Piezoelectric and dielectric behaviors of a piezoceramic patch adhesively centered on a carbon composite plate are identified using a robust multi-objective optimization procedure. For this purpose, the patch piezoelectric stress coupling and blocked dielectric constants are automatically evaluated for a wide frequency range and for the different identifiable behaviors. Latters' symmetry conditions are coded in the design plans serving for response surface methodology-based sensitivity analysis and meta-modeling. The identified constants result from the measured and computed open-circuit frequencies deviations minimization by a genetic algorithm that uses meta-model estimated frequencies. Present investigations show that the bonded piezoceramic patch has effective three-dimensional (3D) orthotropic piezoelectric and dielectric behaviors. Besides, the sensitivity analysis indicates that four constants, from eight, dominate the 3D orthotropic behavior, and that the analyses can be reduced to the electromechanically coupled modes only; therefore, in this case, and if only the dominated parameters are optimized while the others keep their nominal values, the resulting piezoelectric and dielectric behaviors are found to be transverse-isotropic. These results can help designing piezoceramics smart composites for various applications like noise, vibration, shape, and health control.
In this paper, the relaxation behavior of the regenerated silk fibroin (SF) films was investigated using dielectric thermal analysis (DETA), and compared with the dynamic mechanical behavior obtained from dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), in order to gain a better understanding of the characteristics of dielectric behavior of SF film and identify the differences between the two analyses. Compared to DMTA, DETA exhibited a higher sensitivity on the molecular relaxation behaviors at low temperature ranges that showed a high $\gamma$-relaxation peak intensity without noise. However, it was not effective to examine the relaxation behaviors at high temperatures such as $\alpha-$ and ${\alpha}_c$-relaxations that showed a shoulder peak shape. On the contrary, DMTA provided more information regarding the relaxation behaviors at high temperatures, by exhibiting the changes in width, intensity and temperature shift of the $\alpha$-relaxation peak according to various crystallinities. Conclusively, DETA and DMTA can be utilized in a complementary manner to study the relaxation behavior of SF over a wide temperature range, due to the different sensitivity of each technique at different temperatures.
It is known that the relative dielectric constant of insulating polyethylene matrix composites with conducting materials (such as carbon black and metal powder) increases as the conducting material content increases below the percolation threshold. Below the percolation threshold, dielectric properties show an ohmic behavior and their value is almost the same as that of the matrix. The change is very small, but its origin is not clear. In this paper, the dielectric properties of carbon black-filled polyethylene matrix composites are studied based on the effect medium approximation theory. Although there is a significant amount of literature on the calculation based on the theory of changing the parameters, an overall discussion taking into account the theory is required in order to explain the dielectric properties of the composites. Changes of dielectric properties and the temperature dependence of dielectric properties of the composites made of carbon particle and polyethylene below the percolation threshold for the volume fraction of carbon black have been discussed based on the theory. Above the percolation threshold, the composites are satisfied with the universal law of conductivity, whereas below the percolation threshold, they give the critical exponent of s = 1 for dielectric constant. The rate at which the percentages of both the dielectric constant and the dielectric loss factor for temperature increases with more volume fraction below the percolation threshold.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.15
no.4
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pp.175-181
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2014
In this paper, the simulation and modeling of a polyethylene/clay nanocomposite were undertaken to predict the nanocomposite's dielectric behavior and to help design a nanocomposite material with optimum electrical properties for electrotechnical or electronic applications. A 3-D simulation model using the finite elements method was employed in order to study the effective permittivity and electric field distribution of two-phase nanocomposite materials for ordered and random distributions of inclusions in a low-loss host matrix such as polyethylene. The influence of the dispersion of reinforcing particles, and of the permittivity and radius of the inclusions, was analysed. The simulation results were compared with alternative, known theoretical solutions obtained from classical models, and were found to be in good agreement. The numerical results also indicate that for fixed volume fractions of nanoparticles the effective permittivity of the mixture, for ordered and random distributions, does not vary with the degree of dispersion. The variation of the effective permittivity with the particle radius is shown, using numerical data, to agree with the analytical modules.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.175-179
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2004
Since the electromagnetic properties of fiber reinforced polymeric composites can be tailored effectively by adding small amount of electromagnetic powders to the matrix of composites, they are plausible materials for fabricating the radar absorbing structures (RAS) of desired performance. In order to design the effective electromagnetic wave (EM) absorber with the fiber reinforced polymeric composites, the electromagnetic characteristics with respect to the constituents of the composite should be available in the target frequency band. In order to describe the dielectric behavior of low loss unidirectional fiber reinforced composite, theoretical models and mixture equations for estimating its dielectric constant were proposed with respect to the fiber, matrix volume fractions and fiber orientations, and verified by the experiments. From the investigation, it was found that the suggested binary mixture rules agreed well with the experimental results.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.141-145
