(Na0.5K0.5)NbO₃-LiSbO₃무연 압전 세라믹스에서 소결 첨가제가 물성에 미치는 영향 Effect of Sintering Aids on properties of (Na0.5K0.5)NbO₃-LiSbO₃Lead-free Piezoelectric Ceramics원문보기
대칭 중심을 갖지 않는 결정에 응력을 가하면 응력에 비례하는 유전 분극이 발생하고 그 양단에 +, -의 전하가 나타나는데 이러한 현상을 압전 정 효과라고 한다. 반대로 결정에 전기장을 가하여 변위가 발생되는데 이러한 현상을 압전 역효과라고 한다. 이러한 ...
대칭 중심을 갖지 않는 결정에 응력을 가하면 응력에 비례하는 유전 분극이 발생하고 그 양단에 +, -의 전하가 나타나는데 이러한 현상을 압전 정 효과라고 한다. 반대로 결정에 전기장을 가하여 변위가 발생되는데 이러한 현상을 압전 역효과라고 한다. 이러한 압전 세라믹스의 응용은 크게 3종류로 분류된다. 첫째는 기계적 에너지가 전기적인 에너지로 전환되는 현상을 응용하는 것으로 외부에서 소자의 전극 면에 작용하는 힘, 충격, 진동 등을 미소한 전기적 신호로 변화시켜주는 센서류와 외부의 충격에 의한 고전압 발생장치 등이 있다. 우선 센서류에는 음파 및 초음파, 진동, 접촉, 힘 압력, 자동차의 노킹, 가속도, 각속도 풍속 검지용 센서, 음향기기의 픽업 VTR 헤드, 피부접촉용 마이크로폰, 수중청음기, 맥박센서, 유아용 무호흡센서, 청진기, 혈압계등을 검지하는 센서가 있으며 도풀러 효과를 응용한 유속센서, 유속과 단면적으로부터 유량을 검지하는 유량 센서도 있다. 두 번째로는 전기적인 에너지를 기계적 에너지로 전화하여 사용하는 것으로 엑츄에이터류에는 가정용 가습기의 진동자 안경이나 의치초음파 용접기 또는 선형 및 회전형 초음파 모터, bimorph, 압전팬, 압전 부저, 압전 스피커 등이 있다. 세 번째로는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 이것을 다시 전기적 에너지로 변환하여 사용하는 것으로 비파괴 검사용 초음파탐상기, 산부인과용 초음파진단기, 어군탐지기, 휴대용 컴퓨터의 LED backlight용 압전 변압기 등에 사용되고 있다. 현제 가장 많이 사용하고 있는 PZT계 압전 세라믹재료는 우수한 압전 특성으로 매우 광범위하게 응용되고 있다. 그렇지만 산화납의 환경유해성, 독성, 제조 공정 중 높은 증기압으로 인하여 매우 심각한 환경오염의 원인으로 이슈화되어지고 있다. 이러한 환경적인 요구로 인해 PZT계와 유사한 우수한 압전 특성을 가지는 Lead Free계 압전 세라믹 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 활발히 연구 중인 Pb-free 압전 재료로는 크게 Bi-layer 계열, Bi-perovskite 계열, (Na,K)NbO3 계열, Tungsten Bronze 계열, BT 계열이 있다. 특히 Lead free세라믹 중 (Na,K)NbO3은 높은 상전이 온도(420→), 낮은 항전계(5KV/cm), 높은 잔류 분극등의 특성을 가지고 있어1-3) 납을 기본조성으로 하는 압전 세라믹스를 대체할 수 있는 대표적인 물질중의 하나로 여겨지고 있다. 그러 Na2CO3, K2CO3 등의 원료물질들의 높은 흡습성과 소결 중의 휘발로 인하여 일반 상용소결방법으로 높은 밀도를 가진 NKN계 소결체를 제조하기가 어려운 것으로 알려져 있다. 기존의 NKN계 세라믹스의 물성 연구는 Hot Press, Spark Plasma Sintering 등과 같은 고가의 제조공정을 이용하여 수행되었으며, 최근 들어 NKN에 여러 원소들을 첨가하고 상용 소결법을 이용하여 압전 특성이 향상된 다양한 새로운 조성이 발표되고 있다. 그러나 아직 소결성이 부족하여 이에 관한 연구가 필요하다. Pb계 세라믹의 경우 Pb의 휘발성이 문제가 되어 이를 해결하기 위해 Pb를 과잉를 첨가하여 이를 해결하는 방법이 있다. 그래서 이와 유사하게 0.95NKN-0.05LS세라믹스에서 소결 중 Na2O의 휘발4)이 일어나는 perovskite 구조의 A-site 이온들 중 Na를 과잉으로 첨가 하여 미세구조 및 압전 특성의 변화를 체계적으로 연구하여 압전 특성을 향상시키고자 하였다.
