[논문]PZT 기반의 PZN-PNN-PZT 압전 소자의 다양한 조건에 따른 압전 특성 변화

최정식; 이창현; 신효순; 여동훈; 이준형

doi:10.4313/jkem.2017.30.11.688

PZT 기반의 PZN-PNN-PZT 압전 소자의 다양한 조건에 따른 압전 특성 변화
Piezoelectric Characteristics of PZT-Based PZN-PNN-PZT Piezoelectric Devices According to Various Conditions 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.30 no.11, 2017년, pp.688 - 692

최정식 (한국세라믹기술원 전자융합소재본부) , 이창현 (한국세라믹기술원 전자융합소재본부) , 신효순 (한국세라믹기술원 전자융합소재본부) , 여동훈 (한국세라믹기술원 전자융합소재본부) , 이준형 (경북대학교 신소재공학부 전자재료공학)

Abstract ▼ AI-Helper

$Pb(Zr,\;Ti)O_3$ (PZT) is a piezoelectric material applied in a typical actuator and has been actively studied. However, in order to overcome the limitations of PZT, piezoelectric ceramics comprising mixed solid solutions of PZT with various relaxer electric materials have been studied. The $Pb(Zn_{1/3}Nb_{2/3})-Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})-Pb(Zr,\;Ti)O_3$ (PZN-PNN-PZT) piezoelectric ceramic, known to have high piezoelectric constant and electromechanical coupling coefficient, was studied herein. The piezoelectric characteristics with various Zr contents (Zr/Ti ratios), PZN molar ratios, and sintering temperatures were compared. The piezoelectric properties of $d_{33}=580pC/N$ and $k_P=0.68$ were obtained with the $0.1PZN-0.2PNN-0.7PbZr_{0.46}Ti_{0.54}O_3$ composition sintered at $1,290^{\circ}C$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 PZT를 기반으로 한 xPZN-0.2PNN-(0.8-x)PbZr_yTi_1-yO₃(0.05≤x≤0.25, 0.46≤y≤0.54)를 통상적인 고상 반응법을 통하여 PZT 기반의 3성분계 압전 세라믹스를 제조하여 Zr 함량 변화, PZN 몰 비율에 따른 변화 그리고 소결 온도에 따른 변화를 각각 순차적으로 적용시켜 PZT 기반의 가장 최적화된 3성 분계 압전 세라믹스에 대해 알아보고자 하였다.

제안 방법

PZN-PNN-PZT를 통상적인 공정법을 이용하여 Zr 함량(Zr/Ti 비), PZN 몰비 그리고 소결 온도에 변화를 주었고 그에 따른 압전 특성 변화를 관찰하였다. Zr 함량＝46% (Zr/Ti 비＝0.

대상 데이터

본 연구에 사용된 분말은 PbO (99.5%, 단석사업, Korea), ZnO (99.9%, NOAH, Korea), NiO (99.7%, Umicore, Korea), Nb₂O₅ (99.8%, New-Tech, Korea), ZrO₂ (99.6%, Z-Tech, Korea) 그리고 TiO₂ (99.9%, Ferro, Korea)를 사용하였으며 통상적인 고상 반응법을 이용하여 제조하였다.

성능/효과

17)에서 실험을 진행하였다. Zr 함량이 46% (Zr/Ti 비 0.85)인 샘플에서 가장 높은 d₃₃＝530 pC/N, K_p＝0.63 값을 얻었다. 이에 따라 Zr 함량을 46% (Zr/Ti 비 0.
1의 조성일 때 1,290℃에서 소결하였다. 그 결과 단일 perovskite 상의 생성을 확인하였고, d₃₃＝580 pC/N, k_P＝0.68의 우수한 압전 특성 값을 가지는 것을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	엑츄에이터용 압전 소자를 측정하는 평가 방법에는 무엇이 있는가?	납(lead, Pb)기반의 압전 재료는 센서, 엑츄에이터, 초음파 모터와 같은 전기 기계 변환 응용 분야에서 매우 중요한 역할을 한다 [1,2]. 이러한 엑츄에이터용 압전 소자를 측정하는 대표적인 평가 방법으로는 압전 정수(piezoelectric constant, d33), 전기 기계 결합 계수(electromechanical coupling coefficeinet, kP) 등을 들 수 있다. 대표적인 압전 재료인 Pb(Zr, Ti)O3(PZT)에 대한 많은 연구를 [3-5] 통하여, 압전 정수 및 전기 기계 결합 계수에 대한 재료 한계(d33≒400 pC/N, kP≒0.
	압전 재료에서 일어나는 단점 중에 하나인 이력현상을 해결하기 위해 어떤 연구가 진행되는가?	5)에 도달하였고, 또한 임계치 이상의 전계가 가해질 시, 분극 반전에 의한 이력현상이 일어나는 단점이 있음이 보고되었다. 이러한 문제점을 해결하고자 이력현상이 비교적 작은 전왜 효과(flexoelectricity)를 가진 재료를 첨가하여서 2성분계, 3성분계 이상의 복합perovskite 구조를 제조하여 엑츄에이터용 압전 소자로써, 좋은 특성을 가지는 재료에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
	납(lead, Pb)기반의 압전 재료는 어디에 응용되는가?	납(lead, Pb)기반의 압전 재료는 센서, 엑츄에이터, 초음파 모터와 같은 전기 기계 변환 응용 분야에서 매우 중요한 역할을 한다 [1,2]. 이러한 엑츄에이터용 압전 소자를 측정하는 대표적인 평가 방법으로는 압전 정수(piezoelectric constant, d33), 전기 기계 결합 계수(electromechanical coupling coefficeinet, kP) 등을 들 수 있다.

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