A new enthalpy - based procedure for the homogenization of the electromechanical material parameters of composite piezoelectric modules with integrated electrodes is presented. It is based on a finite element (FE) modeling of the latter's representative volume element (RVE). In contrast to most previously published homogenization approaches that are based on averaged quantities, the presented method uses a direct evaluation of the electromechanical enthalpy. Hence, for the linear orthotropic piezoelectric composite behavior full set of elastic, piezoelectric, and dielectric material parameters, 17 load cases (LC) are used where each load case leads directly to one material parameter. This gives the possibility to elaborate a very strict and easy to program processing. In conjunction with the 17 LC, the enthalpy - based homogenization is particularly suitable for laminated composite piezoelectric modules with integrated electrodes. In this case, the electric load has to be given at the electrodes rather than at the RVE FE model boundaries. The proposed procedure is validated through its comparison to literature available results on a classical 1-3 piezoelectric micro fiber (longitudinally polarized) reinforced composite and a $d_{15}$ shear piezoelectric macro-fiber (transversely polarized) composite module.
The characteristics of traveling-wave electrodes for high-frequency electroptic integrated devices are described from the view point of improvement of phase-matching based on the conformal mapping method. Specific calculations of the characteristic impedance, effective microwave index, and eletrode loss for asymmetric coplanar strip(ACPS) and coplanar waveguide(CPW) electrode structures are presented as a function of the geometric electrode parameters including the electrode thickness and buffer layer thickness. 5-10(x10S0-6Tm) thick Au-ACPS electrodes were successfully fabricated by electroplating and ECR etcher. The improvement of modulation bandwidth can be theoretically observed from the combination of electrode and buffer layer thickness.
Piezoelectric Fiber Composites with Interdigitated Electrodes (PFCIDE) were previously introduced as an alternative to monolithic wafers with conventional electrodes for applications of structural actuation. This paper is an investigation into the performance improvement of piezoelectric fiber composite actuators by changing the matrix material. This paper presents a modified micro-electromechanical model and numerical analyses of piezoelectric fiber/piezopolymer matrix composite actuator with interdigitated electrodes (PFPMIDE). Various concepts from different backgrounds including three-dimensional linear elastic and dielectric theories have been incorporated into the present linear piezoelectric model. The rule of mixture and the modified method to calculate effective properties of fiber composites were extended to apply to the PFPMIDE model. The new model was validated when compared with available experimental data and other analytical results. To see the structural responses of a composite plate integrated with the PFPMIDE, three-dimensional finite element formulations were derived. Numerical analyses show that the shape of the graphite/epoxy composite plate with the PFPMIDE may be controlled by judicious choice of voltages, piezoelectric fiber angles, and elastic tailoring of the composite plate.
This article reviews technical trend in research of stretchable electrodes for wearable devices, bio-integrated devices, and stretchable electronics. Stretchable electronics is new emerging class of electronics following flexible electronics. One of the most difficult challenges in the development of stretchable electronic is to realize high performance stretchable electrodes with a low resistivity and high strain failure and stretchability against severe strain of the substrate. For this reason, there are many reports on the promising stretchable electrodes including CNT, graphene, Ag nanowire, and composite materials. We outline the recent research for stretchable substrate and stretchable electrode materials to realize highly stretchable electrodes.
Nicotinamide adenine dinucleotide, $NAD^+$, and its reduced form, NADH, play important roles as coenzymes in many enzymatic reactions. Electrochemical methods for $NAD^+$ or NADH detection or generation are drawn attention because it can provide the simple and low cost platform with fairly good sensitivity. In this study, the polysiloxane viologen polymer/diaphorase/hydrophilic polyurethane (PSV/DI/HPU) modified electrodes were simply prepared and demonstrated for bio-electrocatalytic $NAD^+$ sensors. The electrodes were co-immobilized with diaphorase and polysiloxane viologen polymer as an electron mediator followed by the overcoating with HPU membrane. The mixture of the enzyme and the electron mediator was well stabilized within HPU membrane and exhibited good reversibility and stability. The sensitivity was 0.2 $nA{\cdot}{\mu}M^{-1}$ and the detection limit was 28 ${\mu}M$ with a response time of 50 s ($t_{90%}$). The capability for NADH sensor was also observed on the PSV/DI/HPU electrode.
