본 연구에서는 우수한 압전스피커용 압전세라믹스 조성을 개발하기 위하여 Pb(Ni1/3Nb2/3)0.5(Zr0.32Ti0.68)0.5O3 조성에 각각 Ta2O5, MnO₂ 와 Sm₂O₃, Ta2O5 두 종류가 이중 도핑된 압전세라믹스를 제작하여 유전 및 압전특성을 조사하였다.
0.15 wt% MnO₂ + x wt% Ta2O5를 첨가한 세라믹스의 압전 및 유전특성은 0.4 wt% Ta2O5가 첨가된 시편에서 유전상수(εr)는 4997, 압전상수(d₃₃)는 712pC/N, 전기기계결합계수(kp)는 0.62, 큐리온도(Tc) 160℃로 최적의 값을 나타내었다.
0.4 wt% Ta2O5 + x wt% Sm₂O₃를 첨가한 세라믹스의 압전 및 유전특성은 0 wt% Sm₂O₃의 조성에서 유전상수(εr)는 6778, 압전상수(d₃₃)는 1027pC/N, 전기기계결합계수(kp)는 0.67, 큐리온도(Tc) 155℃로 우수한 물리적 특성이 나타났다. 이 값들은 압전스피커와 같은 장치 적용에 적합했다.
개발된 조성으로 압전스피커 적용을 위한 샘플을 제작하여 변위 및 음압 변화를 분석하였으며, ATILA를 사용하여 시편 크기 변화에 따른 변위 시뮬레이션을 실시하였다.
SUS판에 부착한 직경이 25mm인 시편으로 ATILA를 사용하여 변위특성 시뮬레이션 수행결과, 공진주파수는 226Hz, 50V 인가시 시편의 중앙부분에서 최대변위는 각각 415μm를 나타내었다.
SUS판에 부착한 직경이 25mm의 압전세라믹스 시편으로 변위를 측정한 결과 공진주파수가 169Hz, 변위 또한 100V 인가시 132μm로 최대 변위를 나타내었다.
제조된 압전스피커의 응압수준은 주파수가 증가할수록 음압이 점차 커지는 것을 확인하였으며, 11.8kHz 인가시 최대 음압이 75dB로 측정되었다.