• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.219-219
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• 2008

Energy harvesting from the environment has been of great interest as a standalone power source of wireless sensor nodes for ubiquitous sensor networks (USN). There are several power generating methods such as thermal gradients, solar cell, energy produced by human action, mechanical vibration energy, and so on. Most of all, mechanical vibration is easily accessible and has no limitation of weather and environment of outdoor or indoor. In particular, the piezoelectric energy harvesting from ambient vibration sources has attracted attention because it has a relative high power density comparing with other energy scavenging methods. Through recent advances in low power consumption RF transmitters and sensors, it is possible to adopt a micro-power energy harvesting system realized by MEMS technology for the system-on-chip. However, the MEMS energy harvesting system hassome drawbacks such as a high natural frequency over 300 Hz and a small power generation due to a small dimension. To overcome these limitations, we devised a novel power generator with a spiral spring structure. In this case, the energy harvester has a lower natural frequency under 200 Hz than a normal cantilever structure. Moreover, it has higher an energy conversion efficient because shear mode ($d_{15}$) is much larger than 33 mode ($d_{33}$) and the energy conversion efficiency is proportional to the piezoelectric constant (d). We expect the spiral type MEMS power generator would be a good candidate as a standalone power generator for USN.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제11권6호
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• pp.271-274
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• 2010

We examined the tunneling current behaviors of magnetic tunneling junction (MTJ) cells utilizing conductive atomic force microscopy (AFM) interfaced with an external magnetic field generator. By introducing current through coils, a magnetic field was generated and then controlled by a current feedback circuit. This enabled the characterization of the tunneling current under various magnetic fields. The current-voltage (I-V) property was measured using a contact mode AFM with a metal coated conducting cantilever at a specific magnetic field intensity. The obtained magnetoresistance (MR) ratios of the MTJ cells were about 21% with no variation seen from the different sized MTJ cells; the value of resistance $\times$ area (RA) were 8.5 K-12.5 K $({\Omega}{\mu}m^2)$. Since scanning probe microscopy (SPM) performs an I-V behavior analysis of ultra small size without an extra electrode, we believe that this novel characterization method utilizing an SPM will give a great benefit in characterizing MTJ cells. This novel method gives us the possibility to measure the electrical properties of ultra small MTJ cells, namely below $0.1\;{\mu}m\;{\times}\;0.1\;{\mu}m$.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2003년도 추계학술대회논문집
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• pp.1059-1066
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• 2003

A power generation system are proposed to convert ambient mechanical vibration into electrical energy using cantilever-type piezoelectric materials. The vibration-based power device can be used for self-powered systems without batteries. This paper presents the theoretical analysis for the coupled equations of piezoelectric and structural motions and investigates the dynamic characteristics of the self-power system using transfer function method. The theoretical model is verified by the finite element analysis of the resonance frequency, the dynamic response of the structure and the sensor sensibility. Experimental results measured using a prototype system agrees with the theoretical predictions. The system is shown to produce 2.53㎼ in average. Finally, we perform the optimal design for system variables to maximize output power.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제25권12호
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• pp.955-960
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• 2012

We fabricated piezoelectric unimorph cantilever generators (UCG) using $Pb(Zr_{0.54}Ti_{0.46})O_3$ + 0.2 wt% $Cr_2O_3$ + 1.0 wt% $Nb_2O_5$ (PZCN) piezoelectric thick films, which were produced by a tape casting method. The PZCN thick films were tailored with same width and thickness but different lengths from 7.7 to 57.7 mm in order to evaluate optimized UCG for energy harvesting device applications. When the length of PZCN film was increased, the resonance frequency of UCG was slightly increased from 7 Hz to 8 Hz, which could be due to enlarged area of the highly stiff piezo-ceramic film. However, the output power was proportionally increased with the length of PZCT film and it reached 4.68 mW (1.221 $mW/cm^3$) when the film's length was 57.7 mm under 25 g of tip mass at 8 Hz, which is sufficient for micro-scale device applications.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.94.2-94.2
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• 2012

에너지 하베스터에 적용 가능한 $0.72Pb(Zr_{0.47}Ti_{0.53})O_3-0.28Pb((Ni_{0.55}Zn_{0.45})_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ (PPZNN) 후막세라믹의 구조적 압전 특성을 조사하였다. $850^{\circ}C$에서 하소를 마친 파우더를 72시간 볼 밀링 처리한 후, 테잎 캐스팅 공정을 이용하여 0.3mm의 두께로 PPZNN 압전 세라믹을 제조하였다. $900^{\circ}C$에서 $1200^{\circ}C$까지 다양한 온도에 소결하여 온도가 증가될수록 정방형 구조로 상전이 거동하는 모습을 보였으며, 특히 $1050^{\circ}C$에서 소결된 PPZNN후막 세라믹은 이차상이 없는 고밀도의 미세구조가 관찰되었다. $d_{33}$=440 pC/N 그리고 kp = 0.46의 우수한 압전 특성을 보였으며, 에너지 변환 성능을 나타내는 $d33{\cdot}g33$ 값은 약 $20439{\times}10^{-15}\;m^2/N$ 로 매우 우수하였다. PPZNN후막 세라믹을 유니몰프 켄틸레버 형태로 제작하여 발전 평가하였을 때 저항이 470 $k{\Omega}$에서 969 ${\mu}W$ (4930 ${\mu}W/cm^3$)로 관찰되었다. PPZNN 후막 압전 세라믹은 향후 압전에너지 하베스터 소재로 다양한 응용분야에 사용될 것으로 예상된다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제29권12호
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• pp.776-780
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• 2016

