Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.127-131
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2008
This paper deals with the performance evaluation of piezoelectric unimorph actuator. In the unimorph design, the thickness ratio of substrate to piezoelectric material and the elastic modulus ratio of substrate to piezoelectric material are important parameters. There exists only one structural configuration that satisfies the optimal condition among them, and actuators using that configuration exhibit better actuating displacements. Another design parameter is the piezoelectric coefficient which can be improved due to the induced tensile stress and voltages. The application of the tensile stress to the piezoelectric material makes it get higher piezoelectric coefficient and the total displacement performance of the unimorph actuator is improved. Finally, the piezoelectric actuator system with spring elements is fabricated and it shows higher actuating displacement capability.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2015.08a
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pp.232.2-232.2
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2015
Piezoelectric force microscopy (PFM) is a powerful method to characterize inversed piezoelectric effects directly using conductive atomic force microscopy (AFM) tips. Piezoelectric domains respond to an applied AC voltage with a characteristic strain via a contact between the tip and the surface of piezoelectric material. Electroactive piezoelectric polymers are widely investigated due to their advantages such as flexibility, light weight, and microactuation enabling various device features. Although piezoelectric polymers are promising materials for wide applications, they have the primary issue that the piezoelectric coefficient is much lower than that of piezoelectric ceramics. Researchers are studying widely to enhance the piezoelectric coefficient of the materials including nanoscale fabrication and copolymerization with some materials. In this report, nanoscale electroactive polymers are prepared by the electrospinning method that provides advantages of direct poling, scalability, and easy control. The main parameters of the electrospinning process such as distance, bias voltage, viscosity of the solution, and elasticity affects the piezoelectric coefficient and the nanoscale structures which are related to the phase of piezoelectric polymers. The characterization of such electroactive polymers are conducted using piezoelectric force microscopy (PFM). Their morphologies are characterized by field emission-scanning electron microscope (FE-SEM) and the crystallinity of the polymer is determined by X-ray diffractometer.
Piezoelectric coefficient and dielectric constant of PZT-5H vary with electric field. In this work, variations of these coefficients with electric field are included in finite element modelling of a cantilevered plate instrumented with piezoelectric patches. Finite element model is reduced using modal truncation and then converted into state-space. First three modal displacements and velocities are estimated using Kalman observer. Negative first modal velocity feedback is used to control the vibrations of the smart plate. Three cases are considered v.i.z case 1: in which variation of piezoelectric coefficient and dielectric constant with electric field is not considered in finite element model and not considered in Kalman observer, case 2: in which variation of piezoelectric coefficient and dielectric constant with electric field is considered in finite element model and not considered in Kalman observer and case 3: in which variation of piezoelectric coefficient and dielectric constant with electric field is considered in finite element model as well as in Kalman observer. Simulation results show that appreciable amount of change would appear if variation of piezoelectric coefficient and dielectric constant with r.m.s. value of electric field is considered.
In this research, the P(VDF-TrFE) copolymer thin films were prepared by the physical vapor deposition and studied to their piezoelectric properties. In the case of a specimen produced by varying the deposition temperature from $260^{\circ}C$ to $300^{\circ}C$, its piezoelectric coefficient($d_{33}$) increased from 32.3pC/N to 36.28pC/N, and piezoelectric voltage coefficient($g_{33}$) from $793{\times}10^{-3}V{\cdot}m/N$ to $910.5{\times}10^{-3}V{\cdot}m/N$. On the basis of these experimental results, we concluded that the P(VDF-TrFE) copolymer thin film prepared at $300^{\circ}C$ showed the optimum piezoelectric properties. At the deposition temperature of $320^{\circ}C$, its piezoelectric coefficient(d33) decreased 25.3 pC/N and piezoelectric voltage coefficient($g_{33}$) $680{\times}10^{-3}V{\cdot}m/N$.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics A
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v.31A
no.3
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pp.10-18
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1994
In this paper, the single round type and the multilayered type actuator using PZT powders were manufactured and their piezoelectric, displacement and time response characteristics were investigated. In the single round type actuator, the piezoelectric coefficient and the displacement increased with sintering temperature. In the multilayered actuator, the piezoelectric coefficient and the displacement increased with the layered number. In ten layered case, the piezoelectric coefficient and the displacement were higher over three times and six times than those of the single round type, respectively. At the voltage applied, the response velocity of the multilayered type was higher over two times than that of the single round type.
