KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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v.5C
no.3
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pp.102-110
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2005
Piezoelectric transformers(PT) are expected to be small, thin and highly efficient, and which are attractive as a transformer with high power density for step down voltage. For these reasons, we have attempted to develop a step-down PT for the miniaturized adaptor. We propose a PT, operating in thickness extensional vibration mode for step-down voltage. This PT consists of a multi-layered construction in the thickness direction. In order to develop the step-down PT of 10 W class and turn ratio of 0.1 with high efficiency and miniaturization, the piezoelectric ceramics and PT designs are estimated with a variety of characteristics. The basic composition of piezoelectric ceramics consists of ternary yPb(Zr$_{x}$Ti$_{1-x}$)O$_{3}$-(1-y)Pb(Mn$_{1/3}$Nb1$_{1/3}$Sb$_{1/3}$)O$_{3}$. In the piezoelectric characteristics evaluations, at y=0.95 and x=0.505, the electromechanical coupling factor(K$_{p}$) is 58$\%$, piezoelectric strain constant(d$_{33}$) is 270 pC/N, mechanical quality factor(Qr$_{m}$) is 1520, permittivity($\varepsilon$/ 0) is 1500, and Curie temperature is 350 $^{\circ}C$. At y = 0.90 and x = 0.500, kp is 56$\%$, d33 is 250 pC/N, Q$_{m}$ is 1820, $\varepsilon$$_{33}$$^{T}$/$\varepsilon$$_{0}$ is 1120, and Curie temperature is 290 $^{\circ}C$. It shows the excellent properties at morphotropic phase boundary regions. PZT-PMNS ceramic may be available for high power piezoelectric devices such as PTs. The design of step-down PTs for adaptor proposes a multi-layer structure to overcome some structural defects of conventional PTs. In order to design PTs and analyze their performances, the finite element analysis and equivalent circuit analysis method are applied. The maximum peak of gain G as a first mode for thickness extensional vibration occurs near 0.85 MHz at load resistance of 10 .The peak of second mode at 1.7 MHz is 0.12 and the efficiency is 92$\%$.
Effects of external pH and potassium concentrations on the electrical and mechanical properties were investigated on rabbit papillary muscle. Papillary muscles were perfused in horizontal chamber with Tris Tyrode solutions and action potential along with isometric tension was recorded simultaneously. Potassium concentrations were varied between 1 and 12 mM at low(6.9), normal(7.4) and high (7.9) external pH. The following results were obtained: 1) On rasing the potassium concentration from 1 to 12 mM resting membrane potentials decreased from $-88.8{\pm}2.8$ to $-66.4{\pm}1.2\;mV$ at normal pH and the amplitude of action potential decreased from $115.1{\pm}0.7$ to $97.5{\pm}2.8\;mV$. On lowering the potassium concentration, membrane hyperpolarized and at 1 mM potassium concentration resting potentials were $-107{\pm}2.2\;mV$. Duration of action potential especially $APD_{60}{\sim}APD_{90}$ increased($APD_{90}$: $214{\pm}15.8\;ms$ at 1 mM $K^+$ to $287{\pm}18.1\;ms$ at 12 mM $K^+$). 2) During acidosis membranes hyperpolarized by more than 20 mV within 1 min. and then slow recovery was observed during the following 10 min. During alkalosis membranes depolarized about 10 mV, which were maintained until washing with normal Tyrode solutions. 3) On lowering the external pH(7.9-6.5), duration of action potential increased progressively and it was most prominent at pH 6.5 and $K^+$ 1mM. 4) Magnitude of developed tension was $0.6{\pm}0.14\;g/mm^2$ at normal pH and potassium concentration (stimulus frequency : 60/min). Relative isometric tension to normal value increased along the increment of stimulus frequency($44.2{\pm}4.2%$ at 6/min to $271{\pm}86.7%$ at 180/min). Force-frequency relations were altered quantitatively during the perfusion with different external pH solutions. 5) Developed tension did not show marked variation within the range of $2{\sim}8\;mM$ potassium concentrations. Positive inotropism was observed at less than 2 mM $K^+$ and negative inotropism beyond 12 mM $K^+$ concentrations. From the above results we concluded that the effects of potassium ion concentration on electrical and mechanical properties of rabbit papillary muscle are related to the changes in surface negative charge due to acid base disturbances.
