KR101642716B1 - 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치, 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치, 시스템 및 방법이 개시된다. 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치는 도전성 압입자를 갖는 투과 전자 현미경 시편 홀더 및 상기 도전성 압입자에 대향하며, 압전 나노 분말이 분산된 분말 지지체를 구비한 나노 분말 압입부, 상기 시편 홀더에 포함된 압전 나노 튜브에 전압을 인가하여 상기 압입자의 위치를 제어하는 압입자 위치 제어부, 상기 시편 홀더에 포함되어, 상기 압입자 및 압전 나노 튜브와 연결된 하중 변환기를 이용하여 상기 압전 나노 분말에 가해지는 압입 하중을 제어하는 압입 하중 제어부 및 상기 분말 지지체 및 도전성 압입자와 전기적으로 연결된 계측기를 이용하여 상기 압전 나노 분말에서 발생되는 전기 신호를 실시간으로 측정하는 전기 신호 측정부를 포함한다.

Description

압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치, 시스템 및 방법{Device, system and method measuring piezoelectric properties of the piezoelectricity nanomaterials}
본 발명은 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 압입자의 위치 및 압입 하중을 제어하여 전기 신호를 측정하고, 이로부터 압전 나노 소재의 압전 특성을 측정하는 나노 소재의 압전 특성 측정 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
압전 소재는 응력이 가해졌을때 소재 내부에 전기 분극이 발생하여 음전하와 양전하가 분극의 방향에 의해 분리되는 특징을 가지고 있다. 이러한 압전 분극에 의해 발생된 전하를 전자 회로로 연결하는 경우, 전하의 이동에 의해 전류가 발생하거나 음전하와 양전하의 전위차에 의해 전압이 생성된다.
이와 같은 응력에 의한 전기 분극의 발생(direct piezoelectric effect)과는 반대로 소재에 전압을 가했을 때 소재의 변형이 발생(converse piezoelectric effect)하기도 하는데, 이러한 특성들을 활용하여 전기 에너지 발생기(energy harvestor), 압전 액츄에이터 또는 압력 센서 등의 압전 소자 개발을 위해 압전 소재가 활용되고 있다.
이와 같은 압전 소재를 활용한 기존의 소자 제작은, 주로 박막이나 세라믹 소결체 등의 마이크로 미터 이상의 크기를 갖는 압전 소재를 활용하였다. 하지만, 최근에는 소형 전자기기의 자체 전원 공급 (나노발전기, nanogenerator) 또는 유연성 압전 소자 개발 (flexible piezoelectric device)의 일환으로 나노미터 단위의 크기를 갖는 압전 나노 분말 등의 압전 나노 소재 활용이 대두되고 있다.
이와 같은 나노 압전 소재의 활용을 위해서는 그 특성 측정이 선행되어야 하는데, 기존의 측정 방법은 그 공간 분해능의 한계로 나노 압전 소재에 적용하기에 한계를 갖는다. 따라서, 나노미터 단위의 크기를 갖는 압전 나노 소재의 특성을 측정하기 위해서 뛰어난 공간 분해능을 갖는 관찰 기법 및 정밀 위치 제어 시스템이 결합된 새로운 압전 특성 측정 방법의 개발이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 나노 크기의 압전 분말에 제어된 응력을 가하여 압전 효과에 의해 발생하는 전하, 전류, 전압을 측정할 수 있는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치, 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 투과 전자 현미경 내에서 압전 나노 분말의 위치 확인, 압입 시험 및 전기 신호 측정을 제공하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치, 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 압전 나노 분말에 가해진 응력에 따라 발생하는 전하량의 비율로 압전 상수를 측정할 있는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치, 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 나노 크기의 압전 소재의 정밀 관찰과 정밀 위치 제어가 가능한 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치, 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치는 도전성 압입자를 갖는 투과 전자 현미경 시편 홀더 및 상기 도전성 압입자에 대향하며, 압전 나노 분말이 분산된 분말 지지체를 구비한 나노 분말 압입부;
상기 시편 홀더에 포함된 압전 나노 튜브에 전압을 인가하여 상기 압입자의 위치를 제어하는 압입자 위치 제어부; 상기 시편 홀더에 포함되어, 상기 압입자 및 압전 나노 튜브와 연결된 하중 변환기를 이용하여 상기 압전 나노 분말에 가해지는 압입 하중을 제어하는 압입 하중 제어부; 및 상기 분말 지지체 및 도전성 압입자와 전기적으로 연결된 계측기를 이용하여 상기 압전 나노 분말에서 발생되는 전기 신호를 실시간으로 측정하는 전기 신호 측정부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 분말 지지체는, 실리콘 단결정이며, 상기 도전성 압입자와 대향하는 일면에 도포된 금 전극층을 포함하고, 상기 도전성 압입자와 대향하는 상기 분말 지지체의 일면은 1 ㎛ 내지 200nm의 폭을 갖는다. 또한, 상기 도전성 압입자는 다이아몬드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 압입 하중 제어부는, 두 개의 고정된 고정 금속판 및 상기 두 개의 고정된 금속판 사이에 위치되고, 상기 도전성 압입자와 연결되어 상기 압입자의 전/후 운동을 가능하게 하는 하나의 이동 금속판을 갖는 하중 변환기를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 하중 변환기는 용량형 변환기(capacitive transducer)일 수 있다.
