초록 ▼

본 연구는 전계 유기 변형률이 높은 Niobate 계 무연 소재를 얻기 위하여 다음과 같이 무연 압전 소재 분야에서 국제적인 신뢰와 교류를 쌓아온 울산대 이재신 교수 연구진과 칭화대 Jing-Feng Li 교수 연구진 간에 국제공동연구를 수행하였다. 이 과정에서 한국측 연구원으로 독일 Darmstadt 공대의 조욱박사가 참여하여 실질적으로는 한중독 3국 공동연구를 수행하였다.
한국 측에서는 전계 유기 변형 특성을 개선하기 위한 (K,Na)NbO₃ (KNN) 계 소재를 연구하였고, 중국 측에서는 반복 전계하에

본 연구는 전계 유기 변형률이 높은 Niobate 계 무연 소재를 얻기 위하여 다음과 같이 무연 압전 소재 분야에서 국제적인 신뢰와 교류를 쌓아온 울산대 이재신 교수 연구진과 칭화대 Jing-Feng Li 교수 연구진 간에 국제공동연구를 수행하였다. 이 과정에서 한국측 연구원으로 독일 Darmstadt 공대의 조욱박사가 참여하여 실질적으로는 한중독 3국 공동연구를 수행하였다.
한국 측에서는 전계 유기 변형 특성을 개선하기 위한 (K,Na)NbO₃ (KNN) 계 소재를 연구하였고, 중국 측에서는 반복 전계하에서의 KNN 계 소재의 피로현상을 연구하였다. 또한 독일 측에서는 한국측에서 최근 발견한 (Bi,Na)TiO₃ (BNT) 계 무연 압전소재의 거대 변형 기구 규명을 위한 측정 및 해석을 공동으로 추진하였다. 이 과정에서 5 차례의 상호방문 및 학술세미나를 개최하였고, 그 중 2013년 11월에 20여개국에서 1000여명이 제주 컨벤션센터에 참석한 ICAE 2013에서 이재신 교수가 학술 심포지엄을 총괄하는 TPC chair를 맡고, 조욱 교수가 강유전/압전 심포지엄 조직위원장을 중국측 Jing-Feng Li 교수가 공동조직위원장을 맡아 가장 성공적인 심포지엄을 진행하였다. 이 모임에서 한국 측 참여연구원인 한형수 박사, 조욱교수와 중국 측 과제 참여자 Jing-Feng Li, Ke Wang 교수가 무연 압전소재 분야의 초청강연도 하였다.
또한 본 연구를 통하여 SCI 논문 실적 면에서 세계적인 학술지인 한독 공동으로 Advanced Functional Materials와 J. Appl. Phys. 에 각 1편으로 2편 게재하였고, 한중공동으로 J. Appl. Phys.에 1편을 게제 수락받았고, 울산대 단독으로 Mater. Chem. Phys. 지에 1편을 게재하는 성과를 올렸다. 학술적인 면에서 연구결과를 간략히 소개하면 다음과 같다.
① KNN 계 변형특성 개선 연구
KNN계 소재에 ST(SrTiO3)를 적정량 고용한 경우 전계유기 변형특성이 190pm/V에서 350 pm/V로 매우 향상되었다. 그러나 더욱 놀라운 점은 마이크로파 전기로를 이용한 미세구조 제어를 통하여 550 pm/V까지 높일 수 있다는 점을 본 연구를 통하여 발견하였다. 이 결과는 KNN계 무연 압전 소재 분야에서 세계 최고 수준의 값이다.
② BNT 계 거대 변형 기구 규명 연구
울산대에서 발견한 600 pm/V 이상의 거대 변형을 보이는 BNT계 세라믹 소재의 전기적 특성을 독일 Darmstadt 공대와 공동으로 연구한 결과 전계를 가하면 강유전성 규칙성이 소재 내에서 발생되고 전계를 제가하면 ergodic relaxor로 회귀되는 전계유기 물성변화가 거대 변형의 주된 기구임을 실험적으로 증명하였다.

Abstract ▼

In this project, cooperative works between Prof. Jae-Shin Lee’s lab at University of Ulsan (UOU) and Prof. Jing-Feng Li’s lab at Tsinghua University (THU) have been carried out for last 2 years in order to achieve a high performance lead-free Nb-based ceramics. In this cowork, Dr. Wook Jo at Technis

In this project, cooperative works between Prof. Jae-Shin Lee’s lab at University of Ulsan (UOU) and Prof. Jing-Feng Li’s lab at Tsinghua University (THU) have been carried out for last 2 years in order to achieve a high performance lead-free Nb-based ceramics. In this cowork, Dr. Wook Jo at Technische Universitat Darmstadt (TUD), Germany also joined for understanding giant strain mechanism in recently discovered Bi-based lead-free ceramics by UOU.
The UOU team attempted to investigate the field-induced strain properties of SrTiO₃-modified (K,Na)NbO₃ (KNN) ceramics by controlling their microstructure using a microwave furnace. Instead, the THU team explored fatigue behavior of KNN-based ceramics under cycling of electric field. In addition, UOU-TUD collaborated in understanding of large strain in Sn-doped (Bi,Na)TiO₃ (BNT) based lead-free ceramics using advanced characterization tools in Germany. Throughout this project, joint meetings were 5 times held in all countries. In particular, an international symposium on piezoelectric materials was successfully held at ICAE 2013, held in Jeju,
Korea, in which more than 1000 scientists over 20 countries participated. In the conference, all members played key roles; Prof. Lee as the TPC Chair, Prof. Jo as a Symposium organizer, and Prof. Li as a Symposium co-organizer.
In particular, international team published 4 high quality papers: 1 in Adv.
Functional Mater., 2 in J. Appl. Phys., and 1 in Mater. Chem. Phys.
In terms of experimental results, KNN-based ceramics obtained in this work demonstrated a converse piezoelectric coefficient d₃₃ * of 550 pm/V,
which is world top level in comparison with those reported on KNN-based ceramics using conventional ceramic processing. In addition, BNT-based materials were found to show giant strains when there was a electric-field-induced phase transition between weakly polar state of ergodic relaxor and ferroelectric state.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 국문과제요약서 ... 2
• Summary ... 3
• 1. 서론 ... 4
• 2. 연구방법 및 이론 ... 4
• 3. 연구결과 ... 6
• 4. 시사점 및 고찰 ... 11
• 5. 결론 ... 14
• 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 15