선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 또한 전계의 강도의 변화에 따라 공진주파수와 출력압 등도 영향을 받게 되는데, 이는 세라믹 압전체가 갖는 영률과의 연관성이 크다. 본연구에서는 외부의 기계적 응력이 적층형 세라믹 압전 액추에이터의 기계적 변위에 미치는 영향을 domain의 이동의 관점에서 고찰하였다.
제안 방법
- -O.&PbZm* T10.525O3) 조성의 압전 재료를 conventional ceramic process로 제조하여, 후막공정으로 적층형 세라믹 압전 액추에이터를 제조한 후 적층체의 전계 강도, 압축응력, 변위, 임피던스 의 상호관계를 고찰하고, 이를 domain구조 이론을 도입하여 해석하였다.
- 제조된 분말을 유기용매 (MEK/Ethyl Alcohol)와 분산제 (Texaphor 963)를 넣고 24시간 동안 볼밀링 한 후 결합제 (PVB)와 가소제 (DBP) 를 첨가하고 다시 24시간 동안 볼 밀링 하여 slurry를 제조한 후 닥터 블레이드법 으로 100 ㎛ 의 green sheet를 제조하였다. green sheet 위에 여러 가지 전극면적(즉, 적층체의 단면적)을 갖도록 screen printing 하여, 100층의 세라믹/전극 적층 체를 구성하였다. 전극재는 70Ag-30Pd paste를 이용하였는데, 본 연구에 사용한 세라믹/전극 압전 적층 체의 형상은 표 1에 나타내었다.
- 9 %이상인 PbO, ZrO2, TiO2, MnO2, Nb2O5 분말을 출발원료로 사용하여 압전재료를 합성하였다. 고상반응 과정에서 생성될 수 있는 pyrochlore 상을 억제하기 위해 MnQ;와 NbzQ;를 우선 반응시키고, PbO, TiO2, ZrO2를 2차로 고상 반응시키는 방법, 즉 columbite precursor 방법을 이용하여 0.6Pb(Mni/3Nbz/3)03_0.4Pb(Zro.475Tio.525)03 (이하 PMN-PZT) 조성의 세라믹 압전 분말을 합성하였다. 이렇게 합성된 PMN-PZT소재의 큐리온도 는 355 ℃, 압전상수 &는 530 pC/N의 값을 나타냈다.
- 그런 후 다시 압축응력을 제거하고 같은 방법으로 웅력을증가하면서 변형률을 관찰하였다. 이러한 응력인가를 반복적으로 3번 실시하였다.
- 적층형 세라믹 압전 액추에이터에 150 MPa까지 압축응력을 높이면서 변형률을 측정하였다. 그런 후 다시 압축응력을 제거하고 같은 방법으로 응력을 증가하면서 변형률을 관찰하였는데, 이를 세 사이클 반복하였다. 그 결과 일정 압축응력까지는 압축응력이 커짐에 따라 변형율이 증가하다가 감소하였고, 사이클이 반복됨에 따라, 전체적인 변형율이 크게 감소하였는데 이는 domain 재배열과 이동에 대한 내부저항응력, 임계압축응력에 기인하는 것으로 해석하였다.
- 압축응력이 액추에이터의 전기적 특성에 미치는 영향을 평가하기위한 임피던스 및 정전용량은 앞 조건에서와 똑같은 압축응력의 변화에 따라서 Impedence analyzer(HP4194A)를 이용하여 측정하였다.
- 액추에이터의 비선형적 특성 변화는 공진주파수와 영률의 변화로도 관찰하는 것이 가능한데[7, 8], 본 연구에서 제작된 적층형 세라믹 압전 액추에이터의 비선형 기계적 특성은 일정한 전계를 인가한 상태에서 압축응력의 변화에 따른 변화를 측정, 분석하는 방법을 이용하였다.
