Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.6
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pp.701-708
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2010
The stress and displacement fields of a permeable propagating crack in orthotropic piezoelectric materials under anti-plane shear mechanical load and in-plane electric load are analyzed. The equations of motion for the propagating crack in piezoelectric materials are developed and the solution on the stress and the displacement fields through an asymptotic analysis was obtained. The influences of the piezoelectric constant and of the dielectric permittivity on the stress and displacement fields at the crack tip are explicitly clarified. Using the stress and displacement fields obtained in this study, the characteristics of stress and displacement at a propagating crack tip in piezoelectric materials are discussed.
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.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.28
no.4
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pp.229-233
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2015
In this paper, in order to develop outstanding Pb-free piezoelectric composition ceramics, the $(Na_{0.525}K_{0.443}Li_{0.037})(Nb_{0.883}Sb_{0.08}Ta_{0.037})O_3+0.3wt%Bi_2O_3+0.4wt%Fe_2O_3+xwt%CuO$ (x= 0~0.8 wt%)(abbreviated as NKL-NST) lead-free piezoelectric ceramics have been synthesized using the ordinary solid state reaction method. The effects of CuO-doping on the structure and electrical properties of the NKL-NST ceramics were systematically studied. The results show that the ceramics exhibit a pure perovskite structure with orthorhombic phase at room temperature, and secondary phase was found in the ceramics. The 0.4 wt%CuO added ceramics sintered at $950^{\circ}C$ showed the optimum properties of piezoelectric constant($d_{33}$), planar piezoelectric coupling coefficient(kp) and mechanical quality factor(Qm) : $d_{33}=213$[pC/N], kp= 0.43, Qm= 423,respectively.
K0.5Bi0.5TiO3 (KBT) thin films were prepared by sol-gel processing for future use in piezoelectric generators. It is believed that the annealing temperature of films plays an important role in the output performance of piezoelectric generators. KBT films prepared on Ni substrates were annealed at 500 ~ 700 ℃. Tetragonal KBT films were formed after annealing process. As the annealing temperature increased, the grain size of KBT films increased. KBT thin films show piezoelectric constant (d33) from 23 to 41 pC/N. The increase of grain size in KBT films brought about output voltage and current in the KBT generators. Also, the increase in the displacement of specimens during bending test resulted in increases in output voltage and current. Although KBT generators showed lower output power than those of generators prepared using NBT films, as reported previously, the KBT films prepared by sol-gel method show applicability as piezoelectric thin films for lead-free nano-generators, along with NBT films.
The effect of the electrode type on the dielectric and piezoelectric properties of $Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3-PbZrO_3-PbTiO_3$ (PMN-PZT) single crystals was investigated in an effort to improve their properties for various piezoelectric applications. First, three different types of PMN-PZT single crystals [PMN-PZT-A (piezoelectrically soft type; dielectric constant ~ 10,000), PMN-PZT-B (piezoelectrically soft type; phase-transition temperature between the rhombohedral and tetragonal phases ($T_{RT}$) ~ $145^{\circ}C$), PMN-PZT-C (piezoelectrically hard type; high mechanical quality factor ($Q_m$) ~ 1,000)] were fabricated using the solid-state single crystal growth (SSCG) method. Then, four different types of electrodes [sputtered Au, sputtered Cr/Au, sputtered Ti/Au, and fired Ag] were formed on the single crystals, and their dielectric and piezoelectric properties were measured. The single crystals with a sputtered Ti/Au electrode showed the highest dielectric and piezoelectric constants but the lowest coercive electric field ($E_C$). The single crystals with a fired Ag electrode showed the lowest dielectric and piezoelectric constants but the highest coercive electric field ($E_C$). This dependence on the type of electrode was most significant in the piezoelectrically hard PMN-PZT-C single crystals. However, the effects of the electrode type on the phase transition temperatures ($T_C$, $T_{RT}$) and dielectric loss were negligible. These results clearly demonstrate that it is important to select an appropriate electrode so as to maximize the dielectric and piezoelectric properties of single crystals in each type of piezoelectric application.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.20
no.1
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pp.31-34
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2007
In this study, in order to develop multilayer ceramics vibrator for ultrasonic nozzle, PMN-PNN-PZT ceramics were fabricated using $Li_{2}CO_{3}-Na_{2}_CO_{3}$ as sintering aids and their piezoelectric and dielectric characteristics were investigated according to the amount of PbO. With increasing PbO contents, secondary phases were increased and phase structure was changed from tetragonal structure to rhombohedral structure and also electromechanical coupling factor was linearly decreased. At the composition ceramics with the sintering temperature of $870^{\circ}C$ and 1 mol% excess PbO, density, electromechanical coupling factor, dielectric constant, piezoelectric d constant and mechanical quality factor showed the optimum value of $7.879\;g/cm^{3}$, 0.55, 1149, 328 pC/N, 1224, respectively for multilayer ceramics vibrator application for ultrasonic nozzle.
