압전세라믹은 발진자, 레조네이터, 액추에이터 등과 같은 전자부품소재로 실용화되고 있으며 전기기계 결합계수(kp), 기계적 품질계수(Qm), 압전계수(d33) 등과 같은 압전 특성이 뛰어난 Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)계 물질이 사용되고 있다. 그러나 PZT계 화합물로 제작된 전자부품들은 인체와 환경에 유해한 ...
압전세라믹은 발진자, 레조네이터, 액추에이터 등과 같은 전자부품소재로 실용화되고 있으며 전기기계 결합계수(kp), 기계적 품질계수(Qm), 압전계수(d33) 등과 같은 압전 특성이 뛰어난 Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)계 물질이 사용되고 있다. 그러나 PZT계 화합물로 제작된 전자부품들은 인체와 환경에 유해한 납(Pb)이 60wt% 이상 포함되어 있어 선진국에서는 생산과 사용을 제한하고 있다. 이 때문에 최근 산업계에서는 납이 포함되지 않는 친환경 무연(lead-free) 압전 소재 개발이 요구되고 있다. 최근, Bi계 무연 압전세라믹스의 대표주자라 할 수 있는 BNT-BKT세라믹스 및 그 변성계에서는 높은 전계유기 변형을 나타내어 주목을 받았다. 그러나 높은 변형률은 고전계에서만 발생되기 때문에 액추에이터 등의 응용분야에 적용하기 위해서는, 높은 변형이 저전계에서 나타나도록 개선할 필요가 있다. 본 연구에서는, 거대변형이 나타나기 위한 임계 전계 값 (Ecrit)을 보다 낮추기 위해 강유전성 Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5O3 (BNKT)입자를 완화형 강유전체 (relaxor, 이하 RE)인 0.98Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3-0.02LaFeO3 (BNKT2LF) 및0.97Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3-0.03LiFeO3 (BNKT3LF) 고용체에 고루 분산시키는 방법을 이용하여 Relaxor (RE) - Ferroelectric (FE) 세라믹 복합소재 제작을 시도하였다 BNKT를 0, 10, 20, 30, 50 그리고 100wt%의 비율로 BNKL2LF 및 BNKT3LF에 각각 혼합하여 결정구조, 밀도, 미세구조, 유전특성 그리고 전계유기 변형율 (electric-field-induced strain)의 변화를 살펴보고 분석하였다. BNKT2LF, BNKT3LF 및 BNKT세라믹은 각각 하소하여 페로브스카이트상을 형성시킨 후 혼합분말로 만들었으며, disk형 몰드로 성형을 한 후 전기로를 이용하여 소결하였다. 대체적으로 세라믹 복합소재의 전계 유기변형율은 BNKT의 비율이 높아짐에 따라 저전계 변형특성이 향상되었으며, BNKT2LF에 10wt%의 BNKT를 첨가하였을 때, 저전계 3 kV/mm에서 normalized strain (Smax/Emax)= 501 pm/V라는 높은 변형률 값을 얻을 수 있었다. 이러한 결과로 볼 때 BNKL2LF-BNKT 세라믹 복합소재는 향후 액추에이터로 제작, 적용이 가능한 후보 물질로 생각되며, 무연압전세라믹스를 복합소재로 제작하는 방법이 기존의 무연압전세라믹스의 한계를 극복할 수 있는 전도유망한 방법이라 생각된다.
압전세라믹은 발진자, 레조네이터, 액추에이터 등과 같은 전자부품소재로 실용화되고 있으며 전기기계 결합계수(kp), 기계적 품질계수(Qm), 압전계수(d33) 등과 같은 압전 특성이 뛰어난 Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)계 물질이 사용되고 있다. 그러나 PZT계 화합물로 제작된 전자부품들은 인체와 환경에 유해한 납(Pb)이 60wt% 이상 포함되어 있어 선진국에서는 생산과 사용을 제한하고 있다. 이 때문에 최근 산업계에서는 납이 포함되지 않는 친환경 무연(lead-free) 압전 소재 개발이 요구되고 있다. 최근, Bi계 무연 압전세라믹스의 대표주자라 할 수 있는 BNT-BKT세라믹스 및 그 변성계에서는 높은 전계유기 변형을 나타내어 주목을 받았다. 그러나 높은 변형률은 고전계에서만 발생되기 때문에 액추에이터 등의 응용분야에 적용하기 위해서는, 높은 변형이 저전계에서 나타나도록 개선할 필요가 있다. 본 연구에서는, 거대변형이 나타나기 위한 임계 전계 값 (Ecrit)을 보다 낮추기 위해 강유전성 Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5O3 (BNKT)입자를 완화형 강유전체 (relaxor, 이하 RE)인 0.98Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3-0.02LaFeO3 (BNKT2LF) 및0.97Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3-0.03LiFeO3 (BNKT3LF) 고용체에 고루 분산시키는 방법을 이용하여 Relaxor (RE) - Ferroelectric (FE) 세라믹 복합소재 제작을 시도하였다 BNKT를 0, 10, 20, 30, 50 그리고 100wt%의 비율로 BNKL2LF 및 BNKT3LF에 각각 혼합하여 결정구조, 밀도, 미세구조, 유전특성 그리고 전계유기 변형율 (electric-field-induced strain)의 변화를 살펴보고 분석하였다. BNKT2LF, BNKT3LF 및 BNKT세라믹은 각각 하소하여 페로브스카이트상을 형성시킨 후 혼합분말로 만들었으며, disk형 몰드로 성형을 한 후 전기로를 이용하여 소결하였다. 대체적으로 세라믹 복합소재의 전계 유기변형율은 BNKT의 비율이 높아짐에 따라 저전계 변형특성이 향상되었으며, BNKT2LF에 10wt%의 BNKT를 첨가하였을 때, 저전계 3 kV/mm에서 normalized strain (Smax/Emax)= 501 pm/V라는 높은 변형률 값을 얻을 수 있었다. 이러한 결과로 볼 때 BNKL2LF-BNKT 세라믹 복합소재는 향후 액추에이터로 제작, 적용이 가능한 후보 물질로 생각되며, 무연압전세라믹스를 복합소재로 제작하는 방법이 기존의 무연압전세라믹스의 한계를 극복할 수 있는 전도유망한 방법이라 생각된다.
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