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학위논문 상세정보

Bi계 무연 압전 세라믹 복합소재의 전계 유기 변형 특성 연구 원문보기
Electric Field-Induced Strain Properties of Bi-Based Lead-Free Piezoelectric Ceramic Composites

  • 저자

    이현영

  • 학위수여기관

    울산대학교

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    첨단소재공학과 재료공학전공

  • 지도교수

    이재신,공영민

  • 발행년도

    2014

  • 총페이지

    71 p.

  • 키워드

    무연 압전 세라믹 복합소재 압전 세라믹스;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T13540246&outLink=K  

  • 초록

    최근 전 세계적으로 환경규제에 관한 경각심이 높아지면서 납 (Pb)을 함유한 대표적인 압전 재료인 PZT [Pb(Zr,Ti)]O¬3계를 대체할 무연 압전소재에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 대표적인 무연 압전 재료 중 하나인 비스무스계 화합물은 전계가 높을 때는 우수한 변형특성을 나타내지만 전계가 낮을 경우에는 변형률이 낮아지는 문제가 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 높은 변형특성을 나타내는 BNKT에 3 mol% Nb을 도핑한 완화형 강유전체 매질에 입자성장법으로 성장시킨 비스무스계 화합물을 혼합하여 세라믹-세라믹 복합 소재를 제조하였다. 고상반응법을 이용하여 합성한 완화형 강유전체 Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5(Ti1-xNbx)O3 (x=0.03) (BNKT-3Nb)를 매질로 삼아 입자 성장 방법으로 입도가 3 ? 10 ㎛ 로 제조한 강유전성 Bi0.5(Na0.80K0.20)0.5TiO3 강유전체 입자를 0~20 중량비 (wt%)로 혼합한 후 1175℃에서 소결하여 세라믹 복합소재를 제조하였다. 소결체의 미세조직을 전자현미경으로 관찰한 결과 단일조성의 BNKT-3Nb의 경우 입도의 크기가 1 ㎛ 정도인 균일한 입자들이 치밀한 조직을 이루며 밀도가 높게 나타났으나, BNKT-3Nb 매질에 BNKT 구형입자를 분산한 복합소재의 경우 5 ㎛ 이상인 비정상 성장 입자들이 발견되었다. Piezoresponse Force Microscope 측정으로 파단면을 분석한 결과 거대 성장입자들은 강유전성을 나타내었으며 BNKT-3Nb 매질은 완화형 강유전체 특성을 가짐을 확인하였다. P-E 이력곡선 측정을 통하여 BNKT-3Nb 세라믹의 경우 낮은 항전계와 잔류 분극을 나타내어 완화형 강유전체임을 확인하였다. 그러나 BNKT 입자의 함량이 증가할수록 소결 시료의 잔류 분극과 항전계가 증가함을 알 수 있었다. 본 연구에서 매질로 이용된 BNKT-3Nb의 전계 유기 변형 특성은 6 kV/mm에서 725 pm/V였지만 4 kV/mm에서 288 pm/V라는 낮은 특성을 보였다. 하지만 이러한 모체조성에 입자 성장 시킨 BNKT Seed를 혼합하여 복합소재를 만들었을 때 BNKT-Nb 복합소재 (Seed : 10 wt%)의 특성은 4 kV에서 570 pm/V의 높은 특성을 보인다. 이와 같이 복합소재화 함으로써 낮은 전계에서 높은 변형률을 얻을 수 있는 이유는 완화형 강유전체-강유전체 상전이에 의해 거대변형이 발생하는데 이러한 상전이가 일어나는 전계를 낮추었기 때문으로 사료된다.


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