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2005
Since the electromagnetic properties of fiber reinforced polymeric laminate composite can be tailored effectively by adjusting its composition and regulating the stacking sequence, it is plausible material for fabricating the radar absorbing structures (RAS) of desired performance. In order to design the effective electromagnetic wave (EM) absorber with the fiber reinforced polymeric laminate composite, its electromagnetic characteristics should be available and could be regulated easily in the target frequency bands. In this study, dielectric characteristics of the E-glass/epoxy laminate composites were measured by the free space method in the X-band frequency range ($8.2\;{\sim}\;12.4\;GHz$). In order to describe the dielectric behavior of laminate composites of arbitrary stacking sequences, the equivalent circuit model and the laminating equations for estimating dielectric properties were proposed, and experimentally verified. From the comparison of the predicted and measured data, the proposed method predicted well the experimentally measured data.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.11
no.1
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pp.38-42
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2001
Electric and dielectric(Ba,Sr)$TiO_3$[BST] thin films for emtal-Insulator-Semiconductor(MIS) capacitors have been studied. BST thin films wre deposted on p-Si(100) substrates bythe RF magnetron sputtering with tempratue range of 500~$600^{\circ}C$. The dielectric properties of MIS capacitors consisting of Al/BST/$SiO_2$/Si sandwich structure were evaluated ot redcue the leakage current density. The charge state densities of the MIS capacitors were determined by high frequency (1 MHz) C-V measurement. In order to reduce the leakage current in MIS capacitor, high quality $SiO_2$ layer was deposited on bare p-Si substrate. Depending on the oxygen pressure and substrate temperature both positive and negative polarities of effective oxide charge in the MIS capacitors were evaluated. It is considered that the density of electronic states, generated at the BST/$SiO_2$/p-Si interface due to the asymmetric structure within BST/$SiO_2$/Si structure, and the oxygen vacancy content has influence on the behavior of oxide charge.
In this article, based on the higher-order shear deformation plate theory, buckling analysis of a rectangular plate made of functionally graded piezoelectric materials and its effective parameters are investigated. Assuming the transverse distribution of electric potential to be a combination of a parabolic and a linear function of thickness coordinate, the equilibrium equations for the buckling analysis of an FGP rectangular plate are established. In addition to the Maxwell equation, all boundary conditions including the conditions on the top and bottom surfaces of the plate for closed and open circuited are satisfied. Considering double sine solution (Navier solution) for displacement field and electric potential, an analytical solution is obtained for full simply supported boundary conditions. The accurate buckling load of FGP plate is presented for both open and closed circuit conditions. It is found that the critical buckling load for open circuit is more than that of closed circuit in all loading conditions. Furthermore, it is observed that the influence of dielectric constants on the critical buckling load is more than those of others.
A new planar metamaterial (MTM) with simultaneous negative values of permittivity (${\varepsilon}$) and permeability (${\mu}$) is proposed. Our MTM is composed of two identical copper patterns etched on both sides of dielectric laminate, which is very thin and easy to fabricate. Unlike conventional MTMs, the proposed structure shows a negative refractive index (NRI) behavior with respect to a normally incident wave. To explain the underlying principle of the NRI characteristics, an equivalent resonant circuit model based on surface current density distribution is investigated. An eigenmode analysis and a three-dimensional wave simulation for the stacked MTM prism are also performed to verify the existence of negative refraction. The experimental results from the transmission and reflection measurement ensure the validity of our design approach and show good agreement with the theoretically predicted effective medium parameters.
The cure behavior of commercial epoxy molding compounds (EMC) commonly used for IC package was studied at constant cure temperatures as well as at constant heating rates using differential scanning calorimetry (DSC), rheometer, and dielectric analyzer (DEA). The cure kinetics were obtained using autocatalytic reaction model according to the Ryan Dutta method after assuming m+n equal to 2. The prediction of reaction rates by the model equation corresponded well to experimental data at all temperatures except for 10$0^{\circ}C$. The phase transitions such as gelation and vitrification occurred during network formation. At each isothermal cure temperature, $T_{g}$ was measured in accordance with cure time, and the vitrification point was attained when $T_{g}$ was equal to $T_{cure}$. The temperature dependence of gel points and vitrification points showed good agreement with Arrhenius relation. DEA using parallel plate electrode was effective for the monitoring of EMC cure. we knew that if the resin systems are materials of comparable quality, $_{gel}$$T_{g}$ is constant regardless of accelerator concentration in TTT (Time-Temperature-Transformation) diagram.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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