• 대한기계학회논문집A
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• 제25권11호
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• pp.1697-1704
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• 2001

A finite element model for polarization switching in electro-mechanically coupled materials is proposed and applied to predict the switching behavior of a two-dimensional ferroelectric ceramic. A complicated micro-structure existing in the material is modeled as il continuum body and a simple 3 node triangle finite element with nodal displacement and voltage degrees of freedom is used for a finite element analysis. The elements use nonlinear constitutive equations, switching criterion and kinetic relation, fur representation of material response at strong electric and stress fields. The polarization state of the material is represented by internal variables in each element, which are updated at each simulation step based on the proposed constitutive equations. The model reproduces strain and electric displacement hysteresis loops observed in the material.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2003년도 추계학술대회
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• pp.1378-1383
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• 2003

A ferroelectric (called piezoelectric afterwards) wafer has been widely used as a key component of actuators or sensors of a layer type. According to recent researches, the piezoelectric wafer behaves in a nonlinear way under excessive electro-mechanical loadings. In the present paper, one-dimensional constitutive equations for the nonlinear behavior of a piezoelectric wafer are proposed based on the principles of thermodynamics and a simple viscoplasticity theory. The predictions of the developed model are compared with experimental observations.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권6호
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• pp.513-518
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• 2015

농도차발전은 전 세계적으로 높은 잠재적 에너지량으로 인하여 최근 많은 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 양이온과 음이온의 선택적 분리를 통하여 전기를 생성하는 역전기투석을 이용하여 다양한 농도 공급원의 조합으로부터 성능을 평가하였다. 역전기투석 장치의 분극곡선은 전류가 증가할 때 전압이 선형적으로 감소하였고, 최대출력밀도는 내부저항과 외부저항이 일치하는 부분에서 얻어졌다. 내부 유로두께가 감소하고 공급유량이 증가할 때 역전기투석 장치에서 생성되는 출력이 증가하는 것을 발견하였고, 공급유체의 펌핑에 의해 발생되는 출력 손실을 고려한 정미출력은 공급유량이 22.5mL/min 에서 최대값을 가졌다. 최종적으로 담수화 브라인, 해수, 강물, 폐수, 기수를 조합하여 역전기투석 장치의 성능을 평가하였고 정삼투 과정에서 발생하는 브라인과 강물을 이용할 때 $1.75W/m^2$ 으로 최대값을 얻었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제27권6호
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• pp.849-856
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• 2003

A three-dimensional constitutive model for polarization switching in ferroelectric materials is used to predict the formation of switching zones in an atomic force microscopy(AFM) tip/ferroelectric thin film/bottom electrode system via finite element simulation. Initially the ferrolectric film is poled upward and the bottom electrode is grounded. A strong dc field is imposed on a fixed point of the top surface of the film through the AFM tip. A small switching zone with downward polarization is nucleated and grows with time. It is found that initially the shape of the switched zone is that of a bulgy dagger, but later turn to the shape of a reversed cup with the lower part wider than the upper part. It can also be concluded that the size of switching zones increases with the period of applied electric potential. The present results are qualitatively consistent with experimental observations.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2000년도 춘계학술대회논문집
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• pp.1261-1267
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• 2000

외부에서 자극이 가해질 때 상전이(phase transformations)하는 방식으로 대응하는 재료들이 최근 다양하게 연구되고 있다. 예를 들어 형상기억합금은 주변 온도의 변화에 대응하여 그 형상을 변화시키는데 이 과정은 미시적으로는 격자의 형태가 - 예를 들면 정방형 격자에서 입방형격자로 혹은 그 반대로 - 변화하는 과정이다. 강유전체 역시 외부에서 인가되는 전계의 변화에 대응하여 그 격자구조가 변하는데 그와 함께 기계적 변형이 동반하게 된다. 본 논문에서는 상전이를 하는 재료에 적용될 수 있는 1차원 구성방정식을 강유전체의 예를 들어 제시하고 간단한 계산결과를 보이기로 한다. 본 모델을 확장하여 강유전체에서의 분극역전(polarization reversals)에 대한 3차원 유한요소 모델을 개발하고 응용하려는 시도가 이루어지고 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권1호
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• pp.61-65
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• 2010

두께방향으로 분극처리되어 있는 상업용 PZT 웨이퍼가 폐쇄회로와 개방회로의 두 가지 전기적 경계조건에서 길이 방향으로 일정한 크기의 인장하중을 받는다. 하중과정 동안 두께 방향으로의 전기밀도와 평면내 변형률의 시간에 따른 변화를 측정한다. 두 가지 전기적 경계조건에서의 서로 다른 거동 특성을 시편 내부에서 발생하는 전기장과 분극역전 현상으로 설명한다. 마지막으로 관측된 크립 거동을 예측하기 위한 정규분포 형식을 가지는 자유 에너지 함수를 도입하고 모델의 예측과 실험결과를 비교한다.

• 한국조명전기설비학회지:조명전기설비
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• 제11권4호
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• pp.74-81
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• 1997

I정전 모-터는 일반적으로 분극전하와 전계의 상호작용을 이용한 것으로서 전계내에 축적되는 전계에너지(W=1/2 *ED)의 힘을 기계적 출력으로 도출하여 이용하는 것이다. 본 논문에서는 유한 요소법을 사용하여 단상 정전 모터의 전계와 등전위분포 및 미소한 토오크를 시뮬레이션을 통하여 구하고 해석하였다. 그 결과 이 모터는 특성상 정전, 역전이 가능하고 고전압에서 응용이 가능하므로 특수기의 서어보모터로 쓸 수 있겠고, 설비중 고압으로 인한 위험이 따르는 곳의 안전예고기, 고전압계, 위상 판별기로도 사용이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권6호
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• pp.37-43
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• 2017

본 논문에서는 고출력 전자기파 (Electromagnetic pulses, EMP) 영향에 의해 발생하는 반도체 부품의 물리적 상호작용에 대한 원리와 고장 발생 메커니즘의 연구를 위해 선행된 연구 내용을 고찰하였다. 반도체 부품에서의 전자기파 전이 과정은 3층 (공기/유전체/도체) 구조로 설명할 수 있으며, 복소반사계수에 의하여 이론적으로 흡수되는 에너지를 예상할 수 있다. 반도체 부품에 전달된 과도한 고출력 전자기파로 인한 반도체 부품의 주요 고장 원인은 전자기파 커플링에 의한 부품 소재의 줄 열에너지의 발생이다. 전기장에 의한 유전가열과 자기장에 의한 맴돌이손실에 의해 반도체 칩의 P-N 접합 파괴, 회로패턴의 burn-out과 리드 프레임과 칩을 연결하는 와이어의 손상 등이 발생한다. 즉, 반도체 부품에 전달된 전자기파는 반도체 내부 물질과 상호작용을 하며, 쌍극자분극과 이온 전도도 현상이 동시에 발생하여, 칩 내부의 P-N 접합 부분에 과도한 역전압이 형성되어 P-N 접합 파괴를 유발한다. 향후 고 신뢰성을 요구하는 전기전자시스템에 대한 EMP 내성을 향상하기 위한 반도체 부품 수준의 연구가 필요하다.