초록 ▼

최근 대체 에너지 공급원들의 많은 연구가 이루어지고 있다. 그 중 주위의 환경으로부터 에너지를 수확 (havesting)하여 전력으로 변환하는 하베스팅 기술이 대두되어지고 있다. 수확전력으로는 효율 면에서 우수한 압전 에너지가 주목 받고 있다. 따라서, 본 연구는 PbTiO₃ 층의 유무에 따라 0.2PZN-0.8PZT 박막의 표면 특성 및 전기 기계적 특성 변화연구를 시작으로 무연압전 소자인 LNKN 세라믹스와 박막의 연구를 통하여 소자에 압력을 가하면 역 압전 효과로 인하여 발생 된 전하를 수집하는 원리로 더

최근 대체 에너지 공급원들의 많은 연구가 이루어지고 있다. 그 중 주위의 환경으로부터 에너지를 수확 (havesting)하여 전력으로 변환하는 하베스팅 기술이 대두되어지고 있다. 수확전력으로는 효율 면에서 우수한 압전 에너지가 주목 받고 있다. 따라서, 본 연구는 PbTiO₃ 층의 유무에 따라 0.2PZN-0.8PZT 박막의 표면 특성 및 전기 기계적 특성 변화연구를 시작으로 무연압전 소자인 LNKN 세라믹스와 박막의 연구를 통하여 소자에 압력을 가하면 역 압전 효과로 인하여 발생 된 전하를 수집하는 원리로 더 효율적인 에너지 하베스터 소자 제작에 중점을 두었다. 또한, NKN 등 페로브스카이트 구조를 갖는 압전 세라믹 소재는 불순물 첨가에 의하여 전기적 특성을 변화시킬 수 있는 장점을 지니고 있다. 첨가물들의 조성변화를 통하여 최적화 연구를 실시하고, 압전 박막의 고밀도화 및 전기 기계적 특성이 높은 (111)배향성 박막을 얻기 위한 코팅기술 개발 연구를 진행하였다. 이를 바탕으로 소자의 소형화를 위한 방법으로 유압프레스를 사용하였고, 소결 시 발생할 수 있는 갈라짐 현상과 휨 현상을 방지하기 위해 냉간 등방압 가압법을 이용하는 2단계인 프레스 성형방법을 사용하였다. 먼저 혼합된 분말을 원형 몰드 안에 담아 유압프레스로 성형한 1차 형상을 만들면, CIP (냉간 등방압 가압법, Cold Isostatic Press)로 1차 형상을 이룬 분말 시편을 성형 몰드 안에 밀봉하여 액압을 가하였다. 그리하여 성형체 표면은 균일하며 동등한 가압력을 받음으로써 방향성이 없는 시편을 제작 하였다. 본 연구는 소형화에 비해 높은 압전 계수 값을 얻어 냄으로써 향후 압전효과를 이용한 하베스터 기술에 적용 되어 질 것이며 연구에서 얻은 향상된 박막의 표면 특성 및 전기 기계적 특성을 바탕으로 최종적으로 PVP바인더를 삽입하여 제작한 LNKN 박막은 MEMS 에너지 하베스터 제작에 적합한 고효율 박막으로 응용이 가능할 전망이다.

□ 연구목표
1차년도 : 복합 페로브스카이트 구조인 PZN-PZT 압전 박막 특성 연구 Nb 도핑의 전기적 특성 향상
2차년도 : 무연계 압전 졸겔, 세라믹 공정온 도와 조성에 따른 특성연구
3차년도 : 무연 압전 박막 성장 재현성 확인 LNKN sol-gel 박막 세라믹스 표면 안정화 연구
4차년도 : Mn첨가 후 특성 변화 연구, sol-gel 및 세라믹 공정 최적화 연구
5차년도 : Na 과잉첨가, 열처리 온도 변화, PVP 바인더 첨가 후 특성 변화 연구 및 sol-gel 공정 최적화 연구

□ 목표설명
1차년도 : 페로브스카이트 형성 온도에 따른 박막의 결정 배향, 표면 및 전기 기계적 특성변화 연구-Nb도핑을 통한 압전 박막 고밀도화
2차년도 : 고온에서 Potassium의 높은 휘발성으로 인해 발생 이차상 제어 및 표면, 결정배향특성 연구
3차년도 : 반복 코팅을 통한 박막성장 및 균열 확인, LNKN 세라믹스 양 표면에 sol-gel용액을 코팅 전극과 압전소자사이의 표면안정화
4차년도 : 불순물 첨가에 의해 전기적 특성변화 시도 Mn은 stabilizer로 압전 성질 및 온도 안정성을 향상시킬 것으로 기대
5차년도 : 기존 무연계 압전 박막 증착연구를 바탕으로 바인더를 첨가하여 전기적 특성 및 압전 특성 향상을 기대.

□ 달성방안
1차년도 : seed layer를 통한 결정 방향성 제공, 최적 조성에 따른 페로브스카이트 상구현을 위한 최적 온도 및 소결분위기 조성
2차년도 : 결정립 성장 온도및 페로브스카이트 상형성 확인, LiNbO₃첨가에 따른 무연계 압전세라믹의 결정 배향성 확인
3차년도 : LNKN sol-gel 제조 안정화 및 재현성 박막 성장 확인, 세라믹 표면 sol-gel 도포 후 표면의 pore 제거로 균일한 전기장 형성 가능
4차년도 : 온도, Mn 조성에 따른 결정특성 확인 LNKMN 표면 안정화 현상 확인
5차년도 : Na 과잉 첨가에 따른 페로브스카이트 구조 및 전기적 특성 확인, 막의 치밀화, 균일도를 증가시키기 위해 PVP 바인더 첨가.