본 논문에서는 Navier 방법을 이용한 점진기능재료 판의 정적 응답과 고유진동수 그리고 좌굴하중을 연구하였다. S 형상 함수를 이용한 세라믹과 금속의 체적요소의 변화에 따른 점진기능재료 판의 고유치 문제를 연구하였다. 점진기능재료 판의 면내 강성, 휨 강성 및 전단 강성의 수식은 등질 요소보다 복잡한 재료의 성질들로 결합되어 있다. 본 연구의 결과를 검증하기 위해 고전적 이론에 의한 직사각형 판의 결과를 제시하였다. 적층복합 구조 및 S 형상 점진기능재료 구조의 다양한 예제를 제시하였다. 해석결과는 참고문헌의 결고들과 잘 일치함을 알 수 있었다.
The electrical resistivity and mechanical properties of the hot-pressed and annealed ${\beta}$-SiC+39vol.%$ZrB_2$ electroconductive ceramic composites were investigated as a function of the liquid forming additives of $Al_{2}O_{3}+Y_{2}O_{3}$(6:4wt%). In this microstructures. no reactions were observed between $\beta$-SiC and $ZrB_2$, and the relative density is over 97.6% of the theoretical density. Phase analysis of composites by XRD revealed mostly of a $\alpha$-SiC(6H, 4H), $ZrB_2$ and weakly $\beta$-SiC(15R) phase. The fracture toughness decreased with increased $Al_{2}O_{3}+Y_{2}O_{3}$ contents and showed the highest for composite added with 4wt% $Al_{2}O_{3}+Y_{2}O_{3}$ additives. The electrical resistivity increased with increased $Al_{2}O_{3}+Y_{2}O_{3}$ contents because of the increasing tendency of pore formation according to amount of liquid forming additives $Al_{2}O_{3}+Y_{2}O_{3}$. The electrical resistivity of composites is all positive temperature coefficient resistance(PTCR) against temperature up to $700^{\circ}C$.
기계적 강도가 우수한 부분안정화 지르코니아(3 mol% Yttria Partially Stabilized Zirconia) 세라믹스의 정전기 방지를 목적으로 LSM 복합 세라믹을 제조하는 과정에서 소결체 표면에서 란타늄산화물을 주조성으로 하는 나노로드의 성장을 확인하였다. 성장조건에 따라 나노로드의 직경 및 종횡비가 크게 변화하였으며, 광학현미경으로 관찰한 결과 입사광의 집속현상으로 밝게 빛나는 나노로드를 확인하였다. SEM 및 TEM으로 관찰한 결과, La를 주성분으로 하며 Sr, Mn 그리고 Si 등이 미량 첨가된 산화물임을 확인하였고, 이들의 외형으로부터 결정상이 잘 발달된 것을 확인하였다.
Recently, polymer-metal composite (IPMC)-based ionic artificial muscle has been drawing a huge attention for its excellent soft actuator performance having outstanding soft actuator performance with efficient conversion of electrical energy to mechanical energy under low working voltage. In addition, light, flexible and soft nature of IPMC and high bending strain response enabled development of versatile sensor application in association with soft actuator. In this paper, current issues of IPMC were discussed including standardizing preparation steps, relaxation under DC bias, inhibiting solvent evaporation, and improving poor output force. Solutions for these drawbacks of IPMC have recently been suggested in recent studies. After following explanation of the IPMC working mechanism, we investigate the main factors that affect the operating performance of the IPMC. Then, we reviewed the optimized IPMC actuator fabrication conditions especially for the preparation process, additive selection for a thicker membrane, water content, solvent substitutes, encapsulation, etc. Lastly, we considered the pros and cons of IPMCs for sensor application in a theoretical and experimental point of view. The strategies discussed in this paper to overcome such deficiencies of IPMCs are highly expected to provide a scope for IPMC utilization in soft robotics application.
Global effort has resulted in tremendous progress with energy harvesters that extract mechanical energy from ambient sources, convert it to electrical energy, and use it for systems such as wrist watches, mobile electronic devices, wireless sensor nodes, health monitoring, and biosensors. However, harvesting a single energy source only still pauses a great challenge in driving sustainable and maintenance-free monitoring and sensing devices. Over the last few years, research on high-performance mechanical energy harvesters at the micro and nanoscale has been directed toward the development of hybrid devices that either aim to harvest mechanical energy in addition to other types of energies simultaneously or to exploit multiple mechanisms to more effectively harvest mechanical energy. Herein, we appraise the rational designs for multiple energy harvesting, specifically state-of-the-art hybrid mechanical energy harvesters that employ multiple piezoelectric and triboelectric mechanisms to efficiently harvest mechanical energy. We identify the critical material parameters and device design criteria that lead to high-performance hybrid mechanical energy harvesters. Finally, we address the future perspectives and remaining challenges in the field.