Recently, energy harvesting technology is increasing due to the fossil fuel shortages. To compensate problem of low generating power than other energy harvesters, many researchers have studied about piezoelectric harvester for obtaining high output. In this paper, four kinds of unimorph based piezoelectric harvesters were proposed and its generating characteristics were studied. Each of the piezoelectric harvesters has three, four, and six unimorph arms, respectively, and the arms are symmetrically arranged from one central point. The centrosymmetric structure of the harvesters guarantees more stable and multiplied generation than a cantilever-type harvester since the arms of the harvester resonate at same frequency. Resonance frequency, output voltage, displacement, and stress characteristics of the generator were analyzed by using a FEM (finite element method) program. Harvesters were fabricated on the basis of analysis results. Experimental results were compared with simulated results.

• 실천공학교육논문지
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• 제13권3호
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• pp.497-505
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• 2021

재료의 변형률과 진동 측정을 실습하기 위한 외팔보 형태의 실험 장치를 개발하였다. 주변에서 구할 수 있는 재료와 저렴한 제어기를 사용하여 제작하였다. 철재 자로 된 외팔보에 서로 다른 위치에 변형률게이지를 설치하여 외부 하중에 따른 보의 변형률을 측정할 수 있도록 구성하였다. 전자석으로 외팔보를 가진하며, 함수발생기로 원하는 주파수로 외팔보에 진동이 발생하도록 하였다. 장치를 사용하여 수행이 가능한 세 가지 실험을 제시하였으며, 각각 저울 만들기 시험, 외팔보의 공진주파수 측정 실험, 그리고 가진주파수와 측정 주파수의 차이를 구하는 실험이다. 간단하면서도 저렴하게 만들 수 있는 실험 장치와 실험 포트폴리오를 통해 효과적인 하중 및 진동 측정 교육 수행이 가능할 것으로 기대된다.

• 농업과학연구
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• 제8권1호
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• pp.90-96
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• 1981

농업기계(農業機械)의 개량(改良) 및 개발(改發)의 새로운 설계(設計)를 위(爲)하여는 기계요소(機械要素)의 strain의 정밀측정(精密測定)이 중요(重要)하다. 각종(各種) 농업기계요소(農業機械要素)의 strain 측정(測定)을 위(爲)하여 현재(現在) 널리 사용(使用)하고 있는 strain 계측장치(計測裝置)의 Recorder는 1,000m/s 이하(以上)의 고속측정(高速測定)에는 이용(利用)하기 어려울뿐아니라 포장(圃場)에서 실험(實驗)할 경우는 매우 불편(不便)하고 또한 Recording paper에 나타난 Analog Data를 인력(人力)에 의(依)해 Digital로 변환(變換)해야 하므로 이때의 분석소요시간(分析所要時間)이 많이 소요(所要)될 뿐 아니라 오차(誤差)의 발생요인(發生要因)도 많이 내포(內包)하고 있다. 본(本) 연구(硏究)는 Amplifier에서 출력(出力)되는 Analog Signal을 A/D 변환기(變換器)를 갖춘 마이크로 콤퓨터에서 실시간(實時間)으로 측정(測定)하고, 이를 보통의 카세트녹음기(錄音器)에 수록(收錄)하였다가 실험후(實驗後) 콤퓨터에 보내 처리(處理)하는 방안(方案)에 관(關)해 연구(硏究)를 실시(實施)한 바 그 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 측정시간간격(測定時間間隔), 사용(使用) channel수(數) 및 data수(數)를 자유(自由)로 조정(調整)할 수 있는 측정(測定) program을 개발(開發)하였으며 특(特)히 측정시간(測定時間) 간격(間隔)은 고속측정(高速測定)이 최소(最少) $62{\mu}s$까지 가능(可能)하였다. 2. Calibration은 funcfion generator와 Oscilloscope를 이용(利用)하여 삼각파(三角波)를 넣어 측정(測定)한 결과(決果)를 콤퓨터에서 plotling한 결과(結果) 정확(正確)한 삼각파(三角波)를 얻을 수 있어 phase distorsion, amplitude distorsion의 문제(問題)가 전혀 없는 것이 인정(認定)되었다. 3. 진동주기(振動週期)가 0.019초(秒)인 Cantilever beam vibrafor의 strain 변화(變化)를 이 실험장치(實驗裝置)로 측정시간(測定時間) 간격(間隔) 1.0ms로 측정(測定)하여 콤퓨터에서 plotting한 결과(結果) 이론치(理論値)와 잘 일치(一致)하는 진동곡선(振動曲線)을 얻었다. 4. 마이크로 콤퓨터는 농업기계요소(農業機械要素)의 strain 측정(測定)에 이용(利用)하면 분석시간(分析時間)이 절약(節約)되고 기록용지(記錄用紙)를 사용(使用)치 않아 경제적(經濟的)일 뿐 아니라 포장실험(圃場實驗) 적응성(適應性)이 우수(優秀)하고 정밀고속측정등(精密高速測定等) 우수(優秀)한 성능(性能)을 갖춘 것으로 인정(認定)된다.