In this study, piezoelectric actuator samples were fabricated using 0.375PMN-0.37OPT-0.255PZ system ceramics with Barium substitution and the strain properties of them were investigated. Dielectric constant of the specimens increased with the increase of Ba content up to 5mol% and decreased with futher addition of Ba. The largest piezoelectric coefficient and electromechanical coupling coefficient were observed at the sintering temperature of 1250'C and Barium content of 5mol%. The characteristics of strain hysteresis was found largely with varing the sintering temperature on the single round type, and the strain is proportional to piezoelectric coefficient.
Kim, Jung-Soon;Kim, Moo-Joon;Ha, Kang-Lyeol;Cao, Wen-Wu
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.25
no.3E
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pp.110-114
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2006
In a previous theoretical paper, we have derived a unified formula by considering 2-D coupled mode vibrations. The unified formula for electromechanical coupling coefficient of piezoelectric resonator was verified experimentally. The capacitance change near the resonant frequency was investigated to estimate the effective coupling coefficient of the resonator instead of the conventional method based on I-D model. The susceptance spectra were measured for the seven samples of piezoelectric resonator with different aspect ratio. Excellent agreement between theoretical and experimental results was obtained.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.15
no.9
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pp.794-797
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2002
Piezoelectric properties of PZT-PSN ceramics were investigated as a function of WO$_3$ addition from 0 wt% to 6.0 wt%. The dielectric and piezoelectric characteristics of PZT-PSN ceramics have been investigated at different calcination (80$0^{\circ}C$~90$0^{\circ}C$) and sintering (110$0^{\circ}C$~130$0^{\circ}C$) temperatures. The grain size was increased with the addition of WO$_3$and the sintering temperatures. Anisotropic properties of electromechanical coupling coefficient and piezoelectric coefficient are proven to be dependent on processing temperatures and amount of addition. At the specimen with 0.6 wt% WO$_3$ addition, using calcination temperature of 80$0^{\circ}C$ and sintering temperature of 110$0^{\circ}C$ , mechanical quality factor(Q$_{m}$) and electromechanical coupling coefficient(k$_{p}$) showed the excellent results of 1560 and 0.48, respectively Experimental results indicated that the PZT-PSN system ceramics with WO$_3$impurity could be effectively used for the microtransformer and actuator applications, etc.etc.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.35
no.6
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pp.523-546
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2022
Morphotropic phase boundary (MPB), which is a special boundary that separates two or multiple different phases in the phase diagram of some ferroelectric ceramics, is an important concept in identifying physics that includes piezoelectric responses. MPB, which had not been discovered in organic materials until recently, was discovered in poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene (P(VDF-TrFE)), resulting from a molecular approach. The piezoelectric coefficient of P(VDF-TrFE) in this MPB region was achieved up to -63.5 pC N-1, which is about two times as large as the conventional value of -30 pC N-1 of P(VDF-TrFE). An order-disorder arrangement greatly affects the rise of the piezoelectric effect and the ferroelectric, paraelectric and relaxor ferroelectric of P(VDF-TrFE), so the arrangement and shape of the polymer chain is important. In this review, we investigate the origin of negative longitudinal piezoelectric coefficients of piezoelectric polymers, which is definitely opposite to those of common piezoelectric ceramics. In addition to the mainly discussed issue about MPB behaviors of ferroelectric polymers, we also introduce the consideration about polymer chirality resulting in relaxor ferroelectric properties. When the physics of ferroelectric polymers is unveiled, we can improve the piezoelectric and pyroelectric properties of ferroelectric polymers and contribute to the development of next-generation sensor, energy, transducer and actuator applications.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.30
no.10
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pp.637-640
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2017
In this study, $(1-x)(Na_{0.52}K_{0.443}Li_{0.037})(Nb_{0.883}Sb_{0.08}Ta_{0.037})O_3-x(Bi_{0.5}(Na_{0.7}K_{0.3})_{0.5}ZrO_3$ ceramics were fabricated by BNKZ substitution using a conventional solid-state method to develop excellent lead-free piezoelectric ceramics for piezoelectric actuators; their dielectric and piezoelectric properties were then investigated. All specimens were in the orthorhombic phase. $NKL-NSTO_3$ ceramics with x=0.01 showed excellent piezoelectric properties. The density (${\rho}$), piezoelectric charge constant ($d_{33}$), planar piezoelectric coupling coefficient ($k_p$), mechanical quality factor ($Q_m$), and dielectric constant (${\varepsilon}_r$) had optimized values of $4.56g/cm^3$, 208 pC/N, 0.43, 96, and 975, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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