Artificial hearts are intended for use in patients with severe forms of heart disease for which no surgical repair is possible. The moving-actuator pump was developed to decrease the overall volume size of the electromechanical total artificial heart (TAH) by eliminating the occupied space of the fixed-actuator in the conventional pusher-plate type pump. In our pump, the actuator moves back and forth for alternative ejections of left and right ventricles. The problem of fitting the TAH to atrial remnants and arterial vessels could also be improved by circular or penduluous mot ion of the actuator instead of linear mot ion of the pusher-plate in the conventional pumps. We have evaluated two types of moving- actuator pump; one is a rolling cylinder type, and the other a pendulum type pump. In the rolling cylinder pump, frictional energy loss exists between the pump housing's guide bars and the actuator's end caps, while the bottom rack under the cylindrical actuator increases the height of the pump, the pump is therefor not implantable inside the small chest of human-sized animals with a body weight of less than 70kg. The new human type pump has a penduluous mot ion actuator to correct the above problems while maintaining the advantage of the moving- actuator's small total volume. The totally implantable TAH is composed of a blood pump, a control system and pheriperal equipments. The blood pump, which is constructed by a moving actuator, a right and left blood sac, and four artificial valves, is implanted in the thoracic. In 1988, the first implantation of the rolling cylinder TAH was performed into a female calf weighing 100kg, and the cal f recovered to the degree of voluntary standing and eat ing and survived to 100 hrs. We then survived two female sheep weighing about 63kg with the new human type TAH for three days.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.7
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pp.310-316
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2019
In automotive application, customers are demanding high efficiency and various functions for convenience. The demand for these automotive applications is steadily increasing. In this study, it has been studied the analysis of heat flow to improve the PCB(printed circuit board) heating performance of WPC (wireless power charger) recently developed for convenience. The charging performance of the wireless charger has been reduced due to power dissipation and thermal resistance of PCB. Therefore, it has been proposed optimal PCB design, layout and position of electronic parts through the simulation of heat flow analysis and PCB design was analyzed and decided at each design stage. Then, the experimental test is performed to verify the consistency of the analysis results under actual environmental conditions. In this paper, The PCB modeling and heat flow simulation in transient response were performed using HyperLynx Thermal and FloTHERM. In addition, the measurement was performed using infrared thermal imaging camera and used to verify the analysis results. In the final comparison, the error between analysis and experiment was found to be less than 10 % and the heating performance of PCB was also improved.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.34
no.5
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pp.301-313
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2021
Theoretical background for the meaning of various piezoelectric properties can be easily found in a number of textbooks and academic papers. In contrast, how they are actually measured and characterized are rarely described, though this information would be the most important especially to the researchers who just started working on the field. It follows that this report was intended to provide a practical guidance for measuring basic but essential properties of ferroelectric-based piezoelectric materials. The discussion begins with how to measurement dielectric properties such as dielectric permittivity and loss (dissipation factor), followed by piezoelectric properties such as piezoelectric constants, electromechanical coupling factor, and quality factor as well as ferroelectric features, i.e., electric field dependent polarization hysteresis. Though our discussion here is limited to the techniques that are already well-standardized, it is expected to make a seed to be developed into more challenging and creative ones.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.34
no.1
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pp.1-7
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2021
This study investigated the structural, dielectric, ferroelectric, and strain properties of (0.98-x)Bi1/2Na1/2TiO3-0.02BiFeO3-xSrTiO3 (BNT-BF-100xST, x=0.20, 0.22, 0.24, 0.26, and 0.28). All samples were successfully synthesized using the conventional solid-state reaction method and sintered at 1,175℃ for 2 h. The average grain size of the BNT-BF-100x ceramics decreased with increasing ST content. Furthermore, we observed that the ferroelectric- relaxor transition temperature (TF-R) decreased with increasing ST content, which eventually vanished in the BNT-BF-24ST ceramics. The results indicated that a ferroelectric to relaxor phase transition could be induced by ST modification. Consequently, a large electromechanical strain of 633 pm/V at 4 kV/mm was observed for the BNT-BF-26ST ceramics. These results imply that our materials have the competitive advantage of larger strain under lower operating field conditions compared with other BNT-based lead-free piezoelectric ceramics. We expect that BNT-BF-ST lead-free piezoelectric ceramics are promising candidates as a novel ternary BNT-based system and can find potential applications in actuators.
