Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.640-643
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2006
In this paper, electro-mechanical coupling of cellulose-based Electro-Active Paper (EAPap) actuator is investigated by measuring induced strain and mechanical properties with and without electric excitation. The maximum induced in-plane strain is measured at the orientation angle of 45? samples. The elastic modulus and strength of EAPap are increased with electric excitation and the orientation angle of $45^{\circ}$ samples shows the largest increment of mechanical properties. From the observations, shear piezoelectricity is considered as the major piezoelectric mode of EAPap.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.943-946
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2007
In-plane piezoelectric charge constant of Electro-Active paper (EAPap) was investigated based on direct and converse piezoelectric effects. EAPap samples were made with cellulose film with very thin gold electrode coated on both sides of the film. To characterize direct piezoelectricity of EAPap, induced charge was measured when mechanical stress was applied to EAPap. In-plane piezoelectric charge constant was extracted from the relation between induced charge and applied in-plane normal stress. To investigate converse piezoelectricity, induced in-plane strain was measured when electric field was applied to EAPap. Piezoelectric charge constant was also extracted from the relation of induced in-plane strain and applied electric field. Piezoelectric charge constants obtained from direct and converse piezoelectricity are 31 pC/N and 178 x 10-12m/V for 45 degree sample, respectively. Measured piezoelectric charge constants of EAPap provide promising potential as a piezoelectric material.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.9
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pp.915-921
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2009
Cellulose based electro-active paper(EAPap) is considered as a new smart material which has a potential to be used for biomimetic actuators and sensors. Beside of the natural abundance, cellulose EAPap is fascinating with its biodegradability, lightweight, high mechanical strength and low actuation voltage. When the external stress is applied to EAPap, it can generate the electrical output due to its piezoelectric property. Using piezoelectric behavior of EAPap, we studied the feasibility of EAPap as mechanical strain sensor applications and compared to commercial strain sensor. By measuring the induced output voltage from the thin piezoelectric cellulose EAPap under static and dynamic force, we propose cellulose EAPap film as a potential strain sensor material.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.934-937
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2007
This study focused on investigating the effect of aligned cellulose fibers to the performance of EAPap actuator. The performance of EAPap is dependant on the material direction of cellulose film. Electrospinning was used to improve material directionality of EAPap. DMAc cellulose solution which cotton pulp was resolved in DMAc solvent was used for electrospinning cellulose film. To increase directionality of nano fibers, the Electrospun film was stretched by 10 % strain during drying process. Induced in-plane strain of Electrospun EAPap was proportional to the applied voltage and larger than that of spincast EAPap. It is concluded that the performance of EAPap was improved by aligning cellulose fibers.
To improve the electro-induced strain and to decease the hysteresis of that W $O_3$dopant of which amount is 0~0.8wt% was added to (P $b_{0.73}$/B $a_{0.27}$)(Z $r_{0.75}$/ $Ti_{0.25}$) $O_3$+0.1wt% $Y_{2}$/ $O_3$ceramics. At the specimen with 0.4 wt% W $O_3$the electromechanical coupling coefficient( $K_{31}$ ) showed the maximum value of 23.6% at D.C 10 kV/cm electric field. At the same W $O_3$addition amount the piezoelectric constant( $d_{31}$ ) and the electro-induced strain($\Delta$$\ell$/$\ell$)showed the highest values of 182$\times$10$^{-12}$ [C/N] 210$\times$10$^{-6}$$\Delta$$\ell$/$\ell$at D.C. 10 kV/cm electric field. respectively0 kV/cm electric field. respectivelyvely.