상기 압입 하중 제어부는, 상기 압입자의 전/후 운동에 의해 고정 금속판과 이동 금속판의 간격이 달라짐에 따라, 상기 금속판 간의 정전 용량의 변화를 측정하여 상기 압입자에 가해진 하중을 측정하는 데이터 계측기를 더 포함할 수 있다.
상기 압입 하중 제어부는, 상기 고정 금속판과 이동 금속판 사이에 전위차를 생성하여 상기 금속판 간의 간격 및 압입자에 가해지는 응력을 제어할 수 있다.
상기 압입자 위치 제어부는, 상기 시편 홀더에 포함된 압전 나노 튜브에 전압을 인가하는 전원 공급 장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 시스템은 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치; 및 상기 압전 특성 측정 장치와 전기적으로 연결되어, 상기 압전 특성 측정 장치에 제어 신호를 송신하고, 상기 압전 특성 측정 장치로부터 수신된 압전 나노 분말의 이미지 데이터 및 압전 나노 분말로부터 측정된 전하, 전류 및 전압 데이터를 출력하는 PC장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 방법은, 도전성 압입자를 갖는 투과 전자 현미경 시편 홀더에 압전 나노 분말이 분산된 분말 지지체를 장착하는 단계; 상기 시편홀더에 포함된 압전 나노 튜브에 전압을 인가하여 상기 압입자의 위치를 제어하는 단계; 상기 압전 나노 분말에 가해지는 압입 하중을 제어하는 단계; 상기 압전 나노 분말에서 발생되는 전기 신호를 측정하는 단계; 및 상기 압전 나노 분말의 이미지 및 상기 압전 나노 분말로부터 측정된 전하, 전류 및 전압 데이터를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 압전 나노 분말에 가해지는 압입 하중을 제어하는 단계는, 상기 시편 홀더에 포함되어, 상기 압입자 및 압전 나노 튜브와 연결된 하중 변환기를 이용하여 상기 압전 나노 분말에 가해지는 압입 하중을 제어할 수 있다.
또한, 상기 압전 나노 분말에서 발생되는 전기 신호를 측정하는 단계는, 상기 분말 지지체 및 도전성 압입자와 전기적으로 연결된 계측기를 이용하여 상기 압전 나노 분말에서 발생되는 전기 신호를 실시간으로 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치, 시스템 및 방법에 의하면, 응력이 가해진 압전 분말에서 발생하는 전하, 전류 전압을 측정할 수 있고, 압전 상수를 측정할 수 있다. 또한, 나노 크기의 압전 소재의 정밀 관찰과 정밀 위치 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투과 전자 현미경을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투과 전자 현미경의 시편 홀더 부분을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 현미경 시편 홀더의 도전성 압입자 및 분말 지지체를 도시한 도면이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 나노 튜브를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하중 변환기를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 분말 지지체 및 도전성 압입자와 전기적으로 연결된 계측기를 이용하여 압전 나노 분말에서 발생되는 전기 신호를 측정하는 전기 신호부의 동작 방식을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실험결과 그래프를 도시한 도면이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명할 수 있다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 할 수 있다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 시스템의 블록도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 압전 특성 측정 시스템(1)은 압전 특성 측정 장치 및 PC장치(200)을 포함한다. 이 때, 압전 특성 측정 장치는 나노 분말 압입부(110), 압입자 위치 제어부(120), 압입 하중 제어부(130) 및 전기 신호 측정부(140)를 포함한다.