Lee, Sang Sub;Park, Young-Seok;Duong, Trang An;Devita, Mukhlishah Aisyah;Han, Hyoung-Su;Lee, Jae-Shin
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.35
no.1
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pp.24-31
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2022
This study investigated microstructures, crystal structures, polarization, dielectric and electromechanical properties of 0.76Bi1/2Na1/2TiO3-0.24SrTiO3 (BNT-24ST)-based piezoceramcs by adding Li2CO3 and B2O3 (LB) as sintering aids for low-temperature sintering. All samples were successfully synthesized using conventional solid-state reaction method and sintered at 950, 1,000, 1,050, 1,100 and 1,175℃ for 2 hours. Without LB, specimens required sintering temperatures over 1,175℃ for sufficient densification, while the addition of 0.10-mol LB decreased the sintering temperatures down to 950℃. The average grain size and dielectric properties of BNT-24ST-10LB ceramics were enhanced with increasing sintering temperature. We found that the low-temperature sintered BNT-24ST piezoceramics by adding LB showed the d33*value of 402 pm/V at 4 kV/mm after sintering at 1,050℃, which was better than that of high-temperature fired specimens sintered at 1,175℃ without LB (242 pm/V). We believe that the results of this study promise a candidate for low-cost multilayer ceramic actuator applications.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.5
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pp.537-542
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2021
This paper improves the possibility of recognizing fast-moving objects through the YOLO (You Only Look Once) deep learning recognition model in an application environment for object recognition in images. The purpose was to study the method of collecting semantic data through processing. In the recognition model, the moving object recognition error was identified as unrecognized because of the difference between the frame rate of the camera and the moving speed of the object and a misrecognition due to the existence of a similar object in an environment adjacent to the object. To minimize the recognition errors by compensating for errors, such as unrecognized and misrecognized objects through the proposed data collection method, and applying vision processing technology for the causes of errors that may occur in images acquired for sports (tennis games) that can represent real similar environments. The effectiveness of effective secondary data collection was improved by research on methods and processing structures. Therefore, by applying the data collection method proposed in this study, ordinary people can collect and manage data to improve their health and athletic performance in the sports and health industry through the simple shooting of a smart-phone camera.
In this study, a 33-mode Free-Flooded Ring (FFR) transducer was designed to apply piezoelectric single crystal PIN-PMN-PT, which has high piezoelectric constants and electromechanical coupling coefficient. To ensure low-frequency high transmitting sensitivity characteristics with a small size of FFR transducer, the commercial FFR transducer based on piezoelectric ceramics was compared. To develop the FFR transducer with broadband characteristics, a piezoelectric segmented ring structure inserted with inactive elements was applied. The oil-filled structure was applied to minimize the change of acoustic characteristics of the ring transducer. It was verified that the transmitting voltage response, underwater impedance, and beam pattern matched the finite element numerical simulation results well through an acoustic test. The difference in the transmitting voltage response between the measured and the simulated results is about 1.3 dB in cavity mode and about 0.3 dB in radial mode. The fabricated FFR transducer had a higher transmitting voltage response compared to the commercial transducer, but the diameter was reduced by about 17 %. From this study, it was confirmed that the feasibility of a single crystal-applied FFR transducer with compact size and high-power characteristics. The effectiveness of the performance prediction by simulation was also confirmed.
The improved SWNTs/PANi composite actuator films applicable to an artificial muscle were fabricated successfully using a new process of manufacture that consists of 90% pure single-walled carbon nanotubes (SWNT) and chemical polymerization. PANi is electrically conducting polyaniline polymer. The conductivities of the composite SWNTs/PANi film-type actuators and the pure PANi films fabricated were measured as 56.15 S/cm and 17.38 S/cm, respectively, by the 4-prove method. The conductivity of the composite actuator is 3.2 times higher than the pure PANi film. The fabricated composite actuator showed higher conductivity than any other similar ones. The quality of samples was investigated by an electron scanning microscope (SEM). To measure the actuating strains, a specially designed beam balance apparatus was developed and strains of the composite actuators was measured by a laser displacement sensor subjected to electric currents. During the operation, the sample was soaked in the $NaNO_3$ solution and the sine-wave voltage in the range of $+1V{\sim}-1V$ was applied. The length of the composite actuator changed from $l_0=12.690$ mm to $l_1=12.733$ so that the change of length was l=0.043 mm and the strain was 0.34 %. This is a very high strain for this kind of a composite actuator. Other result reported by Tahhan showed 0.23 % strain, so that the present result is improved by 48%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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