[논문]에너지하베스팅 소자용 PZW-PMN-PZT 세라믹의 압전특성

정영호; 남석호; 김승래; 정주현; 류주현; 이갑수; 이유형

에너지하베스팅 소자용 PZW-PMN-PZT 세라믹의 압전특성
Piezoelectric Properties of PZW-PMN-PZT Ceramics for Energy Harvesting Devices 원문보기

정영호 (충주대학교 전기공학과) , 남석호 (충주대학교 전기공학과) , 김승래 (충주대학교 전기공학과) , 정주현 (충주대학교 전기공학과) , 류주현 (세명대학교 전기공학과) , 이갑수 (세명대학교 전기공학과) , 이유형 (세명대학교 전기공학과)

In this study, in order to develop the composition of ceramics capable of being sintered at low temperature with high piezoelectric properties, PZW-PMN-PZT system ceramics for piezoelectric energy harvesting application were manufactured according to the amount of PZW addition. And also, their microstructural, dielectric and piezoelectric properties were investigated. At the sintering temperature of $930^{\circ}C$, a 5 mol% PZW substituted specimen showed a maximum value of density = $7.905g/cm^3$, kp = 0.585, $d_{33}$ = 351pC/N and Qm =1,254, respectively.

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문제 정의

압전 에너지 하베스팅 시스템에서 핵심이 되는 것은 압전세라믹스의 성능이다. 따라서 본 연구에서는 압전세라믹스를 압전 에너지 하베스팅에 활용하기 위한 연구의 일환으로 PMN-PZT 세라믹스에 PZW 치환하고 소결조재를 사용하여 930笆의 소결온도에서 저온소결하여 PMN-PZT-PZW세라믹스를 제작하고 그 압전 및 유전특성을 관찰하였다

가설 설정

1. 모든 시편에서 이차상 없이 tetargonal phase을 보였다

제안 방법

평량은 PbO와 소결첨가제를 제외한 나머지를 조성비대로 전자천평을 사용하여 l(Rg까지 평량하였으며, 1차 혼합 및 1차 건조는 평량된 원료를 지르코니아 볼@=3哑)을 사용하여 아세톤으로 24시간 동안 혼합 . 분쇄하였고, 혼합분쇄가 완료된 시료를 80"C의 전기오븐에서 완전히 건조시켰다 건조된 분말을 조립한 후 알루미나 도가니에서 1100P로 4시간 동안 하소하였다. 하소된 파우더에 PbO를 넣고 2차 혼합 분쇄를 하였고, 건조후 750℃ 에서 2시간동안 2차 하소를 하였다 하소된 시료에 소결첨가제를 넣고 지르코니아 볼(4>=3飾)을 사용하여 아세톤으로 24시간 동안 재혼합 .
성형된 시편은 600笆에서 3시간동안 결합제를 휘발시킨뒤, 930笆에서 2시간 소결하고, 온도의 상승 및 하강 시간은 30/min이었다. 소결이 끝난 시편의 전기적 특성을 측정하기 위하여 1並의 두께로 연마한 후, Ag 전극을 스크린프린팅법으로 도포하여 60CTC에서 10분간 열처리하여 전극을 형성시켰다. 전극 도포가 완료된 시편들은 1201의 실리콘 오일 속에서 30kV/cm의 전계를 30분간 가하여 분극처리를 하여 상온에서 24시간 경과한 후 제반 압전특성을 측정하였다.
소결이 끝난 시편의 전기적 특성을 측정하기 위하여 1並의 두께로 연마한 후, Ag 전극을 스크린프린팅법으로 도포하여 60CTC에서 10분간 열처리하여 전극을 형성시켰다. 전극 도포가 완료된 시편들은 1201의 실리콘 오일 속에서 30kV/cm의 전계를 30분간 가하여 분극처리를 하여 상온에서 24시간 경과한 후 제반 압전특성을 측정하였다.
시편의 제조 과정은 [그림 3]과 같다. 평량은 PbO와 소결첨가제를 제외한 나머지를 조성비대로 전자천평을 사용하여 l(Rg까지 평량하였으며, 1차 혼합 및 1차 건조는 평량된 원료를 지르코니아 볼@=3哑)을 사용하여 아세톤으로 24시간 동안 혼합 . 분쇄하였고, 혼합분쇄가 완료된 시료를 80"C의 전기오븐에서 완전히 건조시켰다 건조된 분말을 조립한 후 알루미나 도가니에서 1100P로 4시간 동안 하소하였다.

대상 데이터

본 실험에서는 산화물 혼합법을 이용하여 시편을 제조하였다. 시편의 제조 과정은 [그림 3]과 같다.

성능/효과

2. PZW의 치환은 저온소성에서 밀도를 높이는 것을 도왔다.
3. PZW의 치환은 소결성을 증가시켜 모든 시편의 압전 및 유전특성을 개선하는 결과를 나타내었다.
것이다. PZW가 치환되지 않은 시편에서는 밀도가 낮은 특성을 나타내었고, PZW치환양이 증가할수록 시편의 밀도가 증가하는 특성을 나타내었다.

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