More than two decades of world-wide research efforts have resulted in several classes of potentially important materials. Among them are incipient piezoelectrics, which are especially useful for actuator applications. However, relatively large electric fields are required for activating the large incipient electromechanical strains. So far, many attempts have been made to reduce the required electric field by intentionally inhomogenizing the electric field distribution in the microstructure through core-shell and composite approaches. Here, we show that electric field concentration can be realized simply by adjusting electrode patterns. We have investigated the effect of electrode patterning on the incipient electromechanical strain properties of an exemplarily chosen lead-free relaxor system, revealing that electrode patterning does have a significant role on the strain properties of the given lead-free relaxor system. We believe that this approach would make a new strategy for ones to consider bringing the functional properties of electroceramics beyond their conventional limit.
Hussain, Ali;Maqbool, Adnan;Malik, Rizwan Ahmed;Zaman, Arif;Lee, Jae Hong;Song, Tae Kwon;Lee, Jae Hyun;Kim, Won Jeong;Kim, Myong Ho
Korean Journal of Materials Research
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v.25
no.10
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pp.566-570
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2015
$Bi_{0.5}Na_{0.5}TiO_3$ (BNT) based ceramics are considered potential lead-free alternatives for $Pb(Zr,Ti)O_3$(PZT) based ceramics in various applications such as sensors, actuators and transducers. However, BNT-based ceramics have lower electromechanical performance as compared with PZT based ceramics. Therefore, in this work, lead-free bulk $0.99[(Bi_{0.5}Na_{0.5})_{0.935}Ba_{0.065}]_{(1-x)}La_xTiO_3-0.01SrZO_3$ (BNBTLax-SZ, with x = 0, 0.01, 0.02) ceramics were synthesized by a conventional solid state reaction The crystal structure, dielectric response, degree of diffuseness and electric-field-induced strain properties were investigated as a function of different La concentrations. All samples were crystallized into a single phase perovskite structure. The temperature dependent dielectric response of La-modified BNBT-SZ ceramics showed lower dielectric response and improved field-induced strain response. The field induced strain increased from 0.17%_for pure BNBT-SZ to 0.38 % for 1 mol.% La-modified BNBT-SZ ceramics at an applied electric field of 6 kV/mm. These results show that La-modified BNBT-SZ ceramic system is expected to be a new candidate material for lead-free electronic devices.
The fabrication and characteristics of HTS race-track type field coil for generators was carried out. Field coils are composed of 3 pancake coils wound by 37-filamental Bi-2223/Ag-alloy tapes. The winding machine is horizontal type. The critical currents (I$_c$) of the superconducting tapes were measured with variation of bending strain and external magnetic fields. I$_c$ of both whole field coils and 3 pancake coils were measured as a function of temperature. At 77K under the self-field, I$_c$ of whole field coils was 12A, while in the case of middle pancake coil, I$_c$ was 15A. The distribution of magnetic field B was obtained, using 3-D FEM. Our simulation showed that maximums of B${\bot}$A in x-y plane were locally distributed in both the upper and the lower coils. In addition, the fabrication processes and the characteristics of field coil are described.
The dynamic magneto-mechanical behaviors in a type of iron-nickel-based ferromagnetic alloy with constant elasticity were investigated as a function of both the DC bias magnetic field ($H_{dc}$) and the frequency. The rectangular plate-like samples were excited to vibrate at a half-wavelength, longitudinal resonance by an AC magnetic field superimposed with various $H_{dc}$. The experimental results found that the strain coefficient at resonance reached 819.34 nm/A and the effective mechanical quality factor ($Q_m$) was greater than 2000. The ratio of the maximum variation of the Young's modulus over $H_{dc}$ to the value of the Young's modulus at a zero bias field was only ${\sim}0.83%o$ because of the so-called constant elasticity. The resonant strain coefficients and $Q_m$ are strongly dependent on $H_{dc}$, which indicates a promising potential for use in DC and quasistatic magnetic field sensing.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.9
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pp.1607-1613
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2003
An experimental method to measure Q-parameter in-situ is described. The basic idea comes from the fact that the side necking near a crack tip indicates the loss of stress triaxiality, which can be scaled by Q. From the out-of-plane displacement and the in-plane strain near the surface of side necking, stress field averaged through the thickness is calculated and then Q is determined from the difference between the stress field and the HRR field corresponding to the identical J-integral. To prove the validity, three-dimensional finite element analysis has been performed for a CT configuration with side-groove. Q-value which was calculated directly from the near-tip stress field is compared with that determined by simulating the experimental procedure according to the proposed method, that is, the Q-value determined from the lateral displacement and the in-plane strain. In addition, the effect of location where the displacement and strain are measured is explored.
Finite element analyses are carried out to understand the piezoelectric behaviors of ZnO nanowires. Three different types of ZnO nanowires, with aspect ratios of 1:2. 1:31, and 1:57, are analyzed for uniaxial compression, pure bending, and buckling. Under the uniaxial compression with a strain of $1.0{\times}10^{-4}$ as the reference state, it is predicted that all three types of nanowires develop the same magnitude of the piezoelectric fields, which suggests that longer nanowires exhibit higher piezoelectric potential. However, this prediction is not in agreement with the experimental results previously reported in the literature. Such discrepancy is understood when the piezoelectric behaviors under bending and buckling are considered. When only the strain field due to bending is present in bending or buckling, the antisymmetric nature of the through-thickness stain distribution indicates that two piezoelectric fields, the same in magnitude and opposite in sign, develop along the thickness direction, which cancels each other out, resulting in a zero net piezoelectric field. Once additional strain contribution due to axial deformation is superposed on the bending, such field cancelling is compensated for due to the axial component of the piezoelectric field. Such numerical predictions seem to explain the reported experimental results while providing a guideline for the design of nanowire-based piezoelectric devices.