대칭 중심을 갖지 않는 결정에 응력을 가하면 응력에 비례하는 유전 분극이 발생하고 그 양단에 +, -의 전하가 나타나는데 이러한 현상을 압전 정 효과라고 한다. 반대로 결정에 전기장을 가하여 변위가 발생되는데 이러한 현상을 압전 역효과라고 한다. 이러한 압전 세라믹스의 응용은 크게 3종류로 분류된다. 첫째는 기계적 에너지가 전기적인 에너지로 전환되는 현상을 응용하는 것으로 외부에서 소자의 전극 면에 작용하는 힘, 충격, 진동 등을 미소한 전기적 신호로 변화시켜주는 센서류와 외부의 충격에 의한 고전압 발생장치 등이 있다. 우선 센서류에는 음파 및 초음파, 진동, 접촉, 힘 압력, 자동차의 노킹, 가속도, 각속도 풍속 검지용 센서, 음향기기의 픽업 VTR 헤드, 피부접촉용 마이크로폰, 수중청음기, 맥박센서, 유아용 무호흡센서, 청진기, 혈압계등을 검지하는 센서가 있으며 도풀러 효과를 응용한 유속센서, 유속과 단면적으로부터 유량을 검지하는 유량 센서도 있다. 두 번째로는 전기적인 에너지를 기계적 에너지로 전화하여 사용하는 것으로 엑츄에이터류에는 가정용 가습기의 진동자 안경이나 의치초음파 용접기 또는 선형 및 회전형 초음파 모터, bimorph, 압전팬, 압전 부저, 압전 스피커 등이 있다. 세 번째로는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 이것을 다시 전기적 에너지로 변환하여 사용하는 것으로 비파괴 검사용 초음파탐상기, 산부인과용 초음파진단기, 어군탐지기, 휴대용 컴퓨터의 LED backlight용 압전 변압기 등에 사용되고 있다. 현제 가장 많이 사용하고 있는 PZT계 압전 세라믹재료는 우수한 압전 특성으로 매우 광범위하게 응용되고 있다. 그렇지만 산화납의 환경유해성, 독성, 제조 공정 중 높은 증기압으로 인하여 매우 심각한 환경오염의 원인으로 이슈화되어지고 있다. 이러한 환경적인 요구로 인해 PZT계와 유사한 우수한 압전 특성을 가지는 Lead Free계 압전 세라믹 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 활발히 연구 중인 Pb-free 압전 재료로는 크게 Bi-layer 계열, Bi-perovskite 계열, (Na,K)NbO3 계열, Tungsten Bronze 계열, BT 계열이 있다. 특히 Lead free세라믹 중 (Na,K)NbO3은 높은 상전이 온도(420→), 낮은 항전계(5KV/cm), 높은 잔류 분극등의 특성을 가지고 있어1-3) 납을 기본조성으로 하는 압전 세라믹스를 대체할 수 있는 대표적인 물질중의 하나로 여겨지고 있다. 그러 Na2CO3, K2CO3 등의 원료물질들의 높은 흡습성과 소결 중의 휘발로 인하여 일반 상용소결방법으로 높은 밀도를 가진 NKN계 소결체를 제조하기가 어려운 것으로 알려져 있다. 기존의 NKN계 세라믹스의 물성 연구는 Hot Press, Spark Plasma Sintering 등과 같은 고가의 제조공정을 이용하여 수행되었으며, 최근 들어 NKN에 여러 원소들을 첨가하고 상용 소결법을 이용하여 압전 특성이 향상된 다양한 새로운 조성이 발표되고 있다. 그러나 아직 소결성이 부족하여 이에 관한 연구가 필요하다. Pb계 세라믹의 경우 Pb의 휘발성이 문제가 되어 이를 해결하기 위해 Pb를 과잉를 첨가하여 이를 해결하는 방법이 있다. 그래서 이와 유사하게 0.95NKN-0.05LS세라믹스에서 소결 중 Na2O의 휘발4)이 일어나는 perovskite 구조의 A-site 이온들 중 Na를 과잉으로 첨가 하여 미세구조 및 압전 특성의 변화를 체계적으로 연구하여 압전 특성을 향상시키고자 하였다.
