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학위논문 상세정보

입자 크기 제어에 의한 Bi계 무연압전 세라믹 복합소재의 전계유기 변형 특성 개선 연구 원문보기
Enhancement of electric-field-induced strain properties of Bi-based ceramic composites by cotrolling the particle size

  • 저자

    허대준

  • 학위수여기관

    울산대학교

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    재료공학전공

  • 지도교수

    이재신

  • 발행년도

    2014

  • 총페이지

    98 p.

  • 키워드

    Piezoelectric;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T13540442&outLink=K  

  • 초록

    압전세라믹은 발진자, 레조네이터, 액추에이터 등과 같은 전자부품소재로 실용화되고 있으며 전기기계 결합계수(kp), 기계적 품질계수(Qm), 압전계수(d33) 등과 같은 압전 특성이 뛰어난 Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)계 물질이 사용되고 있다. 그러나 PZT계 화합물로 제작된 센서나 장치는 인체와 환경에 유해한 납(Pb)이 60 wt% 이상 포함되어 있어 선진국에서는 무연 대체물질이 개발되면 사용을 규제할 예정이기 때문에 납이 포함되지 않는 친환경 무연(無鉛) 압전 소재 개발이 필요하다. 최근, Bi계 무연 압전세라믹스의 대표주자라 할 수 있는 BNT-BKT세라믹스 및 그 변성계에서는 높은 전계유기 변형을 나타내어 주목을 받았다. 그러나 높은 변형률은 고전계에서만 발생되기 때문에 액추에이터 등의 응용분야에 적용하기 위해서는, 높은 변형이 저전계에서 나타나도록 개선할 필요가 있다. 본 연구에서는, 거대변형이 나타나기 위한 임계 전계 값 (Ecrit)을 보다 낮추기 위해 강유전성 Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5O3 (BNKT)입자를 완화형 강유전체 (relaxor, 이하 RE)인 0.98Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3 - 0.02LaFeO3 (BNKT2LF)고용체에 고루 분산시키는 방법을 이용하여 RE - Ferroelectric (FE) 세라믹 복합소재 제작을 시도하였다. BNKT2LF및 BNKT세라믹을 각각 하소하여 페로브스카이트상을 형성시킨 후 혼합분말로 만들었으며 먼저 BNKT를 10wt% 비율로 BNKL2LF(90wt%)에 혼합하여 세라믹 복합 소재를 제작하였다. 그리고 BNKT2LF에 고에너지 분쇄법 (High Energy Ball Milling)을 각각 0, 15, 30, 45, 60 분 동안을 적용하여 BNKT2LF 입자를 미세하게 만들어 BNKT와 혼합한 후 disk형 몰드로 성형을 한 후 전기로를 이용하여 소결한 후 결정구조, 밀도, 미세구조, 유전특성 그리고 전계유기 변형율 (electric-field-induced strain)의 변화를 살펴보고 분석하였다. 단일상의 BNKT, BNKT2LF에 비해 세라믹 복합소재의 전계 유기변형이 향상되는 것을 관찰할 수 있었다. 특히나 BNKT2LF세라믹스에 고에너지 분쇄법을 30 분간 적용한 BNKL2LF-BNKT 세라믹 복합소재의 경우 다른 복합소재들에 비해 비교적 낮은 전계인 4 kV/mm에서 매우 높은 전계유기 변형율 (Smax/Emax = 615)을 가지는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 향후 액추에이터로 제작, 적용이 가능한 후보 물질로 생각되며, 이러한 결과들로부터 기존 납계소재를 대체 활용할 수 있는 소재가 될 것으로 보인다.


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