The Rayleigh wave propagation is considered in the structure of the functionally graded piezoelectric material (FGPM) layer over the elastic substrate. The elastic substrate loosely bonds the layer through a corrugated interface, whereas its upper boundary is also corrugated but stress-free. Additionally, the solutions for the FGPM layer and substrate are derived using the fundamental variable separable approach to convert the partial differential equation to an ordinary differential equation. The results with boundary conditions lead to dispersion relations for the electrically open and electrically short cases in the determinant form. The outcomes have been numerically analyzed using a specific model. The findings were presented in the form of graphs, which were created using Mathematica 7. Graphs are plotted for variations in wavenumber and phase velocity. The outcomes may help measure interface defects and design Surface Acoustic Wave (SAW) devices.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.622-622
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2013
Piezoelectric energy harvesting (PEH) device refers to a power device for acquiring mechanical energy from the environment surrounding us which would otherwise be wasted and for converting it into usable electrical energy. While much work has been done on developing ZnO nanogenerator (NG) with nanowire arrays, there are some issues of not only scaling up its output power but also optimizing structure for operating feasibly in various conditions. Efficiency of NG is highly dependent on fixed orientation. But in many cases, it is not easy to predict where the pressure and vibration may come from. Furthermore, the direction of the applied mechanical stress is usually non-stationary and can be random in various practical applications. Therefore an omnidirectional PEH is needed.In this work, we investigate an omnidirectional PEH device consisting ZnO nanowires. We deposited spiral patterned ZnO seed layer on Kapton film. We deposited thin Cr layer on the ZnO seed layer using DC-sputter to form a passivation layer to retard un-expected growth of ZnO nanowires. We grew ZnO nanowires along the spiral arms using hydrothermal method. ZnO nanowires have been selectively grown from the ZnO sidewall without Cr layer and have the average length of$5{\mu}m$ and the average diameter of 40nm. We reduced the defect in the as-grown ZnO nanowires by O2 plasma using asher and by thermal treatment using RTA. Consequently, each nanowire has different directions to each other. This isotropic design can lead to the omnidirectional power generation. The morphology of NG is characterized with FESEM. Maximum output power of the device is measured by using a picoammeter and a nanovoltmeter.
Transducers for implantable hearing aids need to be small and to have good performance in frequency responses and vibration properties. From this viewpoint, we Proposed a multi-layer actuator with the piezoelectric single crystal, PMN-PT. for the implantable hearing aid. and verified its adequacy through finite element analyses and experiments. PMN-PT multi-layer actuator samples were fabricated by stacking fourteen layers of the PMN-PT crystal. Each layer were $0.2{\cal}mm$ thick and the actuator sample was $2.8{\cal}mm$ thick in total. We evaluated the performance of the PMN-PT actuator through impedance analyses and vibration displacement measurements, and compared the result with that of a PZT actuator. Results of all the process confirmed the feasibility of the PMN-PT actuator as a good transducer for an implantable hearing aid.
Recently, piezoelectric transformer is applied to wide fields. Multi layer piezoelectric transformer has the advantage of high step up ratio, electromechanical coupling coefficient(Kp) and mechanical quality factor(Qm), but is indicated of peeling-phenomenon of electrode, rising sintering temperature made price of costly electrode. So in this study, it discuss on method for fabrication of rosen type piezoelectric transformers. For the fabrication as rosen type piezoelectric transformers, synthesized the powder using 0.01Pb$(ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ - 0.08Pb$(Mn_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ - 0.91Pb$(Zr_{0506}Ti_{0496})O_3$ (abbreviated as PNN-PMN-PZT) ceramics. The density, microstructure, dielectric and piezoelectric properties as a function of sintering temperature were investigated. The results indicated that the optimized properties of ceramics were obtained at sintering temperature of 1200$^{\circ}C$, showed the value of $d_{33}$=273pC/N, $K_p$=0.60 $Q_m$=1585, ${\varepsilon}_r$=1454, density=7.917$g/cm^3$ and $tan{\delta}$=0.0064.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.126-129
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2001
LIPCA (LIghtweight Piezo-composite Curved Actuator) is an actuator device which is lighter than other conventional piezoelectric ceramic type actuator. LIPCA is composed of a piezoelectric ceramic layer and fiber reinforced light composite layers, typically a PZT ceramic layer is sandwiched by a top fiber layer with low CTE (coefficient of thermal expansion) and base layers with high CTE. LIPCA has curved shape like a typical THUNDER (thin-layer composite unimorph feroelectric driver and sensor), but it is lighter an than THUNDER. Since the curved shape of LIPCA is from the thermal deformation during the manufacturing process of unsymmetrically laminated lay-up structure, an analysis for the thermal deformation and residual stresses induced during the manufacturing process is very important for an optimal design to increase the performance of LIPCA. To investigate the thermal deformation behavior and the induced residual stresses of LIPCA at room temperature, the curvatures of LIPCA were measured and compared with those predicted from the analysis using the classical lamination theory. A methodology is being studied to find an optimal stacking sequence and geometry of LIPCA to have larger specific actuating displacement and higher force. The residual stresses induced during the cooling process of the piezo-composite actuators have been calculated. A lay-up geometry for the PZT ceramic layer to have compression stress in the geometrical principal direction has been designed.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.3
