$(Bi_{1/2}Na_{1/2})_{0.94}Ba_{0.06}(Ti_{1-x}Nb_x)O_3$ (BNBTxNb) ceramics were investigated in terms of the crystal structure as well as the ferroelectric, dielectric, and piezoelectric properties. While little change was observed in the microstructure except for a slight decrease in the average grain size, a significant change was noticed in the temperature dependence of dielectric and piezoelectric properties. It was shown that the property changes are closely related to the downward shift in the position of the ferroelectric-to-relaxor transition temperature with increasing amount of Nb doping. A special emphasis is put on the fact that Nb doping is so effective at decreasing the ferroelectric-to-relaxor transition temperature that even at no more than 2 at.% Nb addition, the transition temperature was already brought down slightly below room temperature, resulting in the birth of a large strain at 0.46 %, equivalent to $S_{max}/E_{max}=767pm/V$.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.33
no.1
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pp.14-19
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2013
Nonlinearity parameter is an inherent property of materials measuring fundamental acoustic amplitude($A_1$) and second harmonic amplitude($A_2$). However, measurement of $A_1$ and $A_2$ has complex calibration procedure, many researchers prefer to measure relative nonlinearity parameter rather than absolute nonlinearity parameter. But, relative nonlinearity parameter is only detect materials degradation with various degradation samples, it is limited application in determining third order elastic constants of materials. Therefore, in this study, the piezoelectric detection method is adopted to measure absolute nonlinearity parameter due to experimental simplicity compare to capacitive detector. Linearity of measurement system is verified by $A_1^2vsA_2$ plot, and we measured ultrasonic nonlinearity parameters of fused silica and Al2024-T4.
This paper was studied on the effects of Ca-La-Nb substitution and Zr/Ti ratio variation to Pb(Zr, Ti)$O_3$ system on structural, electrical, optical and sound level characteristics in order to develope the piezoelectric and electrooptic ceramic devices. Also the specimens were prepared by the two stage sintering technique. The molecular formular was X($CaO{\cdot}1/4La_{2}O_{3}{\cdot}1/4Nb_{2}O_{5}){\cdot}(1-X)Pb(Zr_{Y}Ti_{1-Y})O_{3}$(x=100X, y=100Y), and the variation of x was $6{\sim}12$, y was 60${\sim}$49 and second stage sintering time was 20${\sim}$40 hours. The experimental results obtained from this study are as follows : 1. The density was decreased, the grain size was increased according to increase of Ca-La-Nb substitution. 2. The crystal structure was rhombohedral in composition 6/60/40, and the crystal structure was tetragonal and cubic according to increase of Ca-La-Nb substitution. 3. The Ca substitution of PZT system enhanced the sintering property. The Pb site vacancy resulting from the substitution of La-Nb increased the dielectrical constant, the piezoelectric charge constant, the dielectric loss and decreased the coercive field. 4. The resistivity of PZT system which has the P type conduction mechanism increased according to substitution of La-Nb because of the substituent acting as donor. 5. The PZT ceramics varied from ferroelectric substance according to increase of Ca-La-Nb substituent. The coercive field and saturation remanent polarization decreased, and at last straight line according to increase of La-Nb substitution. 6. The amount of Ca-La-Nb substitution to improve the light transmittance of speciment was 10 mol%, the Zr/Ti ratio was 49/51, and the second stage sintering time was 40 hours. 7. According to Ca-La-Nb substitution, the specimens was to be transparent. The 7.5/51/49 specimen was suitable for transparent sound vibrator because it had 58% light transmittance (thick 0.2[mm], wave length 700[mm]) and 48% electromechanical coupling factor.