나노 분말 압입부(110)는 도전성 압입자(111)를 갖는 전자 현미경(100)의 시편 홀더를 구비한다. 또한, 나노 분말 압입부(110)는 상기 도전성 압입자(111)에 대향하고, 압전 나노 분말(113)이 분산된 분말 지지체(112)가 장착될 수 있다. 상기 전자 현미경은 도 2에 도시된 바와 같이, 투과 전자 현미경일 수 있으며, 상기 전자 현미경의 시편 홀더는 도 3에 도시된 바와 같다.
이 때, 분말 지지체(112)는 실리콘 단결정이며, 도전성 압입자(111)와 대향하는 분발 지지체(112)의 일면은 금 전극층(114)이 도포된다. 또한, 상기 도전성 압입자(111)와 대향하는 분말 지지체(112)의 일면은 1 ㎛ 내지 200nm의 폭을 갖는다. 또한, 도전성 압입자(111)의 성분은 다이아몬드를 포함한다.
압입자 위치 제어부(120)는 압전 나노 튜브(121)에 전압을 인가하여 도전성 압입자(111)의 위치를 제어할 수 있다. 이 때, 압전 나노 튜브(121)는 전자 현미경(100)의 시편 홀더에 포함될 수 있다. 또한, 압입자 위치 제어부(120)는 상기 시편 홀더에 포함된 압전 나노 튜브(121)에 전압을 인가하는 전원 공급 장치(122)를 포함할 수 있다.
압입 하중 제어부(130)는 시편 홀더에 포함되어, 도전성 압입자(111) 및 압전 나노 튜브(121)와 연결된 하중 변환기(131)를 이용하여 압전 나노 분말(113)에 가해지는 압입 하중을 제어 할 수 있다. 즉, 압입 하중 제어부(130)는 압전 나노 분말(113)에 제어된 응력을 가할 수 있다. 이로써, 가해진 응력에 따라 발생하는 전하량의 비율로 압전 나노 분말(113)의 압전 특성을 나타내는 압전 상수를 측정할 있게 되며, 가해진 응력에 의해 발생된 압전 나노 분말(113)의 전하, 전류, 전압을 측정할 수 있다. 즉, 응력에 의해 발생하는 압전 소재의 압전 상수, 전하, 전류, 전압를 측정할 수 있다. 여기서, 압입 하중 제어부(130)는 하중 변환기(131) 및 데이터 계측기(132)를 포함할 수 있다.
보다 상세하게, 압입 하중 제어부(130)는 두 개의 고정된 고정 금속판 및 상기 두 개의 고정된 금속판 사이에 위치되고, 상기 도전성 압입자와 연결되어 상기 압입자의 전/후 운동을 가능하게 하는 하나의 이동 금속판을 갖는 하중 변환기를 포함할 수 있다. 이 때, 하중 변환기는 용량형 변환기(capacitive transducer)일 수 있다. 이 때, 용량형 변환기는 정전 용량의 변화를 이용하여 미소 변위를 측정하기 위한 변환기로, 평행판 전극의 정전 용량은 전극의 유효면적과 그 사이에 삽입한 절연물의 유전율에 비례하고, 전극간의 간극에 반비례하는 것을 이용한 것이다. 변위에 의한 용량 변화를 인덕턴스와의 병렬 공진에서의 공진 주파수 변화로 변환하여 측정한다.
또한, 압입 하중 제어부(130)는 고정 금속판과 이동 금속판 사이에 전위차를 생성하여 상기 금속판 간의 간격 및 압입자에 가해지는 응력을 제어할 수 있다.
압입 하중 제어부(130)는 압입자(111)의 전/후 운동에 의해 고정 금속판과 이동 금속판의 간격이 달라짐에 따라, 금속판 간의 정전 용량의 변화를 측정하여 압입자(111)에 가해진 하중을 측정하는 데이터 계측기(132)를 더 포함할 수 있다.
전기 신호 측정부(140)는 분말 지지체(112) 및 도전성 압입자(111)와 전기적으로 연결된 계측기(141)를 이용하여 압전 나노 분말(113)에서 발생되는 전기 신호를 실시간으로 측정할 수 있다.