The aim of this study is to develop smart fitness wear by designing and producing a prototype with integrated sensor modules, electrodes, and circuits. The research process was carried out in the following steps: 1) Selecting the positions of the sensors and electrodes based on preliminary research and exercise analysis, 2) Designing and creating patterns of smart fitness wear, 3) Designing the circuit diagram of smart fitness wear, 4) Producing the prototype, and 5) Evaluating wearability. The study reached the following key conclusions. First, the optimal placement of sensor modules and electrodes. Second, the functional design of the smart fitness wear. Third, improvements based on the usability evaluation. These research findings are expected to make a significant contribution to the future development of the fashion industry incorporating IT. The smart fitness wear developed in this study demonstrates the potential for integrating IT with the fashion industry. This product has the potential to be utilized not only in sportswear but also in various healthcare fields, enhancing user experience through personalized health management and tailored feedback.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제7권3호
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pp.161-165
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2007
In this paper, mesoporous Pt on micro pillars Pt electrode is newly designed, fabricated, and characterized on silicon substrate for non-enzymatic electrochemical sensor micro-chip integrated with CMOS readout circuitry. The fabricated micro/nano Pt electrode has cylindrical hexangular arrayed nano Pt pores with a diameter of 3.2 nm which is formed on top of the micro pillars Pt electrode with approximately $6{\mu}m$ in diameter, $6{\mu}m$ in space, and $50{\mu}m$ in height. The measured current responses of the fabricated plane Pt, mesoporous Pt, and mesoporous Pt on the micro pillar Pt electrodes are approximately $9.9nA/mm^2,\;6.72{\mu}A/mm^2,\;and\;7.67{\mu}A/mm^2$ in 10mM glucose solution with 0.1M phosphate buffered saline (PBS) solution, respectively. In addition, the measured current responses of the fabricated plane Pt, mesoporous Pt, and mesoporous Pt on the micro pillar Pt electrodes are approximately $0.15{\mu}A/mm^2,\;0.56{\mu}A/mm^2,\;and\;0.74{\mu}A/mm^2$ in 0.1mM ascorbic acid (AA) solution with 0.1M phosphate buffered saline (PBS) solution, respectively. This experimental results show that the proposed micro/nano Pt electrode is highly sensitive and promising for CMOS integrated non-enzymatic electrochemical sensor applications. Since the micro-pillar Pt electrode can also be utilized with a micro-fluidic mixer in the sensor chip, the sensor chip can be much smaller, cheaper, and easier to be fabricated.
In this paper, mesoporous only platinum electrode and micro pore platinum electrode with mesoporous Pt are fabricated and characterized on a silicon substrate to check their usability as enzymeless sensing electrodes for developing non-disposable glucose sensors integrated with silicon CMOS read out circuitry. Since most of electrochemical glucose sensors are disposable due to the use of the enzymes that are living creatures, these are limited to use in the in-vivo and continuous monitoring system applications. The proposed mesoporous Pt electrode with approximately 2.5nm in pore diameter and 150nm in height was fabricated by using a nonionic surfactant $C_{16}EO_8$ and an electroplating technique. The micro pore Pt electrode with mesoporous Pt means the mesoporous Pt electrode fabricated on top of micro pore arrayed Pt electrode with approximately $10{\mu}m$ in pore diameter and $80{\mu}m$ in height. The measured current responses at 10mM glucose solution of plane Pt, micro pore Pt, micro pore with mesoporus Pt, and mesoporous Pt electrodes are approximately $9.9nA/mm^2$, $92.4nA/mm^2$, $3320nA/mm^2$ and $44620nA/mm^2$, respectively. These data indicate that the mesoporous Pt electrode is much more sensitive than the other Pt electrodes. Thus, it is promising for non-disposable glucose sensor and electrochemical sensor applications.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제10권4호
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pp.300-308
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2010
This paper describes the development of a low-power electrocardiogram (ECG) touch sensor intended for the use with two dry metal electrodes. An equivalent ECG extraction circuit model encountered in a ground-free two-electrode configuration is investigated for an optimal sensor read-out circuit design criteria. From the equivalent circuit model, (1) maximum sensor resolution is derived based on the electrode's background thermal noise, which originates from high electrode-skin contact impedance, together with the input referred noise of instrumentation amplifier (IA), (2) 60 Hz electrostatic coupling from mains and motion artifact are also considered to determine minimum requirement of common mode rejection ratio (CMRR) and input impedance of IA. A dedicated ECG read-out front end incorporating chopping scheme is introduced to provide an input referred circuit noise of 1.3 ${\mu}V_{rms}$ over 0.5 Hz ~ 200 Hz, CMRR of IA > 100 dB, sensor resolution of 7 bits, and dissipating only 36 ${\mu}W$. Together with 8 bits synchronous successive approximation register (SAR) ADC, the sensor IC chip is implemented in 0.18 ${\mu}m$ CMOS technology and integrated on a 5 cm $\times$ 8 cm PCB with two copper patterned electrodes. With the help of proposed touch sensor, ECG signal containing QRS complex and P, T waves are successfully extracted by simply touching the electrodes with two thumbs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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