Kim, Hyung-Chan;Song, Hyun-Cheol;Kang, Chong-Yon;Kang, Jin-Kyu;Ju, Byeong-Kwon;Yoon, Seok-Jin
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.06a
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pp.51-51
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2008
최근 센서, 전자기술의 발달은 소형 센서 기기의 구동에 필요한 파워를 줄여 주변의 진동이나 온도차등에서의 작은 에너지로도 센서 등의 소형 전자기기의 구동을 가능하게 했다. 이에 따라 전자기기의 구동에너지로써 에너지 하베스팅이 많은 관심을 받고 있다. 압전 효과를 이용하여 주변의 진동에너지를 전기에너지로 변화 시키는 압전에너지 하베스터는 온도차이나 태양광, 바람등과는 달리 날씨나 구동조건에 큰 영항을 받지 않는 장점과 그 크기가 비교적 소형이라는 장점이 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 에너지 하베스터에서 생산된 에너지를 사용하기 위해서는 생산된 에너지를 저장장치에 저장해야 한다. 저장장치에 저장하기 위해서는 일정 이상의 전압과 많은 양의 전류가 있는 것이 효과적이다. 하지만 압전 세라믹의 출력 특성은 전압이 크고, 출력 전류가 작은 특성을 지지고 있어 충전 속도가 느리다는 문제점이 있다. 압전세라믹에서 발생되는 에너지는 세라믹의 두께와 세라믹의 전극면적에 비례하는데 각각 세라믹의 두께는 출력 전압에 영향을 주며, 세라믹의 전극면적은 발생하는 전하량에 영항을 준다. 이러한 압전체의 특징을 이용하여 본 연구에서는 압전체의 출력특성의 향상을 위하여 $10\times35mm^2$ 크기의 적층 세라믹을 제작하여 압전에너지 하베스터를 제작하였다. 적층 압전세라믹을 이용한 에너지 하베스터에서 3.5m/$s^2$ 24.6 ${\mu}m$의 진동에서 발생전압 2.14 V 에 발생전류 252 ${\mu}A$의 특성을 얻을 수 있었다.
We have investigated on the development of 2-2 type piezocomposites that have better piezoelectric activity and lower acoustic impedance than those of conventional piezoceramics. In this study, we have investigated the piezoelectric and acoustic properties of 2-2 type piezocomposites sensor which was fabricated using dice-and-fill technique for the different volume fraction of PZT. The specific acoustic impedance of 2-2 type piezocomposites decreased linearly when PZT volume fraction was decreased. The resonance characteristics measured by an impedance analyzer(HP4194A) were similar to the analysis of finite element method (FEM). The resonance characteristics and the electromechanical coupling factor were the best when the volume fraction PZT was 0.6. It also showed the highest result from the standpoint of sensitivity, bandwidth and ring-down property and so on at the same condition. The specific characteristics show that the 2-2 type piezocomposites turned out to be superior to the ultrasonic sensor composed by single phase PZT.
Soohyun Lim;Yub Je;Yohan Cho;Sang-Goo Lee;Hee-Seon Seo
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.4
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pp.412-419
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2024
Mn-doped Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg2/3Nb1/3)O3-PbTiO3 (Mn:PIN-PMN-PT) single crystals, which exhibit improved phase transition temperatures and coercive field properties compared to Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg2/3Nb1/3)O3-PbTiO3 (PIN-PMN-PT) single crystals, are expected to be utilized in high-power acoustic transducers. Bridgeman method, growing single crystals along the axial direction from melt, is most widely used method for single crystal growth with large size and high quality. However, single crystal boules grown by the Bridgeman method demonstrate a PT compositional variation, giving rise a distribution of crystal structure and material properties along the growing axis. To employ piezoelectric single crystals grown by the Bridgeman method for acoustic transducers, it is essential to investigate their overall property distribution. In this study, the compositional distribution and property variation of Mn:PIN-PMN-PT single crystals grown by the Bridgeman method was investigated. Measured compositional distribution of PT was from 29% to 32.5% in the Rhombohedral crystal region of the boule. Two types of specimen, [011]-poled Mn:PIN-PMN-29PT and Mn:PIN-PMN-32PT single crystals, were fabricated and tested to obtain full property variation at both ends of the Rhombohedral crystal region. The properties related to the 32 directional vibration mode and the properties related to high-power driving were measured to confirm the overall distribution of properties by composition.
