계인가와 동시에 X-선 회절측정을 전계 20kV/cm에 이르기까지 수행하였다. 모든 PLZT는 입방상에 속하였다. x=7.5, 8.0, 8.5에서 PLZT는 4~8kV/cm의 낮은 전계에 이르기까지 반강유전적인 특성을 보였으며 보다 높은 전계에서는 강유전적인 특성을 나타내었다. 온도에 따른 유전상수의 측정에 따르면 x=7.5, 8.0, 8.5 조성에서 PLZT는 완화형 강유전체와 유사하였으며 50-7$0^{\circ}C$에서 확산적인 반강유전-상유전 상전이가 나타났다. 자발분극-전계(P-E) 이력곡선은 이들이 반강유전적인 특성을 가지고 있음을 보여주었다. 매우 넓은 큐리점의 분포는 이들 PLZT의 결정구조에서 La 치환에 의한 양이온 및 빈자리의 무질서도가 상당함을 시사한다. PLZT (10.5/70/30)의 전계에 따른 변형은 매우 미미하였으며 이력현상이 없는 상유전적인 특성을 보였다. 전계인가에 따른 변형률은 La 치환량이 증가함에 따라 감소하였다. PLZT(7.5/70/30)에서 110회절선의 강도는 전계인가에 민감하게 변화하여, [110] 방향에 평행한 자발분극을 가지는 분역이 전계인가로 유도된 PLZT의 강유전상에서 발달된 것처럼 여겨진다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.167-167
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• 2013

최근에 산화물 형광체는 황화물 형광체에 비해 높은 화학적 안정성을 나타내기 때문에 백색 발광 다이오드, 전계방출 디스플레이와 플라즈마 디스플레이 패널에 그 응용성을 넓히고 있다. 마그네슘 니오베이트(magnesium niobate, MgNb2O6)는 우수한 유전 특성(상대 유전상수=18.4)을 나타내기 때문에 마이크로파 유전체로 응용 가능하며, 단일상 릴랙서 페라브스카이트(relaxor perovskite) Pb(Mg1/3Nb2/3)O3을 합성하기 위한 전구체 (precursor)로 널리 사용되고 있으며, 나이오븀산염 이온에서 다양한 색상을 방출하는 활성제 이온으로 효율적인 에너지 전달이 일어남으로써 Sm3+, Dy3+, Eu3+와 같은 희토류 이온의 좋은 모체 격자로 개발할 수 있다. 본 연구에서는 마그네슘 니오베이트 MgNb2O6 모체 결정에 다양한 활성제 이온, 즉 Eu3+, Sm3+, Dy3+, Tb3+를 선택적으로 주입하여 발광 효율이 높은 천연색 형광체를 합성하고자 한다. 특히, 모체 결정에 주입되는 활성제 이온 주위의 국소적인 환경이 반전 대칭에서 변형되는 척도를 조사하여 활성제의 주 발광 파장의 세기가 최대가 되는 최적의 조건을 결정하고자 한다. Mg1-1.5xNb2O6:REx3+ 형광체 분말 시료는 초기 물질 MgO, Nb2O5와 희토류 이온을 화학 반응식에 맞게 정밀 저울로 측량하여 플라스틱 용기에 ZrO2 볼과 함께 넣고, 소정의 에탄올을 채운 뒤 밀봉하고서, 300 rpm의 속도로 20시간 볼밀 (ball-mill) 작업을 수행하였다. 그 후, 체(sieve)로 ZrO2 볼을 걸러낸 다음에 혼합된 용액을 각 비커에 담아서 $40^{\circ}C$의 건조기에서 24시간 건조하였고, 건조된 시료를 막자 사발에 넣고 잘게 갈고 80 ${\mu}m$의 체로 걸러낸 후에, 알루미나 도가니에 활성제 이온별로 각각 담아, 전기로에 장입하여 매분당 $5^{\circ}C$의 비율로 온도를 상승시켜 $350^{\circ}C$에서 5시간 동안 하소 공정을 실시한 후에, 온도를 계속 일정한 율로 증가시켜 $1,200^{\circ}C$에서 5시간 동안 소성하여 합성하였다. 합성된 형광체 분말의 결정 구조는 $Cu-K{\alpha}$ 복사선(파장: 1.5406)을 사용하여 X-선회절장치로 측정하였으며, 형광체의 표면 형상은 전계형 주사전자현미경으로 관측하였다. 흡광와 발광스펙트럼은 제논 램프를 광원으로 갖는 형광 광도계를 사용하여 측정하였다. 모체 결정에 활성제 이온 Eu3+, Sm3+, Dy3+, Tb3+가 도핑된 형광체 분말은 각각 적색, 주황색, 황색, 녹색 발광이 관측되었다. 각 발광 스펙트럼과 결정 입자의 크기와 형상 사이의 상호 관계를 조사하였다. 실험 결과로부터, 각 형광체의 발광 파장은 활성제 이온의 종류 와 서로 밀접하게 관련되어 있으며, 형광체 시료 합성시 활성제 이온의 농도를 선택적으로 조절함으로써 발광의 세기를 제어할 수 있음을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제37권4호
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• pp.457-463
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• 2024

(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃(BNT) piezoelectric ceramics are one of the promising materials that can replace Pb(Zr, Ti)O₃(PZT) piezoelectric ceramics due to the high electromechanical strain properties. However, it is still difficult to use practical applications because the required electric field for inducing electromechanical strain is relatively higher than that of PZT ceramics. To overcome this problem, it has been intensively studied on doping impurity or modifying other ABO₃ for BNT-based piezoelectric ceramics. Therefore, this study investigated the effects of La₂O₃ doping on the phase transition behavior and electromechanical strain properties in BNT-SrTiO₃ (BNT-ST) lead-free piezoelectric ceramics. In the case of the temperature-dependent dielectric properties, it was confirmed that a phase transition from ferroelectrics to relaxors is induced with increasing La₂O₃ content. As a result, the electromechanical strain properties of BNT-ST ceramics were improved. The highest S_max/E_max value corresponding to 300 pm/V was obtained at 2 mol% La₂O₃-dopped BNT-ST ceramics. Accordingly, this study successfully demonstrated that La₂O₃ doping is effective on the inducing phase transition from ferroelectrics to relaxors and the improving electromechanical strain properties of BNT-ST lead-free piezoelectric ceramics.