또한, PC장치(200)를 설명하면, 상기 압전 특성 측정 장치와 전기적으로 연결되어, 압전 특성 측정 장치에 제어 신호를 송신하고 압전 특성 측정 장치로부터 수신된 압전 나노 분말(113)의 이미지 데이터 및 압전 나노 분말로부터 측정된 전하, 전류 및 전압 데이터를 출력하는 장치이다. 또한, PC장치(200)는 출력된 데이터를 이미지, 사진, 영상 등으로 변환하여 디스플레이 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 현미경 시편 홀더의 도전성 압입자 및 분말 지지체를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 전자 현미경(100)의 시편 홀더는 도전성 압입자(111)를 포함하고, 도전성 압입자(111)에 대향하여 압전 나노 분말(113)이 분산된 분말 지지체(112)가 장착된다. 또한, 전자 현미경(100)의 시편 홀더는 압입 위치 제어부(120)의 압전 나노 튜브(121) 및 압입 하중 제어부(130)의 하중 변환기(131)을 포함할 수 있다.
보다 상세하게, 우선 압전 나노 분말(113)의 위치 확인 및 정밀 압입 시험을 위하여, 분말 압입부(110)가 구비된 투과전자현미경 시편 홀더에 압전 나노 분말(113)이 분산된 분말 지지체(112)를 장착한다. 압전 나노 분말(113)이 분산된 분말 지지체(112)는 실리콘 단결정으로 제작되었으며 한 면에 단차를 구성하여, 200nm 내지 1㎛ 의 폭을 갖는 고원(plateau) 형태의 면을 가지고 있다. 압전 나노 분말을 분산하기 이전에 전기적 신호 측정을 위한 금 도금층이 고원 면에 도포된다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 나노 튜브를 도시한 도면이다.
도 5을 참조하면, 압전 나노 분말(113)의 정밀한 압입 시험을 위해 도전성 압입자(111)의 위치를 나노미터 단위로 정밀하게 제어해야 한다. 따라서, 정밀한 나노 분말 압입부(110)가 구비된 투과전자현미경 시편 홀더에 포함되는 압전 나노 튜브(121)에 전압을 인가하여 도전성 압입자(111)의 위치를 정밀하게 제어한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하중 변환기를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 압전 나노 분말(113)의 압입 시험에서, 압전 나노 분말(113)에 가해지는 압입 하중을 제어하기 위해 도전성 압입자(111) 및 압전 나노 튜브(121)와 체결된 하중 변환기(force transducer)(131)를 이용한다. 하중 변환기(131)의 경우 고정된 두 개의 고정 금속판(131a)과 이동 가능한 하나의 이동 금속판(131b)이 결합된 형태를 갖고 있다.
이동 금속판(131b)에 도전성 압입자(111)가 체결되어 있으며, 도전성 압입자(111)의 전/후 운동에 의해 고정 금속판(131a)과 이동 금속판(131b)의 간격이 달라지게 되고, 이 때 금속판 간의 정전용량의 변화를 측정하여 압입자(111)에 가해진 하중을 측정할 수 있다. 반대로, 전압 인가를 통해 고정 금속판(131a)과 이동 금속판(131b) 사이에 전위차를 조성하여 금속판 간의 간격을 제어함으로써, 압입자에 가해지는 응력을 제어할 수 있다. 이 때, 응력은 고정 금속판(131a) 및이동 금속판(131b)의 전위차의 제곱((V - Vo)2)에 비례한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 분말 지지체 및 도전성 압입자와 전기적으로 연결된 계측기를 이용하여 압전 나노 분말에서 발생되는 전기 신호를 측정하는 전기 신호부의 동작 방식을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 압전 나노 분말(113)의 압입 시험과 동시에, 압전 효과에 의해 발생하는 압전 전하, 전류 및 전압을 측정하기 위해, 분말 지지체(112)에 도포된 금 전극층(114) 및 전도성 압입자(111)에 전기적 연결을 조성하고, 이를 데이터 계측기(141)에 연결하여 압입 시험과 동시에 발생 전기 신호를 측정한다. 보다 상세하게, 분말 지지체(112)에는 금 전극층(114)이 도포되어 있고, 전도성 압입자(111)는 전도성 다이아몬드로 구성되어 있으므로, 금 전극층(114) 및 전도성 압입자(111) 양 단에 전기적 연결을 구성하여 전기신호를 측정하는 데이터 계측기(141)와 연결하고, 이로써, 전기 신호를 측정한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실험결과 그래프를 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 압전 나노 분말(113)에 가해진 하중에 따른 전하를 알 수 있으며, 반복되는 피크 형태의 신호를 얻을 수 있다(도 8참조). 또한, 이러한 측정값과 인가한 하중의 비율을 산출하면, Q-F그래프(도 9참조)을 추출할 수 있으며, 하기의 수학식 1을 이용하여 압전 나노 분말의 압전 상수를 산출할 수 있다.
