Ultrasound has been widely used in various industrial fields. One of challenging application areas is cooling microelectronics. Ultrasonic cooling systems can work with air, argon (Ar) and nitrogen (N2) instead of conventional refrigerant such as freon gas, which can cause global warming. Furthermore, ultrasonic systems do not have moving parts, thus high durability can be obtained. So it is necessary to develop ultrasonic cooling systems due to environmental issues and durability points. In this paper, the design and fabrication processes are explained. When designing the system, a feasibility test was performed with a prototype cooler. Based on the result, finite element analysis with ANSYS software was performed. The predicted anti-resonance frequency for a piezoelectric actuator was 34.8 kHz, which was in good agreement with the experimental result of 34.6 kHz with 0.6% error. In addition, the predicted anti-resonance frequency for the ultrasonic waveguide was 39.4 kHz, which also agreed well with the experimental value of 39.8 kHz with 1.0% error. Based on these results, the developed ultrasonic waveguide might be applicable in microchip cooling.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.21
no.6
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pp.253-258
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2011
Electro-mechanical coupling performance ($k_t$) of a 1-3 type Piezo-composite was analyzed numerically using FEM. The calculated physical properties of the PZT ceramics were compared with the experimental data and the accuracy of the numerical method was verified. Also the $k_t$ of the composite was analyzed with the vol% and the material properties of the constitutional parts, and the aspect ratio of the PZT rod. As the simulated results, the $k_t$ increased rapidly when the vol% of the PZT ceramics increased up to 30 vol% and saturated the constant value in the above region. And the composite using the soft matrix polymer than the hard one have the superior $k_t$ characteristics. The $k_t$ was greatly influenced by the aspect ratio of the PZT rod up to 30 vol% of PZT ceramics. To improve the $k_t$ characteristics, it is useful that the composite consist of the relatively flexible polymers and the PZT material having the excellent piezoelectric characteristics.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.13
no.2
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pp.138-144
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2020
Currently, an autonomous vehicle studies are working to develop a four-level autonomous vehicle that can cope with emergencies. In order to flexibly respond to an emergency, the autonomous vehicle must move in a direction to minimize the damage, which must be conducted by judging all the states of the road, such as the surrounding pedestrians, road conditions, and surrounding vehicle conditions. Therefore, in this paper, we suggest a passenger detection and sharing system to detect the passenger situation inside the autonomous vehicle and share it with V2V to the surrounding vehicles to assist in the operation of the autonomous vehicle. Passenger detection and sharing system improve the weighting method that recognizes passengers in the current vehicle to identify the passenger's position accurately inside the vehicle, and shares the passenger's position of each vehicle with other vehicles around it in case of emergency. So, it can help determine the driving of a vehicle. As a result of the experiment, the body pressure sensor applied to the passenger recognition sub-module showed about 8% higher accuracy than the conventional resonant sensor and about 17% higher than the piezoelectric sensor.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.14
no.4
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pp.237-243
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1995
We have studied methods of detecting attenuation of solid materials such as silicon wafer and piezoelectric $LiTaO_3$ by means of optical probing techniques. We have performed measurements of surface acoustic waves(SAW) generated from 90 degree wedge type transducer and also from inter-digital transducers(IDT). SAW of 20.0 MHz was generated on a silicon wafer from the 90 degree wedge type transducer and those of 20.8 and 14.5 MHz are generated on a $LiTaO_3$ from the IDT. Then any surface-corrugation resulted from the above SAW was investigated by He-Ne laser beams. We projected laser beams, which were modulated by an optical chopper, on the SAW of the same frequency and then measured the scattered beam by the lock-in amplifier. We modulated and synchronized both SAW and the incident laser beam as well as the phase sensitive detector(PSD) to the same frequency in order to simplify our measurement system. We obtained the attenuation coefficients of SAW to be $0.62{\sim}0.75dB/mm$(from IDT1, 20.8 MHz), and $0.60{\sim}0.72dB/mm$(from IDT2, 14.5 MHz), $0.83{\sim}1.28dB/mm$(from the wedge type), respectively.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.1
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pp.166-173
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2014
A noncontact nondestructive testing (NDT) method is proposed to detect the damage of pipeline structures and to identify the location of the damage. To achieve this goal, a scanning laser source actuation technique is utilized to generate a guided wave and scans a specific area to find damage location more precisely. The ND: YAG pulsed laser is used to generate Lamb wave and a piezoelectric sensor is installed to measure the structural responses. The measured responses are analyzed using three dimensional Fourier transformation (3DFT). The damage-sensitive features are extracted by wavenumber filtering based on the 3D FT. Then, flaw imaging techniques of a pipeline structures is conducted using the damage-sensitive features. Finally, the pipes with notches are investigated to verify the effectiveness and the robustness of the proposed NDT approach.
