Metal-Ferroelectric-Metal(MFM) 구조의 개퍼시터에서 Pb(Zr,Ti)O3(PZT)-전극 계면층이 PZT 박막 특성에 기여하는 영향을 알아보기 위하여 Pt/PZT/계면층/Pt/TiO2/SiO2/Si 구조의 캐퍼시터를 제작하였다. 계면층으로 사용될 물질들 중에서 PbTiO3(PT) 층을 sol-gel 방법으로 형성하였으며, PbO, ZrO2, TiO2 층들을 reactive sputtering 방법으로 형성하였다. PZT박막을 구성하는 원소들로 이루어진 단순 산화물들의 특성을 평가하기 위하여 PbO, ZrO2, TiO2를 계면층으로 사용하여 600˚C에서 열처리를 실시하였고, 이 경우에는 TiO2가 가장 우수하게 PZT의 결정립 크기를 미세하게 하는 효과를 보였으나, 두께가 증가함에 따라 표면 거칠기가 증가하고 anatase 상으로 남기 때문에 강유전특성이 열화되었다. 반면에 PT 박막을 계면층으로 사용한 경우에는 결정립 크기의 감소와 더불어 전기적인 특성도 향상되었다. 또한 PZT의 핵생성 위치를 판단하기 위하여 PT 삽입층의 위치를 변화하며, 실험한 결과, 하부전극과 PZT 박막의 계면에 PT 삽입층을 형성하였을 경우에 가장 효과적인 seed로서의 역할을 하였다.

diol을 기반으로 하는 Sol-Gel 방법으로 PZT (53/47) 1M sol 용액을 만들어 회전 코팅법으로 Pt/Ti/SiO2/Si 기판위에 코팅하였고 한번 코팅으로 최대 0.9μm 의 PZT막을 얻었다. PZT는 비강유전성 pyrochlore상을 거쳐 강유전성 perovskite상으로 전이하며 따라서 PZT perovskite seed가 상전이에 미치는 영향을 규명하고자 하였다. 0.2μm 이하의 크기를 갖는 1wt% PZT분말을 propanol용액에 분산시켜 PZT sol 용액에 도입하여 seeded PZT 막을 제조하였다. Seeded PZT막을 열처리한 결과 perovskite상의 생성이 촉진되어 상전이 온도가 50˚C정도 낮아졌다.

Pt 상부 전극 증착온도가 Pb(Zr,Ti)O3(PZT) 박막의 전기적 특성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. Pt 상부 전극을 200˚C이상의 고온에서 증착하는 경우, Pt 전극의 하부에 위치한 PZT 박막은 강유전 특성이 심하게 저하되었으나, Pt 전극이 증착되지 않았던 부분은 강유전 특성이 저하되지 않았다. 이와 같은 현상이 발생된 것은 진공 chamber 내의 수증기가 Pt 상부전극의 촉매 작용에 의해 수소 원자로 분해되고, 이 분해된 수소 원자가 고온에서 Pt 하부의 PZT 박막 내로 확산해 들어가 PZT박막에 산소 공공을 만들어 내기 때문이다. Pt의 촉매 작용이 없이는 수증기의 수소 원자로의 분해가 어려우므로 Pt 전극이 덮여져 있지 않는 PZT 박막은 강유전 특성이 저하되지 않는다. 이러한 강유전 특성의 저하는 산소 분위기의 RTA(rapid thermal annealing)처리에 의해 회복이 되었다. 한편, 누설전류 특성은 Pt 상부 전극의 증착온도가 증가함에 따라 향상되는 특성을 보였다.

본 연구에서는 상온에서 정방성 조성인 Pb0.9888Sr0.012(Zr0.52Ti0.48)O3계 세라믹스를 소결 후 직류전계 및 코로나를 이용하는 방법으로 소결시편을 분극한 후 분극방법에 따른 시편의 압전특성을 조사하였으며, 열화현상을 평가하기 위한 방법으로 시편의 내부응력의 차이를 조사하였다. 이 결과 코로나 분극방법은 직류분극에 비하여 30˚C정도 저온에서도 최대 Kp값을 얻을 수 있었으며 열화현상이 천천히 진행되었고 절연파괴가 발생하지 않는 등의 장점이 관찰되었다. 그러나 Kp값은 직류분극의 경우가 코로나 분극에 비하여 약 9~10%정도 높은 값을 나타내었다.

분극처리된 PZT세라믹스에 외부응력을 인가하였을때 인가되는 응력의 방향에 따른 열화기구의 차이를 조사하였다. 그 결과 분극축과 수직으로 응력을 인가할때의 열화현상은 공간전하분극의 확산으로, 분극축과 평행하게 응력을 인가할때는 분역재배열현상으로 설명하였다. 소결체의 입자 크기가 커지면 열화폭이 커짐을 알 수 있었는데 이것은 입자크기에 따른 내부응력의 차이로 해석하였다.

