[논문]Guide for Processing of Textured Piezoelectric Ceramics Through the Template Grain Growth Method

Temesgen Tadeyos Zate; Jeong-Woo Sun; Nu-Ri Ko; Hye-Lim Yu; Woo-Jin Choi; Jae-Ho Jeon; Wook Jo

doi:10.4313/jkem.2023.36.4.4

Guide for Processing of Textured Piezoelectric Ceramics Through the Template Grain Growth Method 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.36 no.4, 2023년, pp.341 - 350

Temesgen Tadeyos Zate (Department of Materials Science and Engineering, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)) , Jeong-Woo Sun (Department of Materials Science and Engineering, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)) , Nu-Ri Ko (Department of Materials Science and Engineering, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)) , Hye-Lim Yu (Department of Materials Science and Engineering, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)) , Woo-Jin Choi (Department of Materials Science and Engineering, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)) , Jae-Ho Jeon (Department of Functional Powder Materials, Korea Institute of Materials Science) , Wook Jo (Department of Materials Science and Engineering, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST))

초록
AI-Helper

압전 세라믹스는 전기에너지와 기계에너지를 상호 전환할 수 있는 성질을 기반으로 엑츄에이터 및 트렌스듀서 등에 사용되는 핵심 소재이다. 결정배향 성장법(TGG)은 다결정 세라믹스의 압전 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법으로 많은 주목을 받고 있다. 하지만, TGG 방식을 통해 결정립을 배향하는 과정은 여러 단계의 최적화가 필요하기 때문에 입문자에게는 상당히 도전적인 기술이다. 따라서 이 기고문에서는 입문자의 입장에서 TGG를 가장 쉽게 접근할 수 있도록 납작한 모양의 템플릿을 합성하기 위한 용융염 합성기법 및 실제 결정배향을 위한 Tape Casting 과정 나아가 배향도를 향상시키기 위해 주의할 점에 이르기까지 TGG 전반에 대한 내용을 제공하고자 한다. 본 기고문이 TGG 방법에 대한 이해도를 높이고 활용 및 개선하고자 하는 모든 연구자들에게 정보 및 통찰을 제공할 수 있는 기본 참고서가 되기를 희망한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The templated grain growth (TGG) method has gained significant attention for its ability to produce highly textured piezoelectric ceramics with significantly enhanced performance, making it a promising method for transducer and actuator applications. However, the texturing process using the TGG method requires the optimization of multiple steps, which can be challenging for beginners in this field. Therefore, in this tutorial, we provide an overview of the TGG method mainly based on our previous published works, including its various processing steps such as synthesizing anisotropic-shaped templates with size and size distribution control using the molten salt synthesis technique, tape casting, and identifying key factors for proper alignment of the templates in the target matrix system. Our goal is to provide a resource that can serve as a basic reference for researchers and engineers looking to improve their understanding and utilization of the TGG method for producing textured piezoelectric ceramics.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Illustration of three different template-based methods for producing textured ceramics - (a) TGG, (b) RTGG, and (c) HTGG.
그림 Fig. 2. (a) XRD of Bi₄Ti₃O₁₂ and (b) BaTiO₃.
그림 Fig. 3. Topochemical microcrystal conversion (two-step synthesis of BT template).
그림 Fig. 4. (a) SEM image of BiT template synthesized at 1,000℃ for 1 h, (b) SEM image of BiT template synthesized at 1,100℃ for 1 h, (c) SEM image of BT template synthesized using the BiT template shown in (a), and (d) SEM image of BT template synthesized using the BiT template shown in (b).
그림 Fig. 6. BaTiO₃ template stability in the PMN–PZ–PT material system.
그림 Fig. 5. (a) Schematic illustration of the sedimentation process to remove small-sized BT particles, (b) SEM image of the BT template after sedimentation, showing a reduction in the population of smaller templates compared to the as-synthesized BT template shown in Fig. 3(d), and (c) SEM image of removed BT particles (The solvent used for the sedimentation process was deionized water).
그림 Fig. 7. (a) Screen printing and (b) tape casting (tape casting allows for the fabrication of larger scales compared to screen printing).
그림 Fig. 8. Illustrates the schematic diagrams of factors affecting the alignment of templates during the tape casting process.
그림 Fig. 10. Illustration of the process steps for (a) slurry preparation, (b) tape casting, and (c) green body making.
그림 Fig. 9. (a) Variation of blade gap while keeping casting speed at 22 cm/min and (b) variation of casting speed while keeping blade gap at 200 μm.
표 Table 1. Optimal conditions for slurry preparation for tape casting, including the weight percentage of PMN–PZ–PT powder, solvent, dispersant, binder, and plasticizer.
그림 Fig. 11. The binder burnout schedule for the sample prepared in Fig.10(c).
그림 Fig. 13. Degree of texture analysis using SEM (a), XRD (b), and EBSD (c) for textured 0.4PMN-0.22PZ-0.38PT ceramics sintered at 1,200℃ [the red color in the EBSD map signifies the (00l) crystallographic direction].
$Fig. 12. (a) schematic figure on the sintering temperature (ST) versus the volume fraction of the TGG grain and (b) XRD of the random and textured ceramics using 3 vol% of BT template for texturing of 0.4PMN-0.22PZ-0.38PT ceramics at a sintering temperature of 1,000℃, 1,100℃, and 1,200℃ at a fixed sintering time of 10 h.$ 그림 Fig. 12. (a) schematic figure on the sintering temperature (ST) versus the volume fraction of the TGG grain and (b) XRD of the random and textured ceramics using 3 vol% of BT template for texturing of 0.4PMN-0.22PZ-0.38PT ceramics at a sintering temperature of 1,000℃, 1,100℃, and 1,200℃ at a fixed sintering time of 10 h.

참고문헌 (10)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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