Han, Dae-Hyun;Kang, Lae-Hyong;Thayer, Jordan;Farrar, Charles
Composites Research
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v.28
no.4
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pp.155-161
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2015
A composite structure was fabricated with embedded impact detection capabilities for applications in Structural Health Monitoring (SHM). By embedding sensor functionality in the composite, the structure can successfully perform impact localization in real time. Smart resin, composed of $Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-Pb(Zr,\;Ti)O_2$ (PNN-PZT) powder and epoxy resin with 1:30 wt%, was used instead of conventional epoxy resin in order to activate the sensor function in the composite structure. The embedded impact sensor in the composite was fabricated using Hand Lay-up and Vacuum Assisted Resin Transfer Molding(VARTM) methods to inject the smart resin into the glass-fiber fabric. The electrodes were fabricated using silver paste on both the upper and bottom sides of the specimen, then poling treatment was conducted to activate the sensor function using a high voltage amplifier at 4 kV/mm for 30 min at room temperature. The composite's piezoelectric sensitivity was measured to be 35.13 mV/N by comparing the impact force signals from an impact hammer with the corresponding output voltage from the sensor. Because impact sensor functionality was successfully embedded in the composite structure, various applications of this technique in the SHM industry are anticipated. In particular, impact localization on large-scale composite structures with complex geometries is feasible using this composite embedded impact sensor.
A new type SO$_2$ gas sensor with a particular inorganic thin film on SAW devices was developed. The sensor consisted of twin SAW oscillators of the center frequency of 54 MHz fabricated on the LiTaO$_3$ piezoelectric single crystal. One delay line of the sensor was coated with a CdS thin film that selectively adsorbed and desorbed SO$_2$, while the other was uncoated for use as a stable reference. Deposition of the CdS thin film was carried out by the spray pyrolysis method using an ultrasonic nozzle. The sensor could measure the concentration in air less than 0.25 parts per million of SO$_2$. Stability of the sensor turned out to be as good as less than 20ppm, recovery time after each measurement was as short as 5 minutes. Repeatability of the measurement was confirmed through so many reiterated experiments. Hence, the SAW sensor developed through this work showed promising performance as a microsensing tool of SO$_2$. Further work required to improve the performance of the sensor includes enhancement of the reactivity of the CdS thin film with SO$_2$ through appropriate dopant addition, an increase of the center frequency of the SAW device.
Kim, Ji-Taek;Choi, Wan-Hae;Jo, Jae-Heung;Chang, Soo;Kim, Dal-Hyun;Koo, Ja-Yong;Chung, Seung-Tae
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.10
no.3
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pp.195-200
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1999