- 외부 응력부하 변화에 따른 전계유기변형특성은 100V(전계 1 kV/mm), 10 Hz에서 laser vibro-meter(Gratec Co.)를 사용하여 측정하였는데, 외부응력 부하는 0에서 165 MPa까지 압축 응력 인가량을 변화시켰는데, 매15 MPa마다 전계 유기 변형값을 측정하였다.
- 원료물질로부터 PMN-PZT계 압전분말을 합성하고, 그것을 이용하여 적층형 세라믹 압전 액추에이터를 제작하여 전계 강도-압축응력-압전상수의상호 관계에 대해서 고찰하였다. 적층형 세라믹 압전 액추에이터에 150 MPa까지 압축응력을 높이면서 변형률을 측정하였다.
- 그런 후 다시 압축응력을 제거하고 같은 방법으로 웅력을증가하면서 변형률을 관찰하였다. 이러한 응력인가를 반복적으로 3번 실시하였다. 첫 번째 응력을 인가할 때는, 20 MPa 정도의 압축 응력에서 조그만 변위 peak을 형성하고, 압축 응력이 커질수록 거의 직선적으로 감소해서 165 MPa의 압축응력에서의 변형률은 0.
- 의미 있는 현상으로서, 이론적, 실험적 고찰이 요구되는 현상이다. 인계전압을 일정하게 하고, 압축응력을 변화에 따라서 변위의 변화를 고찰하였다.
- 적층형 세라믹 압전 액추에이터에 150 MPa까지 압축응력을 높이면서 변형률을 측정하였다. 그런 후 다시 압축응력을 제거하고 같은 방법으로 웅력을증가하면서 변형률을 관찰하였다.
- 제작된 적층형 세라믹 압전 액추에이터는 외부응력 부하에서의 전계유기변형특성, 임피던스, 정전용량을 측정하였다.
- 이렇게 합성된 PMN-PZT소재의 큐리온도 는 355 ℃, 압전상수 &는 530 pC/N의 값을 나타냈다. 제조된 분말을 유기용매 (MEK/Ethyl Alcohol)와 분산제 (Texaphor 963)를 넣고 24시간 동안 볼밀링 한 후 결합제 (PVB)와 가소제 (DBP) 를 첨가하고 다시 24시간 동안 볼 밀링 하여 slurry를 제조한 후 닥터 블레이드법 으로 100 ㎛ 의 green sheet를 제조하였다. green sheet 위에 여러 가지 전극면적(즉, 적층체의 단면적)을 갖도록 screen printing 하여, 100층의 세라믹/전극 적층 체를 구성하였다.
- 제조된 세라믹/전극 압전 적층체를 1100 ℃에서 2 시간 동안 소결한 후 Ag paste를 사용하여 외부 전극을 형성하여 적층형 세라믹 압전 액추에이터(MCA)를 제조하였다. 제조된 적층형 세라믹 압전액추에이터는 150 ℃에서 전계 3 kV/mm를 인가면서 열처리하여 분극처리 하였다.
대상 데이터
- 순도가 99.9 %이상인 PbO, ZrO2, TiO2, MnO2, Nb2O5 분말을 출발원료로 사용하여 압전재료를 합성하였다. 고상반응 과정에서 생성될 수 있는 pyrochlore 상을 억제하기 위해 MnQ;와 NbzQ;를 우선 반응시키고, PbO, TiO2, ZrO2를 2차로 고상 반응시키는 방법, 즉 columbite precursor 방법을 이용하여 0.
- green sheet 위에 여러 가지 전극면적(즉, 적층체의 단면적)을 갖도록 screen printing 하여, 100층의 세라믹/전극 적층 체를 구성하였다. 전극재는 70Ag-30Pd paste를 이용하였는데, 본 연구에 사용한 세라믹/전극 압전 적층 체의 형상은 표 1에 나타내었다.