(PbZr52,Ti48)O3인 composite ceramic target을 사용하여 R. F. 마그네트론 스퍼터링 방법으로 기판온도 300˚C에서 Pt/Ti/Si 기판위에 PZT 박막을 증착하였다. 페롭스 카이트 PZT박막을 얻기 위하여 PbO분위기에서 로열처리를 행하였다. 하부전극으로 Pt를 사용하였으며 Pt(205Å)/Ti(500 Å)/Si 및 Pt(1000Å)/Ti(500Å)/Si기판을 준비하여 Pt두께화 Ti층이 산소의sink로 작용함으로서 이를 가속화하였다. Ti층의 상부는 산소의 확산으로 인하여 TiOx층으로 변태하였고 하부는 in diffused Pt와 함께 실리사이드층을 형성하였다. TiOx 층의 형성은PZT층의 방향성에 영향을 주었다. 유전상수 (10kHz), 누설전류, 파괴전압, 잔류분극 및 항전계는 각각 571, 32,65μ A /cm2, 0.40MV/cm, 3.3μ C /cm2, 0.15MV/cm이었다.

4.5 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-40.5Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-55PZT와 PLZT(10/70/30, 11/60/40)를 경사조성으로 하여 경사기능 재료를 제조하였으며, 그 유전 특성과 압전 변형율 특성을 조사하였다. 경사기능재료는 A/B/A의 세층으로 성형하고 소결한 후 한 층을 연마해내어 제작하였다. 닥터블레이드용 슬립에는 acrylic계 유기 결합제가 34-36wt% 혼합되었으며, 건조 후 균열이 없는 양호한 thick film을 제조하였다. 1250˚C, 2시간의 소성에 의해 경사기능화된 시편은 Nb와 La등의 조성 차이에 의한 구배를 이루었으며, 구배영역은 약 30μm 정도였다. 경사기능재료에서 유전상수나 큐리온도롸 같은 유전특성은 조합한 조성층의 특성들사이의 값을 나타내었다. 인가 전압에 따른 변형율 특성은 단일 조성의 시편보다 현저하게 증가하였다. 실제로 경사기능 압전엑튜에이터를 제조한 결과 약 3μm/100V 정도의 변위향을 나타내었다.

RF magnetrom sputtering으로 52/48 PZT target을 사용하여 PZT thin film을 증착시킨후, furnace annealing을 실시하여 Si 기판에서는 550˚C에서부터 안정상인 peroskite구조가 형성되었다. Si기판위에서는 후속열처리시 계면에 상당한 산화막층이 형성되었으며 TiN 기판위에서는 후속열처리시 TiN층은 사라지고 TiO2층이 형성되었다. SiO2기판에서는 후속열처리후에도 안정한 PZT film을 형성시킬 수 있었다. As-depo.시에는 PZT film의 조성비가 균일하게 유지되었으나 750˚C후속열 처리시에는 상당량의 Pb가 Si기판으로 diffusion하였으며 Si도 out-diffusion하였다. 전기적 특성은 10KHz에서 C-V를 측정결과 약 1300정도의유전상수 값이 나왔으나 후속열처리시 표면에 crack이 발생하였다.

In this paper, the utilization of PZT’s dual piezoelectric effects (i.e., dynamic strain and electro-mechanical (E/M) impedance responses) for damage detection in beam-type structures are presented. In order to achieve the objective, the following approaches are implemented. First, global vibration-based and local impedance-based methods to detect the location of damage are presented. Then, the vibration-based and impedance-based damage detection methods using the dual piezoelectric responses are evaluated from experiments on a lab-scaled beam.

This study presents a method to monitor cable force using an Imote2/SHM-DAQ sensor node and a PZT sensor. The following approaches are carried out to achieve the objective. Firstly, the principle of piezoelectric material (e.g., PZT) as a strain sensor is reviewed. According to its piezoelectric features, the use of PZT sensor for strain measurement of a stay cable is presented. Secondly, the design of the data acquisition sensor node Imote2/SHM-DAQ is described. The sensor node is used to monitor strain-induced voltage from the PZT sensor. The advantages of the system are cheap, and enable for wireless communication and automated operation. Finally, the feasibility of the sensing system is evaluated on a lab-scale stay cable.

CFRP보강공법은 구조물에 내하력을 증가시키기 위해 사용되고 있으며 실제 교량에 적용빈도가 높고 연구 활용성에 대한 기대가 큰 공법이다. CFRP로 보강된 콘크리트 구조물은 외부에 에폭시 등으로 접착된 CFRP로 인하여 휨파괴 및 전단파괴 외에 부착파괴가 추가적으로 발생하게 되며 이러한 부착파괴가 전체거동을 지배하게 되는 경우가 대부분이며, 취성파괴를 유발하게 된다. 따라서 이러한 CFRP 부착파괴에 대한 모니터링은 매우 중요한 의미를 갖는다. 본 논문에서는 국부적인 손상 파악에 유리한 PZT센서를 이용한 임피던스 기반 손상검색 방법을 사용하여 콘크리트 균열과 CFRP 부착파괴 모니터링에 대한 적용가능성을 검증해 보았다.