Figure 112014128556343-pat00001
여기서, Q는 측정된 압전 나노 분말의 전하값이고, F는 압전 나노 분말에 인가한 하중이다.
또한, 상기 설명된 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치 및 시스템을 이용하여 압전 특성 측정 방법에 대하여 하술한다.
우선, 나노분말 압입부(110)는 도전성 압입자(111)를 갖는 투과 전자 현미경 시편 홀더에 압전 나노 분말(113)이 분산된 분말 지지체(112)를 장착한다. 이 때, 압전 나노 분말(113)이 분산된 분말 지지체(112)는 도전성 압입자(111)에 대향한다. 또한, 분말 지지체(112)는 실리콘 단결정일 수 있으며, 도전성 압입자(111)와 대향하는 일면에는 금 전극층(114)이 도금되어 있을 수 있다. 여기서, 도전성 압입자(111)와 대향하는 분말 지지체(112)의 일면은 1㎛ 내지 200nm의 폭을 갖을 수 있으며, 도전성 압입자(111)는 다이아몬드일 수 있다.
다음, 압입 위치 제어부(120)는 시편홀더에 포함된 압전 나노 튜브(121)에 전압을 인가하여 도전성 압입자(111)의 위치를 제어한다. 이 때, 압입 위치 제어부(120)는 나노 튜브(121)에 전압을 인가하여 도전성 압입자(111)의 위치를 나노미터 단위로 정밀하게 제어할 수 있다.
다음, 압입 하중 제어부(130)는 압전 나노 분말(113)에 가해지는 압입 하중을 제어한다. 보다 상세하게, 상기 시편 홀더에 포함되어, 도전성 압입자(111) 및 압전 나노 튜브(121)와 연결된 하중 변환기를 이용하여 상기 압전 나노 분말(113)에 가해지는 압입 하중을 제어할 수 있다. 즉, 압입 하중 제어부(130)는 압전 나노 분말(113)에 제어된 응력을 가할 수 있다. 이로써, 가해진 응력에 따라 발생하는 전하량의 비율로 압전 나노 분말(113)의 압전 특성을 나타내는 압전 상수를 측정할 있게 되며, 가해진 응력에 의해 발생된 압전 나노 분말(113)의 전하, 전류, 전압을 측정할 수 있다. 즉, 응력에 의해 발생하는 압전 소재의 압전 상수, 전하, 전류, 전압을 측정할 수 있다.
보다 상세하게, 압입 하중 제어부(130)는 두 개의 고정된 고정 금속판(131a) 및 두 개의 고정 금속판(131a) 사이에 위치되고, 상기 도전성 압입자(111)와 연결되어 도전성 압입자(111)의 전/후 운동을 가능하게 하는 하나의 이동 금속판(131b)을 갖는 하중 변환기(131)를 포함할 수 있다. 또한, 압입 하중 제어부(130)는 고정 금속판(131a)과 이동 금속판(131b) 사이에 전위차를 생성하여 금속판 간의 간격 및 압입자에 가해지는 응력을 제어할 수 있다.
압입 하중 제어부(130)는 압입자(111)의 전/후 운동에 의해 고정 금속판(131a)과 이동 금속판(131b)의 간격이 달라짐에 따라, 금속판 간의 정전 용량의 변화를 측정하여 압입자(111)에 가해진 하중을 측정하는 데이터 계측기(132)를 더 포함할 수 있다.
다음, 전기 신호 측정부(140)는 압전 나노 분말(113)에서 발생되는 전기 신호를 측정한다.
전기 신호 측정부(140)는 분말 지지체(112) 및 도전성 압입자(111)와 전기적으로 연결된 데이터 계측기(141)를 이용하여 압전 나노 분말(113)에서 발생되는 전기 신호를 실시간으로 측정할 수 있다.
