Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.229.1-229.1
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2014
Tactile sensors have widely been researched in the areas of electronics, robotic system and medical tools for extending to the form of bio inspired devices that generate feeling of touch mimicking those of humans. Recent efforts in adapting the tactile sensor have included the use of novel materials with both scalability and high sensitivity [1]. Graphene, a 2-D allotrope of carbon, is a prospective candidate for sensor technology, having strong mechanical properties [2] and flexibility, including recovery from mechanical stress. In addition, its truly 2-D nature allows the formation of continuous films that are intrinsically useful for realizing sensing functions. However, very few investigations have been carrier out to investigate sensing characteristics as a device form with the graphene subjected to strain/stress and pressure effects. In this study, we present a sensor of vertical forces based on single-layer graphene, with a working range that corresponds to the pressure of a gentle touch that can be perceived by humans. In spite of the low gauge factor that arises from the intrinsic electromechanical character of single-layer graphene, we achieve a resistance variation of about 30% in response to an applied vertical pressure of 5 kPa by introducing a pressure-amplifying structure in the sensor. In addition, we demonstrate a method to enhance the sensitivity of the sensor by applying resistive single-layer graphene.
Jeong, Seong-Kyu;Hong, In-Ki;Do, Nam-Binh;Tran, Vu Diem Ngoc;Cho, Seong-Youl;Taib, Weon Pil;Lee, Jae-Shin
Journal of Powder Materials
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v.17
no.5
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pp.399-403
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2010
The effects of $MnO_2$ doping on the crystal structure, ferroelectric, and piezoelectric properties of (K,Na)$NbO_3$ (KNN) ceramics have been investigated. $MnO_2$ was found to be effective in enhancing the densification and grain growth during sintering. X-ray diffraction analysis indicated that Mn ions substituted B-site Nb ions up to 2 mol%, however, further doping induced unwanted secondary phases. In comparison with undoped KNN ceramics, the well developed microstructure and the substitution to B-sites in 2 mol% Mn-doped KNN ceramics resulted in significant improvements in both piezoelectric coupling coefficient and electromechanical quality factor.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.5
no.2
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pp.76-80
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2004
Piezoelectric and dielectric properties as functions of x and y mole ratio in yPb(ZrxTil-x)O$_3$(1-y)Pb(Mn$\_$1/3/Nb/2/3/)O$_3$, ceramics, PZT-PMN, are investigated for large displacement piezoelectric devices. From the experimental results, when y is 0.95 and x is 0.505, the piezoelectric and dielectric properties are maximum, that is, electromechanical coupling coefficient(kp), piezoelectric strain constant(d$\_$33/), permittivity($\varepsilon$$\_$33/$\^$T//$\varepsilon$$\_$0/), and Curie temperature are 58 %, 272 pC/N, 1520 and about 350$^{\circ}C$, respectively. Also, when y is 0.90 and x is 0.50, their properties are 56 %, 242 pC/N, 1220, and 290$^{\circ}C$, respectively. As MgO dopant is added from 0 wt% to 1 wt%, kp increases to 63 % and Qm decreases to 500 at the MgO dopant of 0.1 wt%, and then kp decreases to 57 % as MgO is added.
Dynamic behavior of piezoelectric ZnO nanowires is investigated using finite element analyses (FEA) on FE models constructed based on previous experimental observations in which nanowires having aspect ratios of 1:2. 1:31, and 1:57 are obtained during a hydrothermal process. Modal analyses predict that nanowires will vibrate in lateral bending, uniaxial elongation/contraction, and twisting (torsion), respectively, for the three ratios. The natural frequency for each vibration mode varies depending on the aspect ratio, while the frequencies are in a range of 7.233 MHz to 3.393 GHz. Subsequent transient response analysis predicts that the nanowires will behave quasi-statically within the load frequency range below 10 MHz, implying that the ZnO nanowires have application potentials as structural members of electromechanical systems including nano piezoelectric generators and piezoelectric dynamic strain sensors. When an electric pulse signal is simulated, it is predicted that the nanowires will deform in accordance with the electric signal. Once the electric signal is removed, the nanowires exhibit a specific resonance-like vibration, with the frequency synchronized to the signal frequency. These predictions indicate that the nanowires have additional application potential as piezoelectric actuators and resonators.
The paper deals with the study of the mechanical time-harmonic forced vibration of the hydro-piezoelectric system consisting of the piezoelectric plate and compressible viscous fluid with finite depth. The exact equations of motion of the theory of linear electro-elasticity for piezoelectric materials are employed for describing the plate motion, however, the fluid flow is described by employing the linearized Navier-Stokes equations for a compressible (barotropic) viscous fluid. The plane-strain state in the plate and the plane flow of the fluid are considered and the corresponding mathematical problems are solved by employing the Fourier transform with respect to the space coordinate which is on the coordinate axis directed along the platelying direction. The expressions of the corresponding Fourier transform are determined analytically, however, the inverse transforms are found numerically. Numerical results on the interface pressure and the electrical potential are obtained for various PZT materials and these results are discussed. According to these results, in particular, it is established that the electromechanical coupling effect can significantly decrease the interface pressure.
Youngsam Yoon;Hojin Lee;Goeun Cha;Tae Wook Kim;Jongsung Park
Journal of Sensor Science and Technology
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v.32
no.5
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pp.295-299
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2023
Herein, we propose a simple fabrication method for MXene-coated V-groove sensors for applications. To enhance the sensitivity of this sensor, we applied MXene particles, instead of conventional metal layers, as a sensing material on the sensor's surface. This allows for an easier fabrication, as well as higher sensitivity of the sensor compared to those of our previously demonstrated metal-based V-groove sensor. Additionally, polyurethane-acrylate, a UV-curable liquid polymer, can be easily applied using micro-electromechanical systems-based surface-texture micromachining. The sensor sensitivity is approximately 0.08 /mm, and it can be improved by increasing the number of V-grooves. We believe that the proposed MXene-based wearable sensor offers a great potential in detecting various types of motions characteristic of human activities.