Recently, lead-free piezoelectric ceramics have been researched for replacing Pb(Zr,Ti)O3-based ceramics due to environmental restrictions. (Na,K)NbO3-based piezoelectric ceramics show the best piezoelectric properties among several lead-free piezoelectric compositions like (Bi,Na)TiO3, Bi-layered s...
Recently, lead-free piezoelectric ceramics have been researched for replacing Pb(Zr,Ti)O3-based ceramics due to environmental restrictions. (Na,K)NbO3-based piezoelectric ceramics show the best piezoelectric properties among several lead-free piezoelectric compositions like (Bi,Na)TiO3, Bi-layered structure ferroelectrics, etc.[35] However, it is difficult to prepare dense NKN piezoelectric ceramics with excellent properties because of phase decomposition at hightemperature, poor-sinterbility and so on. In this work, we added CuO, ZnO and 1 wt% excess-alkali oxides, which are Na2O, K2O and mixure of Na2O and K2O, to (Na,K)NbO3-LiSbO3(NKN？CLS) ceramics to improve the sinterbility and piezoelectric properties. The effect of addition on the densification and the piezoelectric properties will be discussed And also in this work, we prepared 0.95(Na0.5K0.5)NbO3？C0.05LiSbO3 ceramics with 1 wt% excess Na2O by a conventional solid state process. Rapid abnormal grain growth was observed within very narrow sintering temperature range, 975~1000→ in 1 wt% Na2O-excess NKN-LS ceramics. Dielectric and piezoelectric properties were measured in the ceramics sintered at the temperature range using impedance analyzer(HP4194) and piezoelectric d33 meter, respectively. The relationship between piezoelectric properties and microstructure will be discussed. And also It apply multilayer ceramic capacitors(MLCC). Ceramics in the NKN-LS depend on temperature and Microstructure was observed. The effect of Microstructure properties will be discussed.
Recently, lead-free piezoelectric ceramics have been researched for replacing Pb(Zr,Ti)O3-based ceramics due to environmental restrictions. (Na,K)NbO3-based piezoelectric ceramics show the best piezoelectric properties among several lead-free piezoelectric compositions like (Bi,Na)TiO3, Bi-layered structure ferroelectrics, etc.[35] However, it is difficult to prepare dense NKN piezoelectric ceramics with excellent properties because of phase decomposition at hightemperature, poor-sinterbility and so on. In this work, we added CuO, ZnO and 1 wt% excess-alkali oxides, which are Na2O, K2O and mixure of Na2O and K2O, to (Na,K)NbO3-LiSbO3(NKN？CLS) ceramics to improve the sinterbility and piezoelectric properties. The effect of addition on the densification and the piezoelectric properties will be discussed And also in this work, we prepared 0.95(Na0.5K0.5)NbO3？C0.05LiSbO3 ceramics with 1 wt% excess Na2O by a conventional solid state process. Rapid abnormal grain growth was observed within very narrow sintering temperature range, 975~1000→ in 1 wt% Na2O-excess NKN-LS ceramics. Dielectric and piezoelectric properties were measured in the ceramics sintered at the temperature range using impedance analyzer(HP4194) and piezoelectric d33 meter, respectively. The relationship between piezoelectric properties and microstructure will be discussed. And also It apply multilayer ceramic capacitors(MLCC). Ceramics in the NKN-LS depend on temperature and Microstructure was observed. The effect of Microstructure properties will be discussed.
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