• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.321-321
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• 2010

In this paper, we propose a novel type shaft-less ring type ultrasonic motor. A traveling wave rotary type ultrasonic motor is selected as a base model. The newly designed stator has two piezoelectric ceramic rings which are bonded in sandwich shape as traveling wave generator. So, we can expect to produce higher torque. The proposed model has the rotor structure that coupled with the stator provokes the pressure, this model do not install the separate plate any spring device. We used the finite element method to verify the operation principle and to compute the vibration mode of proposed model.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2008.07a
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• pp.1456-1457
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• 2008

본 논문에서는 박막 PZT(Pb(Zr,Ti)O3)를 이용한 d33모드의 자가 발전 소자를 설계 및 제작 하였다. 자가 발전 소자는 진동 에너지를 압전 현상을 통해 전기 에너지로 변환하는 소자로서, 제안한 구조는 단일 외팔보가 아닌 20개 이상의 외팔보를 원형으로 집적한 구조를 갖기 때문에, 기존의 단일 외팔보 위주의 자가발전 소자보다 출력 전력이 우수하다. 자가 발전 소자의 성능 최적화를 위해 유한요소기법(FEM)을 통해 기계적 특성을 분석하였으며, 마이크로 머시닝 기법을 이용하여 초박형의 자가 발전 소자를 제작할 수 있었다. 제작된 자가발전 소자는 $1.2mm\times1.2mm\times0.5mm$ (높이)의 크기를 갖는다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2003.07b
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• pp.819-821
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• 2003

본 논문에서는 압전 트랜스듀서의 임피던스 해석을 유한 요소법을 통해 실험적으로 검증하였고, 이러한 유한 요소법을 이용하여 압전 변압기의 동작 주파수 및 등가회로 정수를 도출하였다. 또한, 등가 회로법을 이용하여 부하 변동에 따른 압전 변압기의 공진 주파수와 효율 변화를 분석하고 이를 실험적으로 검증하였다. 한편, 유한 요소법과 자동 요소 분할 프로그램(Auto-Mesh Generator), 최적화 알고리즘을 이용하여 일정 부하에서 최대 효율을 갖는 압전 변압기의 형상 최적화를 수행하였는데, 최적화 기법으로는 sinc 함수의 수렴 결과를 통해 타당성이 입증된 진화 알고리즘 (Evolution Strategy)을 적용하였다.

• The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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• v.10 no.3
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• pp.274-281
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• 2005

A new resonant pulse converter for energy harvesting is proposed. The converter transfers energy from a low-voltage AC current to a battery. The low-voltage AC current source is an equivalent of the piezoelectric generator, which converts the mechanical energy to the electric energy. The converter consists of a full-bridge rectifier having four N-type MOSFETs and a boost converter haying N-type MOSFET and P-type MOSFET instead of diode. Switching of MOSFETs utilizes the capability of the $3^{rd}$ regional operation. The operational principles and switching method for the power control of the converter are investigated with the consideration of effects of the parasitic capacitances of MOSFETs. Simulation and experiment are performed to prove the analysis of the converter operation and to show the possibility of the $\mu$W energy harvesting.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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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.

• The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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• v.10 no.1
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• pp.70-77
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• 2005

A new converter to transfer energy from a low-voltage AC current source to a battery is proposed. It is focused to find operational modes of the converter. The low-voltage AC current source is an equivalent of the piezoelectric generator, which converts the mechanical energy to the electric energy. The converter consists of a full-bridge MOSFET rectifier and a MOSFET boost converter in order to make the converter small and efficient. The operational principle and modes of the converter are investigated with the consideration of effects of the parasitic capacitances of MOSFETs and diode. The results are proved with simulation studies using PSIM and Pspice.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.35 no.6
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• pp.639-646
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• 2022

Energy harvesting technologies that can convert wasted various energy into usable electrical energy have been widely investigated to overcome the limitation of batteries for the powering of IoT sensors and small electronic devices. Hybrid energy harvesting is known as a technology that enhances the output power of single energy harvesting device by housing two or more various energy harvesting mechanisms. In this study, we introduce a hybrid MME (Magneto-Mechano-Electric) generator coupled with the triboelectric effect. Through FEA modeling, four triboelectric materials, including PI (Polyimide), PFA(Teflon), Cu, and Al, were selected and compared with the expected triboelectric potentials. The effect of surface morphology was investigated as well. Among various combination of triboelectric materials and surface morphologies, PFA-Al combination with the surface morphology having nano-scale square projections showed highest output potential under triboelectrification. It is also experimentally confirmed that output voltage and power of the hybrid MME generator with triboelectric material combinations.

• Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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• v.16 no.2
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• pp.373-379
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• 2002