성능/효과
- 그런 후 다시 압축응력을 제거하고 같은 방법으로 응력을 증가하면서 변형률을 관찰하였는데, 이를 세 사이클 반복하였다. 그 결과 일정 압축응력까지는 압축응력이 커짐에 따라 변형율이 증가하다가 감소하였고, 사이클이 반복됨에 따라, 전체적인 변형율이 크게 감소하였는데 이는 domain 재배열과 이동에 대한 내부저항응력, 임계압축응력에 기인하는 것으로 해석하였다. 또한, 일정한 압축응력에서 전계강도가 증가할수록 준 압전상수가 압축응력의 크기에 상관없이 완만하게 증가하였는데, 이러한 경향은 대부분의 소프트 압전 세라믹스에서 나타내는 현상인데, 이 역시 domain의 재배열과 이동에 기인하는 것으로 사료된다.
- 그 결과에 의하면, 압축응력 변화에 따른 변형율이 거의 없었는데, 이는 액추에이터 제작에 사용된 압전체의 압축응력에 대한 내력이 100 MPa 이상인 것을 보여주는 결과이다.
- 20 MPa의 압축응력에서 전계유기 변형률이 최고가 되는 것은 압죽응력이 커짐에 따라, 압축응력에 의한 180°에서 어긋난 domain/1800 domain 비율이 증가하기 때문이며, 그이상의 압축응력에서는 180°에서 어긋난 domain0] 1800 domain으로 배열되는데 필요한 에너지가 증가되어 거기에 비례하여 변형율이 적어진다. 두 번째 사이클에서도 첫 번째 사이클과 유사한 경향을 보여주는데, 다만, 변형률이 첫 번째 사이클에서 보다 전체적으로 낮아졌고, 변형율이최고가 되는 peak이 나타나는 압축응력이 20 MPa 에서 40 MPa로 약간 증가하였다. 이는 압축응력 변화 사이클이 반복됨에 따라서 적층형 세라믹 압전 액추에이터의 변위특성이 열화되기 때문으로 생각된다.
- 이러한 응력인가를 반복적으로 3번 실시하였다. 첫 번째 응력을 인가할 때는, 20 MPa 정도의 압축 응력에서 조그만 변위 peak을 형성하고, 압축 응력이 커질수록 거의 직선적으로 감소해서 165 MPa의 압축응력에서의 변형률은 0.002이하가 되었다. 20 MPa의 압축응력에서 전계유기 변형률이 최고가 되는 것은 압죽응력이 커짐에 따라, 압축응력에 의한 180°에서 어긋난 domain/1800 domain 비율이 증가하기 때문이며, 그이상의 압축응력에서는 180°에서 어긋난 domain0] 1800 domain으로 배열되는데 필요한 에너지가 증가되어 거기에 비례하여 변형율이 적어진다.
- 2-1 kV/mm이었으며 二t림 3에서 보듯이 응녁과 변형률의 기울기(영률)느 가 해준 선계에 따라 변화함을 알 수 있다. 측, 전계 강도가 증가할수록 영룰이 섬차로 감소함은 알 수 있다. 이러한 변화, 보다 訐 전계강노에서 많은 수의 domain들이 전계가 인가되는 방향으로 배열되기 때문인 것으로 여겨지I:데, 이렇게 배열된 domain 들이 압전체의 물성에 크게 영향을 미친다.
후속연구
- 세라믹 압전 액추에이터는, 다른 액추에이터에 비하여 응답속도, 정밀도, 분해능에서 아주 우수한 특성을 가지고 있어, 마이크로스테이지, 정밀 벨브 및 펌프, 초음파 모터등에 이용 가능하고 또 일부는 이미 상업화되어 있다. 세라믹과 전극을 교대로 적층하여 구성하는 적층형 세라믹 액추에이터는 구동전압을 낮추고, 압전 액추에이터의 단점인 발생력을 크게 향상시킬 수 있어, 정밀제어가 요구되는 전기전자 기기에 적용될 것으로 기대된다[1, 2].
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.