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pp.193-200
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2004
The Active Constrained Layer Damping(ACLD) combines the simplicity and reliability of passive damping with the low weight and high efficiency of active control to attain high damping characteristics. The proposed ACLD treatment consists of a viscoelastic damping which is sandwiched between an active piezoelectric layer and a host structure. In this manner, the smart ACLD consists of a Passive Constrained Layer Damping(PCLD) which is augmented with an active control in response to the structural vibrations. The arc type shell model is introduced to describe the interactions between the vibrating host structure, piezoelectric actuator and viscoelastic damping. The system is modeled by applying ARMAX model and changing a state-space form through the system identification method. An optimum control law for the piezo actuator is obtain by LQR(Linear Quadratic Regulator) method. The performance of the ACLD system is determined and compared with PCLD in order to demonstrate the effectiveness of the ACLD treatment. Also, the actuation capability of a piezo actuator is examined experimentally by varying thickness of viscoelastic material(VEM).
This paper deals with the effect of ply orientation and control gain on tip transverse displacement of functionally graded beam layer for both active constrained layer damping (ACLD) and passive constrained layer damping (PCLD) system. The functionally graded beam is taken as host beam with a bonded viscoelastic layer in ACLD beam system. Piezoelectric fiber reinforced composite (PFRC) laminate is a constraining layer which acts as actuator through the velocity feedback control system. A finite element model has been developed to study actuation of the smart beam system. Fractional order derivative constitutive model is used for the viscoelastic constitutive equation. The control voltage required for ACLD treatment for various symmetric ply stacking sequences is highest in case of longitudinal orientation of fibers of PFRC laminate over other ply stacking sequences. Performance of symmetric and anti-symmetric ply laminates on damping characteristics has been investigated for smart beam system using time and frequency response plots. Symmetric and anti-symmetric ply laminates significantly reduce the amplitude of the vibration over the longitudinal orientation of fibers of PFRC laminate. The analysis reveals that the PFRC laminate can be used effectively for developing very light weight smart structures.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.15
no.6
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pp.499-503
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2002
In this study, to develop the high power piezoelectric transformer for adaptor, PSN-PNN-PZT system ceramics were formulated as a function of $MnO_2$ addition and its dielectric and piezoelectric characteristics were investigated. Multi-layer piezoelectric transformer using an excellent composition was also fabricated and its electrical properties evaluated. The composition ceramics added to 0.5wt%$MnO_2$ showed the maximum value of $k_p=0.61$ and $Q_m=1.321$. As the output power of piezoelectric transformer is increased, its temperature rise increased. At the fixed 18W output power, the transformer was stably operated.
Yousef A. Alessi;Ibrahim Ali;Mashhour A. Alazwari;Khalid Almitani;Alaa A Abdelrahman;Mohamed A. Eltaher
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.2
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pp.179-202
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2023
This article presents a numerical analysis to investigate the natural frequencies and harmonic response of a perforated cantilever beam attached to two layers of piezoelectric materials by using the finite element method for the first time. The bimorph piezoelectric is composed of 3 layers; two of them at the outer are piezoelectric, and the inner isotropic material. A higher order 3-D 20-node solid element that exhibits quadratic displacement behavior is exploited to discretize the isotropic layer, and coupled piezoelectric 3D element with twenty nodes is used to mesh the top and bottom layers. CIRCU94 element is added to act as a resistor part of the model. The proposed model is validated with previous works. The numerical parametric studies are presented to illustrate the effects of perforation geometry, the number of rows, the resistance on the natural frequencies, frequency response, and power. It is found that the thickness has a positive relationship with the natural frequency. Perforations help in producing higher voltage, and the best shape is rectangular perforations, and to produce higher voltage, two rows of rectangular perforations should be applied.
Recently, piezoelectric transformer is applied to wide fields. Multi layer piezoelectric transformer has the advantage of high step up ratio, high electromechanical coupling coefficient(Kp) and high mechanical quality factor(Qm), however it shows the peeling-phenomenon of electrode, and high price due to high sintering temperature. Therefore this study focus on the method for fabrication of high power rosen type piezoelectric transformers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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