Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.1
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pp.106-111
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2024
A triboelectric nanogenerator is a promising energy harvester operated by the combined mechanism of electrostatic induction and contact electrification. It has attracting attention as eco-friendly and sustainable energy generators by harvesting wasting mechanical energies. However, the power generated in the natural environment is accompanied by low frequencies, so that the output power under such input conditions is normally insufficient amount for a variety of industrial applications. In this study, we introduce a non-contact rotational triboelectric nanogenerator using pedaling and gear systems (called by P-TENG), which has a mechanism that produces high power by using rack gear and pinion gear when a large force by a pedal is given. We design the system can rotate the shaft to which the rotor is connected through the conversion of vertical motion to rotational motion between the rack gear and the pinion gear. Furthermore, the system controls the one directional rotation due to the engagement rotation of the two pinion gears and the one-way needle roller bearing. The TENG with a 2 mm gap between the rotor and the stator produces about the power of 200 ㎼ and turns on 82 LEDs under the condition of 800 rpm. We expect that P-TENG can be used in a variety of applications such as operating portable electronics or sterilizing contaminated water.
Recent advances in electro-active polymer (EAP) actuators, owing to their flexibility, lightweight, and simple fabrication process, have showcased their high utility across various fields such as soft robotics, biomimetics, wearable devices, and haptic technologies. Moreover, EAP actuators are evolving into smart devices with new functions and characteristics through the integration of functional materials and innovative technologies. This paper categorizes EAPs into ionic EAPs and electronic EAPs. Ionic EAPs include, most notably, ionic polymer-metal composites (IPMCs) and conducting polymers (CPs), while electronic EAPs encompass dielectric elastomer actuators (DEAs), ferroelectric polymer actuators, and the recently introduced hydraulically amplified self-healing electrostatic (HASEL) actuators. Detailed explanations based on the latest research are provided concerning the mechanism, structure, performance improvement strategies, methods for adding functionality, and application areas for each type of actuator.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.6
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pp.662-671
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2020
Recently, for the purposes of reducing carbon dioxide(CO2) emissions in the island area, countermeasures to decrease the operation rate of diesel generator(DG) and to increase one of renewable energy sources(RES) is being studied. In particular, the demonstration and installation of stand-alone micro-grid(MG) system which is composed of DG, RES and energy storage system(ESS) has been implemented in some island areas such as Gapa-do, Gasa-do and Ulleung-do island. However, many power quality(PQ) problems may be occurred due to an intermittent output of RES including photovoltaic(PV) system and wind power(WP) system in a normal operating of constant voltage & constant frequency(CVCF) inverter-based MG system. Therefore, this paper presents a modeling of the 30kW scale MG system using PSCAD/EMTDC, and also implements a 30kW scale CVCF inverter-based MG system as test devices to analyze normal operating characteristics of MG system. From the simulation and test results, it is confirmed that the proposed methods are useful and practical tools to improve PQ problems such as under-voltage, over-voltage and unbalanced load in CVCF inverter-based MG system.
