Polymer actuators, which are also called as smart materials, change their shapes when electrical, chemical, thermal, or magnetic energy is applied to them and are useful in wide variety of applications such as microelectromechanical systems (MEMS), machine components, and artificial muscles. For this study, Polyaniline/carbon-nanotube polymer actuator that is one of electroactive polymer actuators was prepared. Since the nonlinear phenomena of hysteresis and a step response are essential considerations for practical use of polymer actuators, we have investigated the movement of the Polyaniline/carbon-nanotube polymer actuator and have developed an integrated model that can be used for simulating and predicting the hysteresis and a step response during actuation. The Preisach hysteresis model, one of the most popular phenomenological models of hysteresis, were used for describing the hysteretic behavior of Polyaniline/carbon-nanotube polymer actuator while the ARX method, one of system identification techniques, were used for modeling a step response. In this paper, we first expain details in preparation of the Polyaniline/carbon-nanotube polymer then present the mathematical description of our model, the extraction of the parameters, simulation results from the model, and finally a comparison with measured data.
Temesgen Tadeyos Zate;Nu-Ri Ko;Hye-Lim Yu;Woo-Jin Choi;Jeong-Woo Sun;Jae-Ho Jeon;Wook Jo
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.36
no.3
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pp.214-225
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2023
Piezoelectric actuators, which utilize piezoelectric crystals or ceramics, are commonly used in precision positioning applications, offering high-speed response and precise control. However, the use of low-performance ceramics and expensive single crystals is limiting their versatile use in the actuator market, necessitating the development of both high-performance and cost-effective piezoelectric materials capable of delivering higher forces and displacements. The use of textured Pb (lead)-based piezoelectric ceramics formed by so-called templated grain growth method has been identified as a promising strategy to address the performance and cost issue. This review article provides insights into recent advances in texturing Pb-based piezoelectric ceramics for improved performance in actuation applications. We discussed the relevant issues in detail focusing on current challenges and emerging trends in the textured piezoelectric ceramics for their reliability and performance in actuator applications. We discussed in detail focusing on current challenges and emerging trends of textured piezoelectric ceramics for their reliability and performance in actuator applications. In conclusion, the article provides an outlook on the future direction of textured piezoelectric ceramics in actuator applications, highlighting the potential for further success in this field.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2002.05a
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pp.197-201
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2002
This paper presents optimized design, fabrication and thermal characteristics of micro-heaters for thermal MEMS (micro electro mechanical system) applications using SOI and trench structures. The micro-heaters are based on a thermal measurement principle and contains thermal isolation regions of 10 ${\mu}m$-thick Si membranes consisting of oxide-filled trenches in the SOI membrane rim. The micro-heaters were fabricated with Pt-RTD on the same substrate via MgO buff layer between Pt thin-film and $SiO_2$ layer. The thermal characteristics of micro-heater with trench-free SOI membrane structure was $280^{\circ}C$ at input power 0.9 W; in the presence of 10 trenches, it was $580^{\circ}C$ due to reduction of the external thermal loss. Therefore, a micro-heater with trenches in SOI membrane rim structure provides a powerful and versatile alternative technology for enhancing the performance of micro-thermal sensors and actuators.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.11
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pp.2913-2921
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1994
In SMA(shape memory alloy), the degradation by fatigue is one of the most important problems to be overcome, when SMA is used for robot-actuator material. The actuator is operated repeatitively for long time and its repeating operation develops the fatigue degradation of SMA. The fatigue degradation changes the transformation temperature and deformation behavior and results in inaccurate operation control of robot. Accordingly, the changing behavior of transformation temperature and deformation which results from repeating operation is to be investigated in advance and the scheme to resolve those problems have to be made for the design of actuator. In this study, the fatigue tests were carried out on SMA specimens prepared to have different condition of aging time and pre-strain with the direct-current heating-cooling method, which was a general method of operation in robot actuators. The behavior of transformation temperature and deformation were examined and analyzed in each specimen and the study was performed to establish the optimistic manufacturing condition of SMA against the fatigue degradation.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.10
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pp.34-39
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2003
Morphing wing sections actuated by piezoceramic actuator LIPCA have been designed and their actuation displacements estimated by using the therml analogy and MSC/NASTRAN based on the linear elasticity. The wing sections are fabricated as the design and tested for evaluation. Measured actuation displacements were larger than the estimated values mainly due to the material non-linearity of the PIT wafer. The morphing wing sections can be used for control surfaces of small scale UAVs or MAVs.