The understanding of the strain dependence of critical current, $I_c$, in the reversible region is important for the evaluation of the performance of coated conductor (CC) tapes in practical applications. In this study, the stress/strain tolerance of $I_c$ in GdBCO CC tapes with stainless steel substrate stabilized by additional Cu and brass laminate was analyzed quantitatively through $I_c$-strain measurement at 77 K under self-field. The variation in irreversible strain limits of CC tapes by the addition of stabilizing layers was analyzed through the consideration of the pre-strain induced on the GdBCO coating film. The results were then compared with the ones previously reported for GdBCO CC tapes with Hastelloy substrate. As a result, GdBCO CC tapes with stainless steel substrate showed much higher strain tolerance of $I_c$ as compared with those adopting Hastelloy substrate.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.2
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pp.141-147
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2024
The measurement of strain under an electric field has been widely employed to comprehend the fundamental principles of electro-mechanical responses in ferroelectric, piezoelectric, and electrostrictive materials. In particular, understanding the strain properties of piezoelectric materials in response to electrical stimulation is crucial for researching and developing components such as piezoelectric actuators, acoustic devices, and ultrasonic generators. This tutorial paper introduces the components and operational principles of the linear variable differential transducer (LVDT), a widely used displacement measurement device in various industries. Additionally, we present the configuration of an experimental setup using LVDT to measure the strain characteristics of ferroelectric, piezoelectric, or electrostrictive materials under the application of an electric field. This paper includes simple measurement results and analyses obtained through the LVDT experimental setup, providing valuable information on research methods for the electro-mechanical interactions of various materials.
New insights are presented in simplified modeling and analysis of free vibrations of piezoelectric - based smart structures and systems. These consist, first, in extending the wide used piezoelectric-thermal analogy (TA) simplified modeling approach in currently static actuation to piezoelectric free-vibrations under short-circuit (SC) and approximate open-circuit (OC) electric conditions; second, the popular piezoelectric strain induced - potential (IP) simplified modeling concept is revisited. It is shown that the IP resulting frequencies are insensitive to the electric SC/OC conditions; in particular, SC frequencies are found to be the same as those resulting from the newly proposed OC TA. Two-dimensional plane strain (PStrain) and plane stress (PStress) free-vibrations problems are then analyzed for above used SC and approximate OC electric conditions. It is shown theoretically and validated numerically that, for both SC and OC electric conditions, PStress frequencies are lower than PStrain ones, and that 3D frequencies are bounded from below by the former and from above by the latter. The same holds for the modal electro-mechanical coupling coefficient that is retained as a comparator of presented models and analyses.
Recently great efforts and investment have been made in order to develop a structural health monitoring technology using fiber optic sensors. Therefore, in this study, we have focused on the development of a fiber optic BOTDA (Brillouin Optical Time Domain Analysis) sensor system in order to measure strains distributed on large structures by an optical fiber. The fiber optic BOTDA sensor was constructed simply, with only two electro-optic modulators. The results of strain measurement tests of an optical fiber showed that the strain can be determined accurately from the Brillouin frequency shift measurement on the strain induced range of 10 m in the total fiber length of 4.8 kIn using 200 averaged signals. Also, the strain sensitivity of Samsung single mode fiber was 4.81 MHz/O.Ol % under the test. test.
It this paper, the piezoelectric and electro-induced strain properties of (P $b_{1-}$2x/3/B $i_{x}$ )[N $i_{1}$3/N $b_{2}$3/)$_{0.4}$( $Ti_{0.6}$Z $r_{0.4}$)$_{0.6}$] $O_3$ceramics (x=0, 0.005, 0.02) were investigated with the substitution of B $i^{3+}$, and the feasibility of the application for bimorph actuator was evaluated by measuring the dynamic properties of the piezoelectric bimorph fabricated with above ceramics. Dielectric constant was enhanced with the increase of B $i^{3+}$ substitution, and appeared the maximum value of 5032 at x=0.01 composition. Increasing the substitution of B $i^{3+}$, the electromechanical coefficient( $k_{p}$ , $k_{31}$ ) was increased up to the substitution of 0.5 mol% B $i^{3+}$, showed the value of 0.656, 0.439, respectively. The piezoelectric constant( $d_{33}$$d_{31}$ ) had the highest value of 344, 825 with the substitution of 0.5 mol% B $i^{3+}$. The strain, generated by 60 Hz AC electric field, had the largest value of 1200($\times$10$^{-6}$$\Delta$1/1) in the composition with the substitution of 0.5 mol% B $i^{3+}$. The dynamic properties of the bimorph actuator, fabricated with the composition substitution of 0.5 mol% B $i^{3+}$, showed the largest value of 325 $\mu$m at $\pm$150 V square pulse. square pulse.are pulse..
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[게시일 2004년 10월 1일]
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