This paper was the design of aerosol generator for inhalation toxicology study of lead and evaluation with real time monitoring, and applied several engineering methodology to classical aerosol generator to cope with it's disadvantages. According to the testing conditions, source temperature 50℃ and inlet-duct band heater temperature 150℃, aerosol generation results for sodium chloride and lead acetate were as followings: CPM(Count Per Minute) for Sodium chloride that used for the testing material in aerosol generation and inhalation system was decreased in the 2nd and the 3rd hour's serial trials, but CVs(coefficient of variation) were maintained within 10%. CPMs for 5 and 2.5 gram of lead acetate that used for aerosol generation and inhalation exposure of lead showed similar results because of the sedimentation of lead acetate on piezoelectric crystal with time. For that reason, heating and mixing of nebulizing solution will be needed to generate lead aerosol with stable profile and maximum generation efficiency. Fluctuations of 10 and 5 gram lead acetate were low but 2.5gram was high. However, CVs for 10, 5, and 2.5gram lead acetate were within 10%. Considering the theoretical efficiencies for sodium chloride and lead acetate, 5gram sodium chloride and 2.5gram lead acetate were appropriate choice. Aerosol generation characteristics for two materials with 1 hour interval were different with respect to the fluctuation of CPM and the decrease to 10gram in it's material. For that reason, sodium chloride can not be used to estimate the aerosol generation and it's related parts for lead acetate. According to the testing conditions, source temperature 20, 50, 70℃, and inlet-duct band heater temperature 20, 50, 100, 150, 200℃, aerosol generation results for sodium chloride and lead acetate were as followings: Excluding inlet-duct band temperature 200℃, maximum CPM for sodium chloride was manifested in source temperature 70℃ with each inlet-duct band temperature conditions. We suggest that this condition was the optimum in the design of aerosol generator, inhalation system, and the testing. Maximum CPMs for 10, 5, and 2.5gram sodium chloride were from source temperature 70℃ and inlet-duct band temperature 20℃. Excluding inlet-duct band temperature 50, 200℃, maximum CPMs for lead acetate were indicated in source temperature 50℃ with each inlet-duct band temperature conditions. We suggest that this condition was the optimum in the design of aerosol generator, inhalation system, and the testing for lead inhalation study. Source and inlet-duct band temperatures for 10, 5, 2.5gram lead acetate were 50 and 100℃, 50 and 100℃, 50 and 150℃, respectively. In conclusion, considering above 2 paragraphs of results for aerosol generation, 5gram efficiencies for sodium chloride, lead acetate were higher than 2.5gram's. If inlet-duct band temperature was same, aerosol generation was increased with increase of source temperature. To get maximum aerosol generation will be the conditions that set the appropriate inlet-duel band temperature for each materials and increase the source temperature.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.25 no.12
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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.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.306-306
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• 2008

기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 에너지 변환소자인 압전 세라믹스는 액추에이터, 변압기, 초음파모터, 초음파 소자 및 각종 센서로 응용되고 있으며, 그 응용분야는 크게 증가하고 있다. 최근에는 이러한 압전 소자를 앞으로 도래하는 ubiquitous, 무선 모바일 시대의 휴대용 전자제품, robotics, MEMS 분야 등의 대체 에너지원으로 응용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 특히 인간의 걷기 운동 등과 같은 일상적인 동작으로 필요한 전력을 얻을 수 있고, 세라믹 소자를 이용하기 때문에 전자노이즈가 발생되지 않을 뿐 아니라 반영구적으로 사용할 수 가 있어서, 기존 이차전지를 대체 또는 보완 할 수 있는 방안도 검토되고 있다. PZT계 세라믹스는 높은 유전상수와 우수한 압전특성으로 전자세라믹스 분야에서 가장 널리 사용되어지고 있지만 $1200^{\circ}C$ 이상의 높은 소결온도 때문에 $1000^{\circ}C$ 부근에서 급격히 휘발되는 PbO로 인한 환경오염과 기본조성의 변화로 인한 압전 특성의 저하가 문제시 되고 있다. 또한 적층 세라믹스의 제작 시 구조적 특성상 내부전극이 도포된 상태에서 동시 소결이 필요한데, 융점이 낮은 Ag전극 대신 값비싼 Pd나 Pt가 다량 함유된 Ag/Pd, Ag/Pt 전극이 사용되고 있어 경제성이 떨어지는 단점을 갖게 된다. 순수 Ag 전극을 사용하거나 Ag의 비율이 높은 내부전극을 사용하기 위해서는 $900^{\circ}C$ 이하에서 소결되고 우수한 전기적 특성을 보이는 압전 세라믹스를 개발 하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 압전특성이 우수한 $(Pb_{1-x}Cd_x)(Ni_{1/3}/Nb_{2/3})_{0.25}(Zr_{0.35}/Ti_{0.4})O_3$ 계의 조성을 설계하고, 소걸온도를 낮추기 위해서 2 단계 하소법을 이용하였다. 또한 $MnCO_3$, $SiO_2$, $Pb_3O_4$ 등을 소량 첨가하여 액상 소결 특성을 부여하여 소결 온도를 감소시키려는 시도도 하였다. 분말을 볼 밀링 (ball milling)을 통해 24시간 동안 혼합하고, 혼합된 분말은 $800^{\circ}C$에서 2시간 동안 하소하였다. 하소한 분말을 다시 72시간 동안 볼 밀링 하여 최종 분말을 얻었다. 최종 분말에 PVB를 첨가하여 직경 15mm의 디스크 형태로 성형한 후, 850~$975^{\circ}C$ 범위에서 온도를 변화시키면서 소결을 하였다. 최종 분말 및 소결된 시편을 XRD분석을 통하여 상을 확인하였고, SEM을 이용하여 미세조직을 관찰 하였다. 전기적 특성을 평가하기 위하여 두께를 1mm로 연마한 시편에 Ag 전극을 도포하여 $650^{\circ}C$에서 열처리한 후, 분극처리 하였다. 압전특성은 $d_{33}$-meter로 측정하였고, impedance analyzer를 이용하여 압전 특성 (전기기계결합계수 및 기계적품질계수)을 측정 하였다. 또한 강유전체 특성 평가 장치 (Precision-LC)를 이용하여 분극-전계 특성을 평가하였다. 이상의 연구를 통하여 소결 온도가 $900^{\circ}C$인 경우에서도 양호한 압전 특성을 확보 할 수 있었다.