It this paper, the piezoelectric and electro-induced strain properties of (P $b_{1-}$2x/3/B $i_{x}$ )[N $i_{1}$3/N $b_{2}$3/)$_{0.4}$( $Ti_{0.6}$Z $r_{0.4}$)$_{0.6}$] $O_3$ceramics (x=0, 0.005, 0.02) were investigated with the substitution of B $i^{3+}$, and the feasibility of the application for bimorph actuator was evaluated by measuring the dynamic properties of the piezoelectric bimorph fabricated with above ceramics. Dielectric constant was enhanced with the increase of B $i^{3+}$ substitution, and appeared the maximum value of 5032 at x=0.01 composition. Increasing the substitution of B $i^{3+}$, the electromechanical coefficient( $k_{p}$ , $k_{31}$ ) was increased up to the substitution of 0.5 mol% B $i^{3+}$, showed the value of 0.656, 0.439, respectively. The piezoelectric constant( $d_{33}$$d_{31}$ ) had the highest value of 344, 825 with the substitution of 0.5 mol% B $i^{3+}$. The strain, generated by 60 Hz AC electric field, had the largest value of 1200($\times$10$^{-6}$$\Delta$1/1) in the composition with the substitution of 0.5 mol% B $i^{3+}$. The dynamic properties of the bimorph actuator, fabricated with the composition substitution of 0.5 mol% B $i^{3+}$, showed the largest value of 325 $\mu$m at $\pm$150 V square pulse. square pulse.are pulse..
The improved SWNTs/PANi composite actuator films applicable to an artificial muscle were fabricated successfully using a new process of manufacture that consists of 90% pure single-walled carbon nanotubes (SWNT) and chemical polymerization. PANi is electrically conducting polyaniline polymer. The conductivities of the composite SWNTs/PANi film-type actuators and the pure PANi films fabricated were measured as 56.15 S/cm and 17.38 S/cm, respectively, by the 4-prove method. The conductivity of the composite actuator is 3.2 times higher than the pure PANi film. The fabricated composite actuator showed higher conductivity than any other similar ones. The quality of samples was investigated by an electron scanning microscope (SEM). To measure the actuating strains, a specially designed beam balance apparatus was developed and strains of the composite actuators was measured by a laser displacement sensor subjected to electric currents. During the operation, the sample was soaked in the $NaNO_3$ solution and the sine-wave voltage in the range of $+1V{\sim}-1V$ was applied. The length of the composite actuator changed from $l_0=12.690$ mm to $l_1=12.733$ so that the change of length was l=0.043 mm and the strain was 0.34 %. This is a very high strain for this kind of a composite actuator. Other result reported by Tahhan showed 0.23 % strain, so that the present result is improved by 48%.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.34
no.1
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pp.1-7
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2021
This study investigated the structural, dielectric, ferroelectric, and strain properties of (0.98-x)Bi1/2Na1/2TiO3-0.02BiFeO3-xSrTiO3 (BNT-BF-100xST, x=0.20, 0.22, 0.24, 0.26, and 0.28). All samples were successfully synthesized using the conventional solid-state reaction method and sintered at 1,175℃ for 2 h. The average grain size of the BNT-BF-100x ceramics decreased with increasing ST content. Furthermore, we observed that the ferroelectric- relaxor transition temperature (TF-R) decreased with increasing ST content, which eventually vanished in the BNT-BF-24ST ceramics. The results indicated that a ferroelectric to relaxor phase transition could be induced by ST modification. Consequently, a large electromechanical strain of 633 pm/V at 4 kV/mm was observed for the BNT-BF-26ST ceramics. These results imply that our materials have the competitive advantage of larger strain under lower operating field conditions compared with other BNT-based lead-free piezoelectric ceramics. We expect that BNT-BF-ST lead-free piezoelectric ceramics are promising candidates as a novel ternary BNT-based system and can find potential applications in actuators.
Kim, Myung-Hun;Han, Hun-Hee;Kim, Jae-Hyuk;Kim, Seong-Jong;Ha, Seong-Gyu
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.11a
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pp.169-172
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2005
A flywheel system is an electromechanical energy storage device that stores energy by rotating a rotor. The rotating part, supported by magnetic bearings, consists of the metallic shaft, composite rims of fiber-reinforced materials, and a hub that connects the rotor to the shaft. The delamination in the fiber wound composite rotor often lowered the performance of the flywheel energy storage system. In this work, an advanced hybrid composite rotor with a split hub was designed to both overcome the delamination problem in composite rim and prevent separation between composite rim and metallic shaft within all range of rotational speed. It was analyzed using a three-dimensional finite clement method. In order to demonstrate the predominant perfom1ance of the hybrid composite rotor with a split hub, a high spin test was performed up to 40,000 rpm. Four radial strains and another four circumferential strains were measured using a wireless telemetry system. These measured strains were in excellent agreement with the FE analysis. Most importantly, the radial strains were reduced using the hybrid composite rotor with a split hub, and all of them were compressive. As a conclusion, a compressive pressure on the inner surface of the proposed flywheel rotor was achieved, and it can lower the radial stresses within the composite rotor, enhancing the performance of the flywheel rotor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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