A precision tribometer consisting of a cantilever was designed to measure frictional forces in the micro-Newton range. As frictional forces are measured based on the bending of the cantilever, vibration of the cantilever is the most significant factor affecting the quality of the friction measurement. Therefore, improved design of the tribometer with double cantilevers and a connecting plate that united the two cantilevers mechanically was suggested. For the verification of the modified design of the tribometer, numerical analysis and experiments were conducted. Examination using the finite element method revealed that the tribometer with a double cantilever and a connecting plate exhibited faster damping characteristics than the tribometer with a single cantilever. In the experiment, effectiveness of the double cantilever and connecting plate for vibration reduction was also confirmed. Vibration of the tribometer with double cantilever decreased eight times faster than that of the tribometer with a single cantilever. The faster damping of the double cantilever design is attributed to the mechanical interaction at the contacting surfaces between the cantilever and the connecting plate. Tribotesting using the tribometer with a single cantilever resulted in random fluctuation of frictional forces due to the stick-slip behavior. However, using the tribometer with a double cantilever and connecting plate for the tribotest gave relatively uniform and steady measurement of frictional forces. Increased stiffness owing to using a double cantilever and mechanical damping of the connecting plate were responsible for the stable friction signal.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.9
no.5
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pp.193-197
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2008
On the purpose of increasing resonant frequency without sacrificing quality factor as well as much decreasing dimensions, corrugated micro beam resonator based on polycrystalline 3C-SiC films is the applicable solution. In this work, appropriate corrugated structure is suggested to increase resonant frequency of resonators. Micro beam resonators based on 3C-SiC films which have a two-side corrugation along the length of beams were simulated by finite element method and compared to a same-size flat rectangular. With the dimension of 36x12x0.5 ${\mu}m^{3}$, the flat cantilever has resonant frequency of 746 kHz. Meanwhile, with this size but corrugation width of 6 ${\mu}m$ and depth of 0.4 ${\mu}m$, the corrugated cantilever reaches the resonant frequency at 1.252 MHz.
Kim Young-Sik;Na Kee-Yeol;Shin Yoon-Soo;Park Keun-Hyung;Kim Yeong-Seuk
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.19
no.10
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pp.894-900
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2006
This paper reports the fabrication and characterization of $32{\times}32$ thermal cantilever array for nano-scaled memory device applications. The $32{\times}32$ thermal cantilever array with integrated tip heater has been fabricated with micro-electro-mechanical systems(MEMS) technology on silicon on insulator(SOI) wafer using 9 photo masking steps. All of single-level cantilevers(1,024 bits) have a p-n junction diode in order to eliminate any electrical cross-talk between adjacent cantilevers. Nonlinear electrical characteristic of fabricated thermal cantilever shows its own thermal heating mechanism. In addition, n-channel high-voltage MOSFET device is integrated on a wafer for embedding driver circuitry.
To illustrate an application of the field effect transistor (FET) structure, this study suggests a new cantilever, using atomic force microscopy (AFM), for sensing surface potentials in nanoscale. A combination of the micro-electromechanical system technique for surface and bulk and the complementary metal oxide semiconductor process has been employed to fabricate the cantilever with a silicon-on-insulator (SOI) wafer. After the implantation of a high-ion dose, thermal annealing was used to control the channel length between the source and the drain. The basic principle of this cantilever is similar to the FET without a gate electrode.
