초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 거시적 관점에서 압전재의 비선형 거동에 대한 실험 연구와 모델링 연구를 수행한다. 온도와 응력, 전계 등의 외부 하중이 조합하여 작용할 때 압전재의 선형 및 비선형 거동을 계측한다. 계측한 거동을 분석하여 재료의 선형 특성계수의 변화, 잔류 상태변수와 기준 잔류 상태변수의 변화, 선형특성계수와 잔류 상태변수의 관계 등에 대한 체계적인 지식을 구한다. 측정 또는 해석으로부터 구한 데이터들을 분석하여 재료의 비선형 거동에 대한 신뢰할만한 모델식 또는 실험식을 제안한다. 본 연구 결과는 강유전성 압전재의

□ 연구개요
본 연구에서는 거시적 관점에서 압전재의 비선형 거동에 대한 실험 연구와 모델링 연구를 수행한다. 온도와 응력, 전계 등의 외부 하중이 조합하여 작용할 때 압전재의 선형 및 비선형 거동을 계측한다. 계측한 거동을 분석하여 재료의 선형 특성계수의 변화, 잔류 상태변수와 기준 잔류 상태변수의 변화, 선형특성계수와 잔류 상태변수의 관계 등에 대한 체계적인 지식을 구한다. 측정 또는 해석으로부터 구한 데이터들을 분석하여 재료의 비선형 거동에 대한 신뢰할만한 모델식 또는 실험식을 제안한다. 본 연구 결과는 강유전성 압전재의 비선형 거동에 대한 구성 방정식을 개발하여 신뢰성 높은 압전 제품을 개발하는데 활용될 수 있다.

□ 연구 목표대비 연구결과
열-전기-기계적으로 연성된 압전재의 비선형 거동에 대한 구성 방정식을 개발하는 목표는 먼저 다양한 온도에서 압전재에 전기장 또는 기계적 하중이 과도하게 작용할 때 발생하는 스위칭 과정 동안 상태 변수들과 재료 특성 계수들의 변화에 대한 체계적인 분석과 이해가 필요하다. 특히 스위칭 속도가 재료 특성 계수들의 상태변수에 대한 의존성에 미치는 영향에 대한 연구가 필요하였다. 본 연구 결과 인가되는 전기장과 압축응력 펼스의 숫자를 달리하여 스위칭이 완성되는 시간을 다르게 하였을 때에도 재료 특성 계수의 상태 변수 의존성이 다르지 않음을 확인하였다. 즉, 재료 특성계수들의 잔류 상태변수에 대한 의존성이 스위칭의 진행 속도에 무관함을 알 수 있게 되었다. 구성 방정식에서 중요한 부분을 차지하는 스위칭 카이네틱스식 개발에 많은 도움이 될 것이다.
열-전기-기계적으로 연성된 압전재의 비선형 거동에 대한 구성 방정식의 개발에서 온도 특성의 변화에 대한 분석은 중요하다. 스위칭이 진행하면서 발생하는 잔류 상태변수들의 변화와 재료 열특성 계수들의 변화에 대한 관계 분석은 구성 모델링을 완성하는데 중요하다. 본 연구에서는 상온에서 압전재에 전기장 또는 압축응력이 인가되어 스위칭이 발생하였을 때 열특성 계수들의 변화 특성에 대한 연구를 수행하였다. 측정한 재료 거동으로부터 초전계수와 열팽창계수들을 약 5도 정도의 간격으로 구한 후 구한 열특성 계수들의 상태변수들에 대한 의존성을 분석하였다. 열특성 계수들의 정의를 활용하여 온도가 상승하는 동안 분극밀도와 변형률들의 변화를 예측할 수 있는 실험식들을 개발하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
강유전성 압전재의 비선형 거동데 대한 구성 방정식에서 스위칭 과정을 결정하는 카이네틱스식은 이론적으로 유도하기 어려우며 따라서 실험에 의존하여 개발하여야 한다. 그 첫 번째 과정으로 재료특성계수들의 상태변수 의존성이 스위칭 과정의 속도와 무관함을 알게 되었으며 향후 연구에서 스위칭 카이네틱스 개발에 많은 도움을 줄 것이다. 온도특성 변화에 대한 연구 역시 관련 구성 모델식 개발에 도움이 될 것이며 개발된 실험식들은 온도 변화가 예상되는 환경에서 사용되는 압전 제품 개발에 사용될 수 있을 것이다. 특히 본 연구 결과를 유한요소 도구의 개발에 적용하면 제품 개발 과정의 효율성과 신뢰성을 높일 수 있을 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2.1 실험 수행 방법 ... 5
• 2.2 전기장에 의한 스위칭 동안 재료 특성과 상태 변수 관계의 속도 비의존성 ... 6
• 2.3 압축응력에 의한 스위칭 동안 재료 특성과 상태 변수 관계의 속도 비의존성 ... 10
• 2.4 전기장 인가 후 온도 상승 동안 거동에 대한 실험식의 개발 ... 12
• 2.5 압축응력 인가 후 온도 상승 동안 거동에 대한 실험식의 개발 ... 15
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 15
• 3.1 스위칭 거동 동안 재료 특성 변화의 속도 비의존성 ... 15
• 3.2 구성 모델식 개발 ... 16
• 3.3 유한 요소 모델 개발에의 활용 ... 17
• 3.4 제품 개발을 위한 신뢰성 해석 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 20
• 끝페이지 ... 33