We made sharp optical fiber tips with less than 100 nm diameter by using the heating and pulling method with a good repetition and fabricated the photon scanning tunneling microscope (PSTM) using constant intensity mode. The 3-dimensional PZT (Piezoelctric transducer) scanner made of a long PZT tube is consisted of three divided parts, that is, a pair of $\pm$ x and a pair of $\pm$y scanning parts and a z scanning part for the fine approach and scanning. The scanning dimension is 1.43 $\mu\textrm{m}$$\times$1.76 $\mu\textrm{m}$. The height of a optical tip to maintain a constant height within $1/{\lambda}_0$ (${\lambda}_0$ is the incident wavelength) from surface of a specimen to a optical tip is controlled automatically by using the electric feedback circuit. The 3-dimensional shape of standing evanescent waves generated on the surface of a dove prism was measured successfully by using the constant intensity mode PSTM.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.29
no.6
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pp.342-347
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2016
We investigated the effect of $Bi_{1/2}(Na_{0.82}K_{0.18})_{1/2}TiO_3$ (BNKT) modification on the ferroelectric and electric-field-induced strain (EFIS) properties of lead-free $0.97Bi_{1/2}(Na_{0.82}K_{0.18})_{1/2}TiO_3-0.03LaFeO_3$ (BNKTLF) ceramics as a function of BNKT content (x= 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, and 1). BNKT-modified BNKTLF powders were synthesized using a conventional solid-state reaction method. As the BNKT content x increased from 0 to 1 the normalized electric-field-induced strain ($S_{max}/E_{max}$) was observed to increase at relatively low fields, i.e., below the poling field. Moreover, BNKTLF-30BNKT showed about 460 pm/V as low as at 3 kV/mm, which is a considerably high value among the lead-free systems reported so far. Consequently, it was confirmed that ceramic-ceramic composite, a mixture of an ergodic relaxor matrix and embedded ferroelectric seeds, is a salient way to make lead-free piezoelectrics practical with enhanced EFIS at low field as well as less hysterical.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.11a
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pp.346-346
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2007
압전세라믹 재료는 현재 압전 변압기, actuator, transducer, sensor, speaker 등에 광범위하게 이용이 되고 있다. 이 중에서 압전세라믹 소결체를 이용한 스피커의 제조는 가공이 까다롭고, 대형의 크기로 제작 시 소자가 깨지는 등의 많은 제약을 받고 있으며, 저음 특성이 떨어져 응용 범위가 한정되어 있다. 따라서 최근에는 이러한 단점을 극복하기 위하여 세라믹/고분자 복합체를 이용한 필름 스피커를 제작하고자 시도하고 있다. 이러한 세라믹/고분자 0-3형 압전 복합체를 이용할 경우, 제품의 경량화를 실현할 수 있고, 크기나 환경의 영향을 거의 받지 않으므로, 고기능성 스피커로의 응용에 적합할 것으로 보인다. 따라서 본 연구에서는 PZT계의 세라믹와 PVDF, PVDF-TrFE, Polyester, acrylic resin 등의 여러 고분자 물질과의 복합체를 제조하여 압전특성을 평가하였다. 본 실험은 먼저 $(Pb_{1-a-b}Ba_aCd_b)(Zr_xTi_{1-x})_{1-c-d}(Ni_{1/3}Nb_{2/3})_c(Zn_{1/3}Nb_{2/3})_dO_3$ (이하 PZT라 표기)의 최적화 조성을 선택하여, $1050^{\circ}C$에서 소결된 분말을 48시간 ball milling방법 로 약 $1{\mu}m$ 크기로 분쇄하였다. 고분자 물질들은 알맞은 용제들을 선택하여 녹였다. 그 다음 소결된 PZT분말과 고분자를 50:50, 60:40, 65:35, 70:30등의 무게 분율로 혼합하고, 분산제, 소포제 등을 첨가하여 3단 roll mill을 이용하여 충분히 분산시켜 페이스트 (Paste)를 제조하였다. 제조된 페이스트를 ITO가 코팅된 PET필름 위에 스크린 프린팅 법을 사용하여 인쇄하여 $120^{\circ}C$에서 5분간 건조하였다. 코팅된 복합체의 두께는 약 $80{\mu}m$ 정도로 측정되었다. Ag 페이스트를 이용한 상부 전극 형성에도 스크린 프린팅 법을 적용하였다. 이를 $120^{\circ}C$에서 4 kV/mm의 DC 전계로 분극 공정을 수행한 후 전기적 특성을 평가하였다. 유전특성을 조사하기 위해서 LCR meter (EDC-1620)를 사용하였고, 시편의 결정구조는 XRD (Rigaku; D/MAX-2500H)을 통해 분석하였으며, 전자현미경(SEM)을 이용하여 미세구조를 분석하였다. 압전 전하상수$(d_{33})$ 값은 APC 8000 모델을 이용하여 측정하였다. PZT의 혼합비가 증가할수록 비유전율 및 압전 전하 상수 등의 전기적 특성이 증가되었다. 또 여러 고분자 물질 중에서 PVDF-TrFE 수지가 가장 우수한 특성을 보였다. 이는 PVDF-TrFE 수지가 압전성을 나타내기 때문인 것으로 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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