Microstructure and the electrical porperties of a ZnO-based multilayered chip-type varistor(abbreviated as MLV) with Ag/Pd(7:3) inner electrode have been studied as a function of firing of temperature. At 1100$^{\circ}$C, inner electrode layers began to show nonuniform thickness and small voids, which resulted in significant disappearance of the electrode pattern and delamination at 1100$^{\circ}$C. MLVs fired at 950$^{\circ}$C showed large degradation in leakage current, probably due to incomplete redistribution of liquid and transition metal elements in pyrochlore phase decomposition. Those fired at 1100$^{\circ}$C and above, on the other hand, revealed poor varistor characteristics and their reproductibility, which are though to stem from the deformation of inner electrode pattern, the reaction between electrode materials and ZnO-based ceramics, and the volatilization of $Bi_2O_3$. Throughout the firing temperature range of 950∼1100$^{\circ}$C, capacitance and leakage current increased while breakdown voltage and peak current decreased with the increase of firing temperature, but nonlinear coefficient and clamping ratio kept almost constant at ∼30 and 1.4, respectively. In particular, those fired between 1000$^{\circ}$C and 1050$^{\circ}$C showed stable varistor characteristics with high reproducibility. It seems that Ag/Pd(7:3) alloy is one of the electrode materials applicable to most ZnO-based MLVs incorporating with $Bi_2O_3$ when cofired up to 1050$^{\circ}$C.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.31
no.5
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pp.466-471
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2011
Optical coherence tomography(OCT) is an emerging medical diagnostic tool that draws great attention in medical and biological fields. It has a 10-100 times higher spatial resolution than that of the clinical ultrasound but lower imaging depth such as 1-2 mm. In order to image internal organs, OCT needs an endoscopic probe. In this paper, the principle of Fourier-domain optical coherence tomography with high-speed imaging capability was introduced. An OCT endoscope based on MEMS technology was developed. It was attached to the Fourier-domain OCT system to acquire three-dimensional tomographic images of gastrointestinal tract of New Zealand white rabbit. The endoscope had a two-axis scanning mirror that was driven by electrostatic force. The mirror stirred an incident light to sweep two-dimensional plane by scanning. The outer diameter of the endoscope was 6 mm and the mirror diameter was 1.2 mm. A three-dimensional image rendered by 200 two-dimensional tomographs with $200{\times}500$ pixels was displayed within 3.5 seconds. The spatial resolution of the OCT system was 8 ${\mu}m$ in air.
A pressure sensor on the tip of a catheter which is utilized to measure the in-vivo pressure in a human body was fabricated and the characteristic of the pressure sensor as measured. To fit into a catheter with 1 mm caliber, samples of $150\;{\mu}m$(thickness) ${\times}$ (600, 700, 800, 900, 1000) ${\mu}m$(width) ${\times}2\;mm$(length) was fabricated. The thicker face with $450\;{\mu}m$ thickness of SDB wafer was made thin to $134\;{\mu}m$ thickness using KOH etchant and it made possible to fabricate sensor cell with the width shorter than 1 mm. Different to the whitstone bridge sensor, we formed one piezoresistor and one reference resistor in sensor. Therefore there are possibilities of reduction of the sensitivity, then by using the simulation tool ANSYS 5.5.1, the location and the type of the piezoresistor was optimized. Another piezoresistor type of sensor which contain one longitudinal and one transverse piezoresistor was fabricated at the same time, but the sensitivity was not improved very much. To get the output versus the pressure, a constant current source and a implementation amplifier was used. As a result, the maximum sensitivity of the sensor with one piezoresistor was $1.6\;{\mu}V/V/mmHg$.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.15
no.2
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pp.103-110
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2010
In this paper, a new mode changeable asymmetric full bridge dc/dc converter is proposed to solve the freewheeling current problem of the conventional zero voltage switching(ZVS) phase shift full bridge(PSFB) dc/dc converter of low output voltage and high output current applications. The proposed converter is operated as an asymmetric full bridge converter when the duty cycle is less than 50% and active clamp full bridge converter when the duty cycle is greater than 50%. As a result, since its freewheeling current is eliminated, the conduction loss is lower than that of the conventional ZVS PSFB dc/dc converter. Moreover, ZVS of all power switches can be ensured along a wide load ranges and output current ripple is very small. Therefore, high efficiency of the proposed converter can be achieved. Especially since its operation mode is changed to the active clamp full bridge converter during hold up time and can be operated with 50~100% duty ratio, it can produce the stable output voltage along wide input voltage range. The operational principles, theoretical analysis and design considerations are presented. To confirm the operation, validity and features of the proposed converter, experimental results from a 1.2kW($400V_{dc}/12V_{dc}$) prototype are presented.