Crystallographically {h00}-oriented $0.94(Bi_{0.5}Na_{0.5})TiO_{3}-0.06BaTiO_{3}$ (0.94BNT-0.06BT) ceramics was prepared by the Reactive Templated Grain Growth (RTGG) method using the $Bi_{4}Ti_{3}O_{12}$ template. The sheets prepared by tape-casting of slurries containing the templates and starting materials are cut, laminated, and pressed. Then burn-out and sintering was conducted. Also, to compare with the 0.94BNT-0.06BT ceramics prepared by the RTGG method another 0.94BNT-0.06BT ceramics was prepared by the solid-state method. In the optimum of this experiments range, the degree of orientation of the 0.94BNT-0.06BT ceramics prepared by the RTGG method was texture fraction${\approx}92%$ and the piezoelectric constant($d_{33}$) and coupling factor($k_{p}$) was obtained to $d_{33}{\approx}205{\;}pC/N$, $k_{p}{\approx}0.33%$, respectively.
Kim, You-Seok;Yoo, Ju-Hyun;Hong, Jae-Il;Lee, Jie-Young
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.26
no.11
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pp.806-809
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2013
In this study, $(Na_{0.525}K_{0.443}Li_{0.037})(Nb_{0.883}Sb_{0.08}Ta_{0.037})O_3+0.10\;wt%Bi_2O_3+0.35\;wt%B_2O_3$ ceramics were prepared by conventional soild-state sintering process. The specimens were sintered at temperature range from $1,060^{\circ}C$ to $1,100^{\circ}C$. XRD (X-ray diffractron), SEM (scanning electron microscope) were used to analyze the crystal structure and microstructural sproperties of specimens. And also, $T_{O-T}$, TC were observed by the mesurement of temperature dependence of dielectric constant. Excellect physical properties of the piezoelectric constant $d_{33}$= 170 pC/N, electromechanical coupling factor kp= 0.312, Tc= $315^{\circ}C$ were obtained, respectively, from the specimen sintered at $1,080^{\circ}C$.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2004.07a
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pp.117-120
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2004
The dielectric and piezoelectric properties of silver doped $Pb(Zr,Ti)O_3-Pb(Mn,W,Sb,Nb)O_3$ ceramics was examined. By varying the contents of silver(0.0, 0.4, 1.0 mol%), the effect of doped silver on PZT-PMWSN thin film was investigated at various sintering temperature(900, 1000, $1100^{\circ}C$). As increasing silver contents, the relative dielectric constant is increased and sinterbility is enhanced. At the specimen with 0.4 mol% Ag and sintered at $1100^{\circ}C$, electromechanical coupling factor(kp), mechanical quality factor(Qm), dielectric constant(${\varepsilon}r$) and dielectric loss were 0.502, 811, 991, 0.006, respectively. The results show that the PZT-PMWSN/Ag composites have enhanced piezoelectic and dielectric properties and processing condition is improved.
Dielectric constant of ferroelectric ceramics with poling is important in relation to the mechanism of dielectric breakdown. From the research about the dielectric constant variation with poling in tetragonal and rhombohedral phase PZT ceramics, it is known that the dielectric constant after poling is determined by competing effects between increasing effects (compressive stress induced by electrostriction of piezoelectric effects) and decreasing increase in large grain size with poling is smaller than in small grain size.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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