In this paper, the magnetic field influence on the wave propagation characteristics of graphene nanosheets is examined within the frame work of a two-variable plate theory. The small-scale effect is taken into consideration based on the nonlocal strain gradient theory. For more accurate analysis of graphene sheets, the proposed theory contains two scale parameters related to the nonlocal and strain gradient effects. A derivation of the differential equation is conducted, employing extended principle of Hamilton and solved my means of analytical solution. A refined trigonometric two-variable plate theory is employed in Kinematic relations. The scattering relation of wave propagation in solid bodies which captures the relation of wave number and the resultant frequency is also investigated. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate wave dispersion results of the graphene nanosheets as compared to some cases in the literature. It is shown that the wave dispersion characteristics of graphene sheets are influenced by magnetic field, elastic foundation and nonlocal parameters. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of graphene nanosheets.
Field monitoring techniques offer an attractive approach for understanding bridge behavior under in-service loads. However, the investigations on bridge behavior under high-speed train load using field monitoring data are limited. The focus of this study is to explore the structural behavior of an in-service long-span steel truss arch bridge based on field monitoring data. First, the natural frequencies of the structure, as well as the train driving frequencies, are extracted. Then, the train-induced bearing displacement and structural strain are explored to identify the effects of train loads and bearings. Subsequently, a sensitivity analysis is performed for the impact factor of strain responses with respect to the train speed, train weight, and temperature to identify the fundamental issues affecting these responses. Additionally, a similar sensitivity analysis is conducted for the peak acceleration. The results indicate that the friction force in bearings provides residual deformations when two consecutive trains are in opposite directions. In addition, the impact factor and peak acceleration are primarily affected by train speed, particularly near train speeds that result in the resonance of the bridge response. The results can provide additional insight into the behavior of the long-span steel truss bridges under in-service high-speed train loads.
The chestnut brown chafer, Adoretus tenuimaculatus Waterhouse, is serious insect pests in golf courses. Adults feed on the leaves of latifoliate trees but larvae feed on roots of turfgrases such as bentgrass, Agrostis spp. Damage of A. tenuimaculatus larvae was observed at the Jinju golf club which showed damage symptom on perennial ryegrass, Lolium perenne in tees and fairways in July, 2000. Damaged turf by A. tenuimaculatus larvae became yellowish and wilted. Symptom of laval damage of A. tenuimaculatus was similar to summer depression in warm season turfgrasses but not recovered by irrigation when Korean isolates of entomopathogenic nematodes were evaluated for the control of A. tenuimaculatus larvae in laboratory and field as a possible biological control agent. The nematodes used were Heterorhabditis bacteriophora Jeju strain, Hererorhabditis sp. Gyeongsan strain, Steinernema carpocapsae Pocheon strain, S.glaseri Dongrea strain, and S.longicaudum Nonsan strain. In the laboratory test H.bacreriophora Jeju strain and Heterorhabditis sp. Gyeongsan strain were highly effective for 3rd instars with 95% mortality. In the field test reduction rates of A.tenuimaculatus larvae were higher by ranging from 28 to 57% by H. bacteriophora Jeju strain, Heterorhabditis sp. Gyeongsan strain, and S.carpocapsae Pocheon strain compared to 7% by natural cause.
Mycelium of Ophiostoma quercus albino strain cultured in liquid culture media was harvested, lyophilized, and stored for examining biocontrol efficacy against wood discoloration by staining fungi in the laboratory and field conditions. Dry weight of mycelium grown in brown sugar yeast extract broth(BYB) showed 3.8 times higher than that grown in potato dextrose broth(PDB). The optimum culture period in BYB was 4 weeks. In vitality test of the albino strain, the lyophilized mycelium stored in liquid nitrogen($-196^{\circ}C$) or in a refrigerator($4^{\circ}C$) kept the vitality until 13 months after storage; however, the mycelium stored at room temperature lost the vitality completely after 13 months. The mycelium stored in liquid nitrogen or in a refrigerator protected wood chips from the discoloration by pretreating mycelial suspension on pine wood chips. The mycelium stored at room temperature for 7 months also showed complete protection. These results suggest that the lyophilized mycelium have a biocontrol efficacy only if it keeps the least vitality. In the field conditions, both albino strain and $Woodguard^{(R)}$(commercial chemical protectant) showed significant differences(p=0.05) in discoloration rate as compared to the non-treated control when these were treated on the wood logs of Pinus rigida. The albino strain showed better protection than $Woodguard^{(R)}$. Isolation frequency of blue stain fungi from the chips of wood logs treated with the albino strain was 0% at three months after treatment, while that treated with $Woodguard^{(R)}$ was 76.7%. In another experiment, pre-treatment of mycelial suspension on the cut surface of wood logs also showed significant protection from wood discoloration. Spraying of both albino strain on the cut surface and insecticides on the bark also showed relatively good control effects as compared to insecticide alone on the bark or nontreated control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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