Kim, Kye-Ryung;Kim, Wan;Lee, Yong-Hyun;Kang, Hee-Dong
Journal of Sensor Science and Technology
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v.7
no.3
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pp.179-187
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1998
A neutral particle energy analyzer, which has the carbon stripping foil and the $90^{\circ}$ cylindrical electrostatic deflection plate, was designed and constructed for measuring of ion temperature in plasma. The energy calibration and energy resolution were studied in detail for a hydrogen ion at the $0.5{\sim}3.0\;keV$ energy using a duoplasmatron ion source. An energy of hydrogen ion to the deflection plate voltage at the peak ion count rate could be fitted by the expression $E_{o}(keV)$=3.83V(kV). The measured energy resolution, which was about 2 % at the energy of 3.0 keV and 9 % at the energy of 0.5keV, was better for the increased hydrogen ion energy. For the charge exchanged hydrogen atom due to the carbon stripping foil, the energy calibration, energy loss and resolution were measured to the $0.5{\sim}2.0{\mu}g/cm^{2}$ thickness of the carbon stripping foil. An energy of the charge exchanged hydrogen atom as a function of the deflection plate voltage and carbon foil thickness could be fitted by the expression $E_{o}(keV)=(0.53d+4.4){\cdot}V(kV)$. The energy loss was $0.23{\sim}0.89\;keV $ to the $0.5{\sim}2.0{\mu}g/cm^{2}$ carbon foil thickness and the $0.5{\sim}3.0\;keV$ energy of the incident neutral hydrogen atom, it could be fitted by the expression ${\Delta}E=(0.12d+0.27){\cdot}{E_{o}}^{1/2}(keV)$. The measured energy resolution for the neutral hydrogen atom, which was between 7 % and 35 % in this experiment region, was increased for the increasing neutral hydrogen atom energy and the decreasing carbon stripping foil thickness.
The present study announces that the pH value of seed coating solution makes a significant effect on the microstructure of silicalite-1 zeolite layer formed on ${\alpha}$-alumina support. Seed with an average diameter of 75 nm was dispersed in ethanol to prepare three kinds of seed coating solutions with different pH values, and dip-coated on the support. The pH value was controlled to be 2.2, 7.0, and 9.3, respectively. In the secondary growth process, pH 7 seed solution resulted an uniform, 3 to $4{\mu}m$ thick, completely covered, and 100 nm grained silicalite-1 zeolite separation layer. The uniformity and completeness were explained by a uniform, closely packed, multi-layered, and completely covered seed coating in the pH 7 condition. In the condition, ${\alpha}$-alumina support and seed are oppositely charged: support is positively charged (8.4 mV) and seed, negatively (-1.7 mV). The opposite charging induced a strong electrostatic attraction between seed and support, which made the good seed coating state. On the other hand, pH 2.2 and pH 9.3 seed solutions resulted non-uniform, partially covered, and around $1{\mu}m$ grained zeolite separation layer, since seed and support are the same sign charged in the conditions. The same sign charging induced a strong electrostatic repulsion between seed and support which caused a low coverage of seed. It could be concluded that the pH value of seed coating solution is a key parameter to determine the microstructure of silicalite-1 zeolite separation layer.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.11
no.5
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pp.463-470
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2006
This paper deals with a new 3-phase power quality disturbance generator. The proposed generator can provide phase jump as well as voltage sag, swell, outage, unbalance, and over and under voltage. The operating principle of the generator is described in each mode of disturbance. The magnitude of the phase jump is analysed and it is found that the magnitude is the function of the turn-ratios of the transformers consisting the generator. The scheme has simple structure compared with the conventional one, and the major components of the proposed scheme are SCR thyristor and transformer, which guarantees high reliability and cost-effective implementation of the generator. Furthermore, high efficiency can be obtained because there is no PWM switching of the semiconductor devices, and it is easy to control the system. Simulations are carried out to confirm the operation in each disturbance mode, and experiments has been done with 5kVA power rating. The usefulness of the proposed scheme is verified through simulation and experimental results. It is expected that the scheme can be applied to the performance test of the custom power devices such as UPS, DVR, DSTATCOM, and SSTS with cost-effective system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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