Kim, Dong Woohn;Song, Jonghyeong;An, Seungdo;Woo, Kisuk
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2013.04a
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pp.454-459
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2013
For the purpose of rapid development and superior design quality assurance, sophisticated finite element model for SOM(Spatial Optical Modulator) piezo actuator of MOEMS device has been developed and evaluated for the accuracy of dynamics and residual stress analysis. Parametric finite element model is constructed using ANSYS APDL language to increase the design and analysis performance. Geometric dimensions, mechanical material properties for each thin film layer are input parameters of FE model and residual stresses in all thin film layers are simulated by thermal expansion method with psedu process temperature. $6^{th}$ mask design samples are manufactured and $1^{st}$ natural frequency and 10V PZT driving displacement are measured with LDV. The results of experiment are compared with those of the simulation and validate the good agreement in $1^{st}$ natural frequency within 5% error. But large error over 30% occurred in 10V PZT driving displacement because of insufficient PZT constant $d_{31}$ measurement technology.
The study figured out the operational conditions of a two-way movement actuator made of one-way shape memory alloy (OWSMA) for versatile ventilation intelligent garments. To develop a low-power actuator that consumes energy only when a garment changes its form such as opening and closing, multiple channels of OWSMA were used, and optimum diameter of the wires was examined. For the switch device, optimum voltage application unit time was determined. Optimum diameter of OWSMA wire was determined by applying 3.7V to the pre-determined candidate diameters, which demonstrated two-way operation in previous studies. In order to evaluate the optimum voltage application time, the internal diameter of the actuator was measured while increasing and decreasing by 50 ms from the unit time of voltage application. Delay time under two-way operation of the actuator was measured to minimize interference caused by heat between channels. Power of 3.7V was applied to OWSMA for assessment of optimal time, and the whole process from heating to cooling was video-recorded with a thermal image camera to determine the point of time at which the temperature of OWSMA wire dropped below the phase transformation temperature. The results showed that $0.4{\Phi}$ was the most suitable diameter, and the optimum unit time of voltage applied to open and close the actuator was 4100ms. It was also shown that the delay time should be more than 1.8 seconds between two-way operations of the actuator.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.20
no.5
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pp.419-424
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2017
The purpose of this study is to develop a virtual testbed capable of predicting the functional performance of a linear electromagnetic actuator for a high voltage relay in order to reduce its development costs and time. The virtual testbed is defined by a multiphysics coupling approach in order to consider the complex interactions of multi-domains such as the solenoid model of electromagnets, the mass-spring-damper model of mechanical systems, the electric circuit model for an external control unit, and the thermal model for predicting temperature variations. The performances of the existing high voltage relay were estimated by the virtual testbed, and then the effectiveness and validation of the proposed testbed were discussed in comparison with the experimental test results. This study showed that the virtual testbed can be applied in design, optimization, and investigation of high voltage relays.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.6
s.249
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pp.622-630
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2006
This paper is about the magnetic suspension stage based on the Switched Reluctance propulsion principle. Because the previous studies on contact-free stage adopted the Lorentz force for main force generation mechanism they have suffered from thermal problem deteriorating the precision. Thus, the magnetic suspension stage adopting SR principle which can achieve high force density is proposed. The main operating principle and structure for achieving high resolution and long travel range are represented. The magnetic force analysis of each actuator, providing back data for dynamic modeling and controller design are carried out. By conducting basic experiments, the feasibility of the proposed system is shown. In addition the problems which should be improved and their solutions are represented.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.10a
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pp.463-467
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2004
This paper presents the fabrication possibility of the micro actuator which uses a micro-thermal bubble, generated b micro-heater under pulse heating. The valve-less micropump using the diffuser/nozzle is consists of the lower plate, he middle plate, the upper plate. The lower plate includes the channel and chamber are fabricated on high processability silicon wafer by the DRIE(Deep Reactive Ion Etching) process. The middle plate includes the chamber and diaphragm d the upper plate is the micro-heater. The Micropump is fabricated by bonding process of the three layer. This paper resented the possibility of the PCR chip operation by the fabricated micropump.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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