초록 ▼

□ 연구개요
○ 오늘날 핸드폰, 디지털카메라, 뮤직플레이어와 같은 소형기기는 물론이고, 모니터, 심지어 전자칠판, 게임기등에 햅틱기술이 폭 넓게 확산되고 있다. 사람은 정보를 얻기 위해 시각정보를 가장 많이 사용하지만, 최근 현장감 및 몰입감을 증대시켜주는 햅틱(Haptic) 기술개발이 활발히 이루어지고 있으며 이 기술은 모바일 기기와 결합하여 보다 우수한 인간-모바일기기 간의 인터페이스를 갖게 만들었다.
○ Force feedback 햅틱(Haptic) 압전 액츄에이터는 게임기등에서 게임중 전해지는 충격을 실제처럼 느낄

□ 연구개요
○ 오늘날 핸드폰, 디지털카메라, 뮤직플레이어와 같은 소형기기는 물론이고, 모니터, 심지어 전자칠판, 게임기등에 햅틱기술이 폭 넓게 확산되고 있다. 사람은 정보를 얻기 위해 시각정보를 가장 많이 사용하지만, 최근 현장감 및 몰입감을 증대시켜주는 햅틱(Haptic) 기술개발이 활발히 이루어지고 있으며 이 기술은 모바일 기기와 결합하여 보다 우수한 인간-모바일기기 간의 인터페이스를 갖게 만들었다.
○ Force feedback 햅틱(Haptic) 압전 액츄에이터는 게임기등에서 게임중 전해지는 충격을 실제처럼 느낄 수 있게 해준다.예를 들어, 레이싱게임은 실제 자동차를 운전하는 것처럼 레이싱 휠의 반발력을 만들어 주어 실제차처럼 느낄수 있게 Feed back을 만들어 준다.
○ 따라서, 이러한 Force feedback 압전 액츄에이터에 응용하고자 PZT에서서와 같이 압전특성이 우수한 Rhombohedral-Tetragonal (R-T)공존상을 갖는 무연 NKN계 압전 소재 및 적층 압전 액츄에이터를 개발 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
○ R-T 공존상을 갖는 무연 NKN계 압전 소재 개발
PZT계와 같이 R-T공존상을 이용할 경우 온도 특성 및 압전특성이 우수해 진다.
본 연구에서는 R-T공존상을 갖는 Pb-free6 조성인 0.965((Na_0.5K_0.5)_0.97Li_0.03) (Nb_0.93Sb_0.07)O₃-0.035(Bi_0.5Na_0.5)_0.9(Sr)_0.1ZrO₃+0.1 wt%B₂O₃ + 0.2wt%ZnO+ 0.2wt%CuO에서,1060℃소성온도에서, 밀도 (ρ)=4.488g / ㎤, 전기기계결합계수 (kp)= 0.427, 기계적 품질계수(Qm)= 61,압전상수(d₃₃) =330 pC/N 와 유전상수(εr)= 2531,Tc=195℃의 우수한 값을 보였다.
또한, R-T공존상을 갖는 Pb-free7조성인 0.965((Na_0.5K_0.5)_0.97Li_0.03(Nb_0.96Sb_0.04)O₃-0.035(Bi_0.5Na_0.5)_0.9(Sr)_0.1ZrO₃ 에서 1100℃소성온도에서, 밀도 (ρ)=4.56g / ㎤, 전기기 계결합계수 (kp)=0.47, 기계적품질계수(Qm)=47,압전상수(d₃₃)=313 pC /N와 유전상수 (εr)= 1944 ,Tc=280℃의 우수한 값을 보였다.
○ 적층 압전액츄에이터 제작
Pb-free7 조성을 이용한 5층 적층한 압전 액츄에이터는 30.47mm×17.92mm×1.0mm(3개)병렬구동에서 580Hz, 70V 에서 2.0G이상의 높은 진동가속도를 나타내었다. 또한, 본 연구팀이 개발한 PMW-PNN-PZT조성으로 24층 적층한 압전 액츄에이터에서는 30×20×1mm(2개)병렬구동에서 589Hz, 7V 에서 2.47G의 우수한 특성을 얻었다.
이상의 결과를 종합하면 본 연구에서 Force feed bach actuator 에 적합한 R-T공존상을 갖는 Pb-free NKN-BNZO₃ 조성과 액츄에이터를 최종 연구목표를 거의 100% 도달하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구에서 개발한 고성능의 친환경 (Pb-free) 적층 압전액츄에이터는 자동차 핸들, 모바일 기기의 촉각기능생성을 위한 용도 이외에도 현재 Pb계로 사용중인 연료분사용 적층 액츄에이터, 적층 압전변압기등을 모두 대체가능하기 때문에 그 파급효과는 크다 하겠다. 현재, Force feedback 햅틱 압전액츄에이터 시장은 현재 개화기로 해당 기술을 선점하였기 때문에 이에 개한 특허출원을 할 예정으로서 게임기와 자동차 핸들의 촉감을 전달하는 데 그 파급효과가 크다 하겠다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. Force feedback 압전 액츄에이터용 Pb-free 친환경 압전소재 ... 4
• 1-2. Force feedback 햅틱(Haptic) 압전 액츄에이터 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 2-1. 1차년도 개발 목표 및 결과 ... 7
• 2-2. 2차년도 개발 목표 및 결과 ... 23
• 2-3. 3,4차년도 개발 목표 및 결과 ... 35
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 51
• 4. 참고문헌 ... 52
• 5. 연구성과 ... 53
• 끝페이지 ... 56