Herein, we propose a functional polymer cantilever to enhance maturation and contractile force of cardiomyocytes. The proposed cantilever consists of a surface-patterned polymer substrate and silver nanowires (AgNWs). The AgNWs are transferred to the PDMS substrate using conventional molding techniques. This thin metallic surface significantly improves the adhesion of cardiomyocyte on the surface-patterned PDMS with the hydrophobic characteristics. In addition, the use of AgNWs improves the visibility of the conducting PDMS substrate for the observation of cardiomyocyte through an inverted microscope. The AgNWs also assist in synchronizing each cardiomyocyte to maximize its contractile force.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.12
no.6
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pp.117-124
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2013
Recently, the cell adhesion phenomenon that occurs in or between cells and other substances has become an important field of research in biology and biomedical engineering. Among the research, the foundational studies primarily experiment using biomedical materials (e.g. Glass Beads) attached to an AFM cantilever. For cell adhesion research, the mechanism where biomedical materials can be attached to the cantilever must be developed for this purpose; however, the mechanism remains an insufficient step. In this paper, a new stage where the Glass Bead can be attached to the cantilever is designed and fabricated;, the mm range movement in the stage is controlled using the stepping motor with a minimum displacement of $1{\mu}m$. The adhesive flow is also controlled using a PZT actuator. In addition, through the air suction, the cantilever holder can be fixed to the stage. The new stage including the bond inflows mechanism is evaluated and analyzed using theory and experiments.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.11
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pp.2415-2420
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2002
In the present study, a new anchor design was proposed to minimize the initial deflection of micro multi-layer cantilever beam with step-up structure, which is a key component of thin film micro-mirror array. It is important to minimize the initial deflection, caused by residual stress, because it reduces the performance of the actuation. Theoretical and experimental studies were conducted to examine the cause of the initial bending deflection. It was found that the bending deflection at the anchor of the cantilever beam was the primary source of initial deflection. Various anchor designs were proposed and the initial deflections for each design were calculated by finite element analysis. The analysis results were compared with experiments. To reduce the initial deflection a secondary support was added to the conventional structure. The optimal shapes were obtained by simulation and experiment. It was found from the analysis that the ratio or horizontal and vertical dimensions of secondary support was the governing factor, which affected the initial deflection.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2009.11a
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pp.130-130
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2009
This paper describes the temperature characteristics of polycrystalline 3C-SiC micro resonators. The 1.2 ${\mu}m$ and 0.4 ${\mu}m$ thick polycrystalline 3C-SiC cantilever and doubly clamped beam resonators with 60 ~ 100 ${\mu}m$ lengths were fabricated using a surface micromachining technique. Polycrystalline 3C-SiC micro resonators were actuated by piezoelectric element and their fundamental resonance was measured by a laser vibrometer in vacuum at temperature range of $25{\sim}200^{\circ}C$. The TCF(Temperature Coefficient of Frequency) of 60, 80 and 100 ${\mu}m$ long cantilever resonators were -9.79, -7.72 and -8.0 $ppm/^{\circ}C$. On the other hand, TCF of 60, 80 and 100 ${\mu}m$ long doubly clamped beam resonators were -15.74, -12.55 and -8.35 $ppm/^{\circ}C$. Therefore, polycrystalline 3C-SiC resonators are suitable with RF MEMS devices and bio/chemical sensor applications in harsh environments.
Kim, In-Sung;Joo, Hyeon-Kyu;Jung, Soon-Jong;Kim, Min-Soo;Song, Jae-Sung;Jeon, So-Hyun
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.11a
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pp.220-221
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2008
With recent advanced in portable electric devices, wireless sensor, MEMS and bio-Mechanics device, the new typed power supply, not conventional battery but self-powered energy source is needed. Particularly, the system that harvests from their environments are interests for use in self powered devices. For very low powered devices, environmental energy may be enough to use power source. Therefore, in other to made piezoelectric energy harvesting device. The made 31 type triple-morph cantilever was resulted from the conditions of 100k$\Omega$, 0.25g, 154Hz respectively. The thick film was prepared at the condition of $6.57V_{rms}$, and its power was $432.31{\mu}W$ and its thickness was $50{\mu}m$.
Kim, Moon-Keun;Hwang, Beom-Seok;Jeong, Jae-Hwa;Min, Nam-Ki;Kwon, Kwang-Ho
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.24
no.6
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pp.515-518
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2011
In this work, we designed and fabricated a multilayer thin film Pb(Zr,Ti)$O_3$ cantilever with a Si proof mass for low frequency vibration energy harvesting applications. A mathematical model of a mu lti-layer composite beam was derived and applied in a parametric analysis of the piezoelectric cantilever. Finally, the dimensions of the cantilever were determined for the resonant frequency of the cantilever. W e fabricated a device with beam dimensions of about 4,930 ${\mu}M$${\times}$ 450 ${\mu}M$${\times}$ 12 ${\mu}M$, and an integrated Si proof mass with dimensions of about 1,410 ${\mu}M$${\times}$ 450 ${\mu}M$${\times}$ 450 ${\mu}M$. The resonant frequency, maximum peak voltage, and highest average power of the cantilever device were 84.5 Hz, 88 mV, and 0.166 ${\mu}Wat$ 1.0 g and 23.7 ${\Omega}$, respectively. The dimensions of the cantilever were determined for the resonance frequency of the cantilever.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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