초록 ▼

□ 연구개요
연구의 목적은 압전 액추에이터, 센서, 트랜스듀서 등에 사용되고 있는 Pb-계 압전 세라믹 소재를 대체하기위한 무연 압전 세라믹 소재를 개발하는 것이다. 많은 연구자들이 전통적인 연구방법을 이용하여 2-4 성분계 무연 압전소재들의 상경계 영역 부근의 조성을 이용하여 압전특성 향상을 추구하고 있지만, 전통적인 연구 방법만으로는 Pb-계의 우수한 압전 특성 수준에 도달하기는 불가능하다. 본 연구 는 reactive template grain growth (RTGG) 방법을 이용한 결정 배향된 적층형 세라믹액추에이터를

□ 연구개요
연구의 목적은 압전 액추에이터, 센서, 트랜스듀서 등에 사용되고 있는 Pb-계 압전 세라믹 소재를 대체하기위한 무연 압전 세라믹 소재를 개발하는 것이다. 많은 연구자들이 전통적인 연구방법을 이용하여 2-4 성분계 무연 압전소재들의 상경계 영역 부근의 조성을 이용하여 압전특성 향상을 추구하고 있지만, 전통적인 연구 방법만으로는 Pb-계의 우수한 압전 특성 수준에 도달하기는 불가능하다. 본 연구 는 reactive template grain growth (RTGG) 방법을 이용한 결정 배향된 적층형 세라믹액추에이터를 제조하여 전기장 인가에 따른 결정구조 변이현상과 domain 분석을 통하여 거대 압전변형 특성을 나타내는 새로운 무연 압전소재에 대하여 연구한다. 개발된 소재를 이용하여 무연 압전 적층형 세라믹 액추에이터를 개발한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
● RTGG 법을 이용한 결정 배향된 무연 압전 세라믹제조
92% 이상의 결정 배향도를 가지는 Bi_0.5Na_0.5TiO₃ -Bi_0.5K_0.5TiO₃ (BNT-BKT)계 무연 압전 세라믹 2종을 성공적으로 제조하였다. 배향된 BNKT 시료는 PZT-5H 세라믹, PNM-24PT 단결정의 변형특성과 비교할 만한 특성을 보인다.
RTGG 방법을 이용하여 압전 도메인을 인위적으로 제어한 BNKT-BA 세라믹은 높은 전계유도변형 값 (S_max/E_max = 995 pm/V)을 보이고 다른 BNT계 세라믹과 비교하여 이력특성을 감소시킬 수 있었다.
● 결정 배향된 적측형 압전 액추에이터 시제품 제조
Ag/Pd(7/3) 내부전극과 RTGG 방법을 이용하여 결정 배향된 BNT-BKT계 적층형 세라믹 액추에이터를 제조 하였다.
- 적층 층수 : 8층
- 1층 두께 : 80 μm 이하
- 소결온도 : 1050 oC 이하
● 본 과제 연구지원으로 SCI 논문 7편, 비SCI 2편 게재, 초과달성(초기목표: SCI 3건) 하였음.

□ 연구개발결과의 중요성
● 본 과제를 통해 수행한 “Domain engineering을 이용한 결정 배향형 압전 세라믹”을 이용하면, 무연 압전 소재연구 분야에서 기존의 연구방법만으로는 PZT계 압전 소재를 대체하는 것이 불가능했던 문제점을 극복할 수 있다.
● 세계 각국의 환경 규제 정책에 대응하는 친환경 압전 소재의 원천기술을 확보
아직 무연계 압전소재 기술은 세계적으로도 독보적으로 앞선 연구단체 및 기업은 없다. 그러므로 독창적인 개발방법으로 무연계 압전소자를 개발한다면 새로운 시장을 개척하게 될 것이다.
● 확보된 기술은 향후 대량생산 설비에 적용가능
본 과제에서 활용하는 세라믹 제조기술은 세라믹 소재 제조업체들이 생산현장에서 사용하는 후막 제조장비(Tape Casting)를 그대로 사용하기 때문에 향후 대량 생산 설비에 직접 적용할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• (1) Reactive Templated Grain Growth (RTGG) 공정을 위한 template 입자 제조 ... 5
• (2) RTGG 법으로 제조한 0.97[Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3]-0.03BiAlO3 (BNKT-BA0.03) 세라믹의 배향도와 전계유도 변위 특성 ... 5
• (3) RTGG 법으로 제조한 Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3 (BNKT) 세라믹의 배향도와 압전특성 ... 6
• (3) 결정 배향형 무연 압전 액추에이터 제작 및 특성 분석 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 9
• 4. 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 10
• 끝페이지 ... 18