Recently, piezoelectric transformer is applied to wide fields. Multi layer piezoelectric transformer has the advantage of high step up ratio, electromechanical coupling coefficient(Kp) and mechanical quality factor(Qm), but is indicated of peeling-phenomenon of electrode, rising sintering temperature made price of costly electrode. So in this study, it discuss on method for fabrication of rosen type piezoelectric transformers. For the fabrication as rosen type piezoelectric transformers, synthesized the powder using 0.01Pb$(ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ - 0.08Pb$(Mn_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ - 0.91Pb$(Zr_{0506}Ti_{0496})O_3$ (abbreviated as PNN-PMN-PZT) ceramics. The density, microstructure, dielectric and piezoelectric properties as a function of sintering temperature were investigated. The results indicated that the optimized properties of ceramics were obtained at sintering temperature of 1200$^{\circ}C$, showed the value of $d_{33}$=273pC/N, $K_p$=0.60 $Q_m$=1585, ${\varepsilon}_r$=1454, density=7.917$g/cm^3$ and $tan{\delta}$=0.0064.
This paper presents the dynamic instability analysis of un-damped elastically supported piezoelectric functionally graded (FG) beams subjected to in-plane static and dynamic periodic thermomechanical loadings with uncertain system properties. The elastic foundation model is assumed as one parameter Pasternak foundation with Winkler cubic nonlinearity. The piezoelectric FG beam is subjected to non-uniform temperature distribution with temperature dependent material properties. The Young's modulus and Poison's ratio of ceramic, metal and piezoelectric, density of respective ceramic and metal, volume fraction exponent and foundation parameters are taken as uncertain system properties. The basic nonlinear formulation of the beam is based on higher order shear deformation theory (HSDT) with von-Karman strain kinematics. The governing deterministic static and dynamic random instability equation and regions is solved by Bolotin's approach with Newmark's time integration method combined with first order perturbation technique (FOPT). Typical numerical results in terms of the mean and standard deviation of dynamic instability analysis are presented to examine the effect of slenderness ratios, volume fraction exponents, foundation parameters, amplitude ratios, temperature increments and position of piezoelectric layers by changing the random system properties. The correctness of the present stochastic model is examined by comparing the results with direct Monte Caro simulation (MCS).
Nowadays developments in the field of laminated composite structures with piezoelectric have attracted significant attention of researchers due to their wide range of applications in engineering such as sensors, actuators, vibration suppression, shape control, noise attenuation and precision positioning. Due to large number of parameters associated with its manufacturing and fabrication, composite structures with piezoelectric display a considerable amount of uncertainty in their material properties. The present work investigates the effect of the uncertainty on the free vibration response of piezoelectric laminated composite plate. The lamina material properties have been modeled as independent random variables for accurate prediction of the system behavior. System equations have been derived using higher order shear deformation theory. A finite element method in conjunction with Monte Carlo simulation is employed to obtain the secondorder statistics of the natural frequencies. Typical results are presented for all edges simply supported piezoelectric laminated composite plates to show the influence of scattering in material properties on the second order statistics of the natural frequencies. The results have been compared with those available in literature.
Lead zirconate titanate(PZT) thin films have been attracting worldwide interests in exploring their potential properties [1-3] or the origins [4-6] of their excellent dielectic, ferroelectric and piezoelectric properties near the morphotropic phase boundary (MPB). PZT thin films are expected to apply to the memory devices, micro electro mechanical systems (MEMS), and display because of their superior ferroelectric, pyroelectric, piezoelectric and electron emission properties. In this study, high- performance piezoelectric PZT thin films for actuated mirror array and optical scanner were developed by controlling the several factors, such as molecular-designed precursor, seeding layer and the residual stress in films, by a chemical solution deposition (CSD).