마지막으로, PC장치(200)는 압전 나노 분말의 이미지 및 상기 압전 나노 분말로부터 측정된 전하, 전류 및 전압 데이터를 출력한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100: 전자 현미경
110: 나노 분말 압입부
111: 도전성 압입자
112: 분말 지지체
113: 압전 나노 분말
120: 압입자 위치 제어부
121: 압전 나노 튜브
122: 전원 공급 장치
130: 압입 하중 제어부
131: 하중 변환기
132: 테이터 계측기
140: 전기 신호 측정부
141: 데이터 계측기
200: PC 장치

Claims (16)

  1. 도전성 압입자를 갖는 투과 전자 현미경 시편 홀더 및 상기 도전성 압입자에 대향하며, 압전 나노 분말이 분산된 분말 지지체를 구비한 나노 분말 압입부;
    상기 시편 홀더에 포함된 압전 나노 튜브에 전압을 인가하여 상기 압입자의 위치를 제어하는 압입자 위치 제어부;
    상기 시편 홀더에 포함되어, 상기 압입자 및 압전 나노 튜브와 연결된 하중 변환기를 이용하여 상기 압전 나노 분말에 가해지는 압입 하중을 제어하는 압입 하중 제어부; 및
    상기 분말 지지체 및 도전성 압입자와 전기적으로 연결된 계측기를 이용하여 상기 압전 나노 분말에서 발생되는 전기 신호를 실시간으로 측정하는 전기 신호 측정부
    를 포함하고,
    상기 하중 변환기는 두 개의 고정된 고정 금속판 및 상기 두 개의 고정된 금속판 사이에 위치되고, 상기 도전성 압입자와 연결되어 상기 압입자의 전/후 운동을 가능하게 하는 하나의 이동 금속판을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 분말 지지체는,
    실리콘 단결정이며, 상기 도전성 압입자와 대향하는 일면에 도포된 금 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 도전성 압입자와 대향하는 상기 분말 지지체의 일면은 1 ㎛ 내지 200nm의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 도전성 압입자는 다이아몬드를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 압입 하중 제어부는,
    상기 압입자의 전/후 운동에 의해 고정 금속판과 이동 금속판의 간격이 달라짐에 따라, 상기 금속판 간의 정전 용량의 변화를 측정하여 상기 압입자에 가해진 하중을 측정하는 데이터 계측기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 하중 변환기는 용량형 변환기(capacitive transducer)인 것을 특징으로 하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 압입 하중 제어부는,
    상기 고정 금속판과 이동 금속판 사이에 전위차를 생성하여 상기 금속판 간의 간격 및 압입자에 가해지는 응력을 제어하는 것을 특징으로 하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 압입자 위치 제어부는,
    상기 시편 홀더에 포함된 압전 나노 튜브에 전압을 인가하는 전원 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치.
  10. 제 1항 내지 제 4항 및 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 장치; 및
    상기 압전 특성 측정 장치와 전기적으로 연결되어, 상기 압전 특성 측정 장치에 제어 신호를 송신하고, 상기 압전 특성 측정 장치로부터 수신된 압전 나노 분말의 이미지 데이터 및 압전 나노 분말로부터 측정된 전하, 전류 및 전압 데이터를 출력하는 PC장치
    를 포함하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 시스템.
  11. 도전성 압입자를 갖는 투과 전자 현미경 시편 홀더에 압전 나노 분말이 분산된 분말 지지체를 장착하는 단계;
    상기 시편홀더에 포함된 압전 나노 튜브에 전압을 인가하여 상기 압입자의 위치를 제어하는 단계;
    상기 압전 나노 분말에 가해지는 압입 하중을 제어하는 단계;
    상기 압전 나노 분말에서 발생되는 전기 신호를 측정하는 단계; 및
    상기 압전 나노 분말의 이미지 및 상기 압전 나노 분말로부터 측정된 전하, 전류 및 전압 데이터를 출력하는 단계
    를 포함하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 압전 나노 분말에 가해지는 압입 하중을 제어하는 단계는,
    상기 시편 홀더에 포함되어, 상기 압입자 및 압전 나노 튜브와 연결된 하중 변환기를 이용하여 상기 압전 나노 분말에 가해지는 압입 하중을 제어하는 것을 특징으로 하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 압전 나노 분말에서 발생되는 전기 신호를 측정하는 단계는,
    상기 분말 지지체 및 도전성 압입자와 전기적으로 연결된 계측기를 이용하여 상기 압전 나노 분말에서 발생되는 전기 신호를 실시간으로 측정하는 것을 특징으로 하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 분말 지지체는,
    실리콘 단결정이며, 상기 도전성 압입자와 대향하는 상기 분말 지지체의 일면에 도포된 금 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 도전성 압입자와 대향하는 상기 분말 지지체의 일면은 1 ㎛ 내지 200nm의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 방법.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 도전성 압입자는 다이아몬드를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 나노 소재의 압전 특성 측정 방법.

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