Hyun Jin Kim;Soo Whon Lee;Tadachika Nakayama;Koichi Niihara
The Korean Journal of Ceramics
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제5권4호
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pp.317-323
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1999
Si3N4-TiC composites have been known as electrically conductive ceramics. $Si_3N_4-TiC$ composites with 2 wt% $Al_2O_3$ and 4 wt% $Y_2O_3$ were hot pressed in $N_2$ environment. The mechanical properties including hardness, fracture toughness, and flexural strength and tribological properties were investigated as a function of TiC content. $Si_3N_4-40$ vol% TiC composite was hot pressed at $1,750^{\circ}C$, $1,800^{\circ}C$, and $1,850^{\circ}C$ for 1, 3 and 5 hours in $N_2$ gas. Mechanical and tribolgical properties depended on microstructures, which were controlled by hte TiC content, hot press temperature, and hot press holding time. However, mechanical properties and tribological behaviors were degraded by the chemical reaction between TiC and N. The chemically reacted products such as TiCN, SiC, and $SiO_2$ were detered by the X-ray diffraction analysis.
Y2O3 and Nb2O5 co-doped tetragonal zirconia polycrystals((Y, Nb)-TZP) containing 10 to 30 vol% $Al_2O_3$ were prepared and hydrothermal stability of the composites was evaluated after aging for 5 h at the temperature range of $150^{\circ}C$$250^{\circ}C$ under 4 MPa $H_2O$ vapor pressure in an autoclave. The (Y, Nb)-TZP/Al2O3 composites showed excellent phase stability under the hydrothermal conditions, as compared with the 3Y-TZP/$Al_2O_3$ composites, due to the combined effects of the Y-Nb ordering in the $t-ZrO_2$ lattice, the reduction of oxygen vacancy concentration, and the $Al_2O_3$ addition. The strength and fracture toughness of the (Y, Nb)-TZP/$Al_2O_3$ composite, containing 20 vol% of 2.8 $Al_2O_3$ particles, were 700 MPa and 8.1 MP.$am^{1/2}$, respectively.
It is very important that a spectrum of reflectance is in accord wi th a spectrum of absorbance for a effective heating. Therefore. the objective of this study was to achieve a technical composite for material plan which PTC thermistor increase a radiation property of far-infrared and keep a characteristic of R-T The Ceramic speciman studies had the composition $BaTiO_3$ with additive of 1.67 $Al_2O_3$, 3.75 $SiO_2$, 1.25 $TiO_2$, 0.15 $Sb_2O_3$ and 0.00-0.182 $MnO_2$. $MnO_2$ amounts of additives was both increase on the anomalous resistivity-temperature characteristics and high efficiency on the radiation properties bodies of far-infrared. This result shows that specimens produced high emissivity(average 0.8) of far-infrared at 4.5-15$[{\mu}m]$ by measuring a characteristic of IR and R-T.
The laser Powder Bed Fusion (PBF) system is currently recognized as a leading process. Due to the various materials employed such as thermoplastic, metal and ceramic composite powder, the application's use extends to machinery, automobiles, and medical devices. The PBF system's surface quality of prototypes and processing time are significantly affected by several parameters such as laser power, laser beam size, heat temperature and laminate thickness. In order to develop a more elaborate and rapid system, this study developed a new PBF system and sintering process. It contains a 3-axis dynamic focusing scanner system that maintains a uniform laser beam size throughout the system unlike the $f{\theta}$ lens. In this study, experiments were performed to evaluate the effects of various laser scanning parameters and fabricating parameters on the fusion process, in addition to fabricating various 3D objects using a PA-12 starting material.
This paper deals with free vibration analysis of continuous grading fiber reinforced (CGFR) and bi-directional FG annular sector plates on two-parameter elastic foundations under various boundary conditions, based on the three-dimensional theory of elasticity. The plates with simply supported radial edges and arbitrary boundary conditions on their circular edges are considered. A semi-analytical approach composed of differential quadrature method (DQM) and series solution is adopted to solve the equations of motion. Some new results for the natural frequencies of the plate are prepared, which include the effects of elastic coefficients of foundation, boundary conditions, material and geometrical parameters. Results indicate that the non-dimensional natural frequency parameter of a functionally graded fiber volume fraction is larger than that of a discrete laminated and close to that of a 2-layer. It results that the CGFR plate attains natural frequency higher than those of traditional discretely laminated composite ones and this can be a benefit when higher stiffness of the plate is the goal and that is due to the reduction in spatial mismatch of material properties. Moreover, it is shown that a graded ceramic volume fraction in two directions has a higher capability to reduce the natural frequency than conventional one-dimensional functionally graded material. The multidirectional graded material can likely be designed according to the actual requirement and it is a potential alternative to the unidirectional functionally graded material. The new results can be used as benchmark solutions for future researches.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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