This study analyzed technological competitiveness of five major countries by using patent information that is typical intellectual property. Technological activity, patent competitiveness, market securement and patent concentration were designed as evaluation items for the technological competitiveness analysis, and the number of patent applications, family patents and triad patent families, and the paten concentration index were reflected as evaluation factors to be scored. For technologies to be analyzed, it referred to the energy harvesting technologies selected as 500 future technologies in the future technologic white paper 2013 published by KISTI. They were classified into technologies using thermoelectric, piezoelectric and photovoltaic elements, which are main detailed technologies of the energy harvesting technology, to investigate and analyze patent information for each detailed technology to understand their technological competitiveness. As a result, the United States ranked top with 75 and 70 points in the technology using thermoelectric and piezoelectric elements respectively, and Japan ranked top with 90 points in the energy harvesting technology using photovoltaic elements. It was analyzed that Korea held the second rank in the field using piezoelectric and photovoltaic elements, and the fifth in the technology using thermoelectric elements.
In this study, Ti powder/Polymer concrete composites were processed by adding the PZT powder, one of the piezoelectric materials, to improve the vibration damping effect of Polymer concrete. Ti powder was added at a constant ratio in order to maximize the vibration damping effect using the piezoelectric effect. Three types of composite material specimens were prepared: a specimen without PZT powder, specimens with 2.5 wt% and 5 wt% of PZT powder. The vibration characteristics and compression properties were analyzed for all specimens. As a result, it was confirmed that as the addition ratio of PZT powder increased, the Inertance value at the resonant frequency decreased due to the piezoelectric effect when the vibration generated from Ti powder/polymer concrete was transmitted. Especially, the Inertance value was decreased by about 19.3% compared to the specimen without PZT at the resonant frequency. The change in acceleration with time also significantly decreased as PZT powder was added, confirming the effect of PZT addition. In addition, through the compression strength test, it was found that the degree of deterioration in compression properties due to the addition of PZT up to 5 wt% was insignificant, and it was confirmed that the powder was evenly dispersed in the composites through the cross-sectional analysis of the specimen.
Optical coherence elastography (OCE) is based on optical coherence tomography (OCT), which is a noninvasive, high-resolution, cross-sectional imaging technique. In this paper, we have developed dynamic optical coherence elastography to measure elasticity, a mechanical property of tissue, by phase difference. A piezoelectric actuator was used for sinusoidal mechanical loading of samples. Before applying this method to biomaterial, we assessed the feasibility of OCE with samples of sponge, eraser, and sharp lead. Cross-sectional and phase-difference images of the sample were obtained under sinusoidal loading. The strain rate was calculated from the phase-difference information. To obtain the envelope of the phase-difference oscillations along the horizontal direction, Hilbert transformation was performed at each depth. The elevation of the envelope was represented by color mapping, and we could measure the relative elasticity within the sample by comparing the elevations. Finally, there was an advantage when we calculated the shear rate using self-interference in the sample arm, instead of the interference between sample and reference arms.
Eunghwy Noh;Donghyeon Kim;Hyeongmin Mun;Woosuk Chang;Hongwoo Yoon;Seonghun Pyo;Kyungseop Kim;Yo-Han Cho
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.42
no.5
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pp.377-387
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2023
This paper presents accuracy of a method that directly estimates equivalent properties of a 1-3 piezocomposite for modeling it into the single phase homogeneous piezomaterial. This direct estimation method finds individual components of a material property matrix based on the piezoelectric constitutive equations, which represent mechanical and electrical behaviors and their couplings. Equivalent properties on a single 1-3 piezocomposite hydrophone are derived, and their accuracy depending on pairing of the constitutive equations is investigated by comparing them with finite element analysis for the whole domain. The accuracy is related to elastic characteristics of a matrix polymer, and the error is analyzed so that some guidelines for correct estimation are suggested. Fidelity of estimated properties and equivalent modeling is shown in a stave scale including hydrophones and surrounding acoustic structures as well, and reduced computational cost is verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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