Piezoelectric sensors have many applications in geotechnical engineering, especially in characterizing soils through measurement of wave velocities. Since mechanical properties of a material are closely associated with wave velocities, piezoelectric sensors provide a reliable and non-destructive method for the determination of soil properties. This paper presents results of recent research on measuring stiffness of a wide range of soils such as clay, sand, and gravel, characterizing anisotropic properties of soil induced by external loading, measuring stiffness of base and subgrade materials in the pavement, determining soil properties in a centrifuge model during the flight of a centrifuge, and understanding wave propagation in granular materials under micro-gravity environment using this technique.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.24
no.7
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pp.543-546
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2011
We studied sintering temperature to enhance the piezoelectric properties of $0.98(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3-0.02Li(Sb_{0.17}Ta_{0.83})O_3$+0.01wt%ZnO (hereafter NKN-LST+ZnO) lead free piezoelectric ceramics. The synthesis and sintering method were the conventional solid state reaction method and sintering was executed at $1,080\sim1,120^{\circ}C$. We found that NKN-LST+ZnO ceramics at optimal sintering temperature showed the improved piezoelectric properties at the optimal sintering temperature. The NKN-LST+ZnO ceramics show good performance with piezoelectric constant $d_{33}$= 153 pC/N sintered at $1,090^{\circ}C$. The results reveal that NKN-LST+ZnO ceramics are promising candidate materials for lead-free piezoelectric application.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.11a
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pp.194-194
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2008
Lead oxide based ceramics, represented by PZT, are the most widely used materials for piezoelectric actuators, sensors, and transducers due to their excellent piezoelectric properties. In particular, high-performance multilayered piezoelectric ceramics for advanced electronic components have drawn great attention. In order to develop piezoelectric ceramics capable of being sintered at low temperature for multilayer piezoelectric device applications, the effect of CuO additions on the microstructures and electromechanical properties of the 0.4Pb$(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3-0.25PbZrO_3-0.35PbTiO_3$ ceramics was investigated. The samples with CuO addition were synthesized by ordinary sintering technique. X-ray diffractions indicated that all samples formed a single phase perovskite structure. The addition of CuO improved the sinterability of the samples and caused an increase in the density and grain size at low temperature. The optimum sintering temperature was lowered by CuO additions. Excellent piezoelectric and electromechanical responses, $d_{33}$ ~ 663 pC/N, $k_p$ ~ 0.72, were obtained for the samples of high density with 0.1 wt% CuO addition sintered at $1050^{\circ}C$ for 4 h in air. These results show that the piezoelectric properties of PMNZT ceramics can be improved by controlling the microstructure and this system is potentially a good candidate as multilayer piezoelectric device for a wide range of electro-mechanical transducer applications.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.27
no.11
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pp.696-701
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2014
In this study, in order to develop coupled vibration mode piezoelectric devices for Acoustic Emission (abbreviated as AE) sensor application with outstanding displacement and piezoelectric properties have been simulated by ATILA FEM program. And, From the results of ATILA simulation, the AE sensor specimen, obtained superior electromechanical coupling factor and displacement, when the size of specimen is $3.45mm{\Phi}{\times}3.45mm$ with ratio of diameter/thickness(${\Phi}/T$)= 1.0. Therefore, AE sensor was fabricated by (Na,K,Li)(Nb,Ta) $O_3$(abbreviated as NKL-NT) system piezoelectric ceramics using coupled vibration mode. The piezoelectric properties of NKL-NT ceramics was exhibited that piezoelectric constant($d_{33}$), piezoelectric voltage constant($g_{33}$) and electro mechanical coupling factor($k_p$) have the excellent values of 261[pC/N], 40.10[$10^{-3}Vm/N$], and 0.44, respectively. The manufactured piezoelectric device with ratio of ${\Phi}/T$= 1.0 indicated the optimum values of resonant frequency(fr)= 556.5[kHz], antiresonant frequency(fa)=631.1[kHz], and effective electromechanical coupling factor(keff)= 0.473. The maximum sensitivity of the coupled vibration mode AE sensor was 55[dB] at the resonant frequency of 75[kHz]. The results show that the coupled vibration mode piezoelectric device is a promising candidate for the application AE sensor piezoelectric device.
Rhombohedral $Ba(Ti_{0.92}Zr_{0.08})O_3$ single crystals are fabricated using the cost-effective solid-state single crystal growth (SSCG) method; their dielectric and piezoelectric properties are also characterized. Measurements show that (001) $Ba(Ti_{0.92}Zr_{0.08})O_3$ single crystals have an electromechanical coupling factor ($k_{33}$) higher than 0.85, piezoelectric charge constant ($d_{33}$) of about 950 [pC/N], and piezoelectric voltage constant ($g_{33}$) higher than 40 [${\times}10^{-3}Vm/N$]. Especially the $d_{33}$ of (001) $Ba(Ti_{0.92}Zr_{0.08})O_3$ single crystals was by about six times higher than that of their ceramics. Because their electromechanical coupling factor ($k_{33}$) and piezoelectric voltage constant ($d_{33}$, $g_{33}$) are higher than those of soft PZT ceramics, it is expected that rhombohedral (001) $Ba(Ti_{0.92}Zr_{0.08})O_3$ single crystals can be used as "lead-free" piezoelectric materials in many piezoelectric applications such as actuator, sensor, and transducer.
Recently rapid progress of electronic and telecommunication technology requires the development of new piezoelectric materials and cellular communication is more and more used in various fields. Langasite(La3Ga5SiO14) is suitable for new piezoelectric properties. Langastie can be applied as communication devices due to intermediate piezoelectric properties which are similar to those of quartz and LiTaO3 in its acoustic characteristics. So in this study Langastie(La3Ga5SiO14) single crystal with 47 mm in diameter and 25mm in length were sucessfully grown by using self-designed Czochralski system. In addition optimum growth conditions for the piezoelectric applications throughout estimation of crystal quality and frequency characteristics were investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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