Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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1998.06a
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pp.307-310
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1998
Finite element analysis was investigated on the stress distribution at the 2-D model of piezoelectric ceramic actuators. The y direction maximum stress decreased with a(internal electrode gap) size until 0.4 mm and is not much difference with c(external electrode thickness) size. The stress distribution with internal layers is almost same, and the stress distribution of load condition is higher than that of no load condition. The y direction maximum stress increased exponentially with the number of layer and saturated at 260 layers. In the case of defective actuator, the stress distribution is smaller than that of normal actuator.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2005.07a
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pp.66-67
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2005
In this study, in order to develop multilayer piezoelectric actuator, PMN-PNN-PZT ceramics were fabricated using $Li_2CO_3-Na_2CO_3$ as sintering aids and their piezoelectric and dielectric characteristics were investigated with the function of PNN substitution. With increasing PNN substitution, dielectric constant(${\varepsilon}r$), electromechanical coupling factor(kp), and piezoelectric d constant($d_{33}$) were increased at 10~12[mol%] PNN substitution and then decreased at all sintering temperature. With increasing PNN substitution, phase changed from tetragonal to rhombohedral at [10~12mol%] PNN substitution. At the 12[mol%] PNN substituted PMN-PZT composition ceramic sintered at 950[$^{\circ}C$], density, ${\varepsilon}r$, kp, $d_{33}$ and Qm showed the optimum value of 7.79[$g/cm^3$], 1160, 0.599, 419[pC/N) and 894, respectively for multilayer piezoelectric actuator application.
The analysis of nonlinear equivalent circuit and the resonance characteristics of input current and output voltage were simulated, and their electrical properties are discussed in the transverse-type piezoelectric ceramic transformer. The nonlinear resonance characteristics of input current and output voltage showed by the thermal effect due to a higher driving current, the nonlinearity increased greatly as driving current increased. When load resistor was 100[M.ohm.], the nonlinear coefficient was -1.3. The nonlinear resonance curve of input current and output voltage for a variation of input voltage and load resistor agreed with the discussed theory. The output voltage increased nearly proportioned to input voltage when load resistors were below 50[M.ohm.], the voltage step-up ratio decreased when a load resistor was 100[M.ohm.] and their maximum value was 950.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2005.07a
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pp.68-69
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2005
Low temperature ($\leq900^{\circ}C$) sintering piezoelectric ceramics $0.01Pb(Mg_{1/2}W_{1/2})O_3$-0.41Pb$(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-0.35PbTiO_3-0.23PbZrO_3+0.1wt%Y_2O_3+xwt%ZnO$$(0{\leq}x{\leq}2.5)$ have been developed and investigated. The electromechanical coupling coefficient ($k_p$), piezoelectric constant ($d_{33}$), and mechanical quality factor ($Q_m$) have been measured to characterize the piezoelectric materials system. When 2.0 wt% ZnO is added, the properties of the system, $d_{33}$ = 559 pC/N, $k_p$ = 55.0 % and $Q_m$ = 73.4 are obtained which are very suitable for piezoelectric actuators. A bending mode multilayer actuator has been also developed using the materials which size is $27(L)\times9(W)\times1.07(t)mm^3$. The actuators are fabricated by multilayer ceramic (MLC) process and consist of24 layers and each layer thickness is $35{\mu}m$. At this time, the displacement of actuator was $100{\mu}m$ at 28V.
This paper presents the dynamic instability analysis of un-damped elastically supported piezoelectric functionally graded (FG) beams subjected to in-plane static and dynamic periodic thermomechanical loadings with uncertain system properties. The elastic foundation model is assumed as one parameter Pasternak foundation with Winkler cubic nonlinearity. The piezoelectric FG beam is subjected to non-uniform temperature distribution with temperature dependent material properties. The Young's modulus and Poison's ratio of ceramic, metal and piezoelectric, density of respective ceramic and metal, volume fraction exponent and foundation parameters are taken as uncertain system properties. The basic nonlinear formulation of the beam is based on higher order shear deformation theory (HSDT) with von-Karman strain kinematics. The governing deterministic static and dynamic random instability equation and regions is solved by Bolotin's approach with Newmark's time integration method combined with first order perturbation technique (FOPT). Typical numerical results in terms of the mean and standard deviation of dynamic instability analysis are presented to examine the effect of slenderness ratios, volume fraction exponents, foundation parameters, amplitude ratios, temperature increments and position of piezoelectric layers by changing the random system properties. The correctness of the present stochastic model is examined by comparing the results with direct Monte Caro simulation (MCS).
The effect of V2O5 addition on the low temperature sintering of Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-PZT ceramics, which is known as a prominent material for piezoelectric transformer application was studied, and the densification behavior and piezoelectric characteristics of the samples as a function of heating rate were also examined. V2O5 led the system to liquid phase sintering by forming liquid phase during sintering, which accelerated densification through the particle rearrangement in the early stage of sintering. The liquid phase mostly existed at grain boundaries retarded the evaporation of PbO, while the densification temperature and the weight loss of V2O5-free samples were higher than those of samples with V2O5. Faster heating improved the densification of the samples regardless of V2O5 addition. The low temperature sintering at 100$0^{\circ}C$ was achieved in PMS-PZT ceramics with high density and reasonable dielectric and piezoelectric characteristics. This result revealed optimistic way to the development of multi-layered piezoelectric transformers.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.23
no.10
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pp.771-775
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2010
In this study, piezoelectric and dielectric properties of the $(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3-(1-x)(Bi_{0.5}Na_{0.5})TiO_3-xBaTiO_3$ [NKN-(1-x)BNT-xBT] ceramics were investigated. The lead-free NKN-(1-x)BNT-xBT ceramics were fabricated by a conventional mixed oxide method. The results indicate that the addition of $BaTiO_3$ significantly influences the sintering, microstructure, phase transition and electrical properties of NKN-BNT ceramics. A gradual change in the piezoelectric and dielectric properties was observed with the increase of BT contents. The dielectric constant, piezoelectric constant ($d_{33}$) and electromechanical coupling factor ($k_p$) increased at the morphotropic phase boundary (MPB). The $d_{33}$=184 pC/N, $k_p$=0.38, dielectric constant=1455 with dielectric loss value of less than 1% were obtained for the NKN-0.95BNT-0.05BT ceramics sintered at $1150^{\circ}C$ for 2h. These results demonstrate that the NKN-(1-x)BNT-xBT ceramics is an attractive candidate for lead-free piezoelectric materials.
Kim, Kyoung-Bum;Kim, Chang-Il;Yun, Ji-Sun;Jeong, Young Hun;Nahm, Jung Hee;Cho, Jeong-Ho;Paik, Jong-Hoo;Nahm, Sahn;Seong, Tae-Hyeon
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.25
no.12
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pp.955-960
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2012
We fabricated piezoelectric unimorph cantilever generators (UCG) using $Pb(Zr_{0.54}Ti_{0.46})O_3$ + 0.2 wt% $Cr_2O_3$ + 1.0 wt% $Nb_2O_5$ (PZCN) piezoelectric thick films, which were produced by a tape casting method. The PZCN thick films were tailored with same width and thickness but different lengths from 7.7 to 57.7 mm in order to evaluate optimized UCG for energy harvesting device applications. When the length of PZCN film was increased, the resonance frequency of UCG was slightly increased from 7 Hz to 8 Hz, which could be due to enlarged area of the highly stiff piezo-ceramic film. However, the output power was proportionally increased with the length of PZCT film and it reached 4.68 mW (1.221 $mW/cm^3$) when the film's length was 57.7 mm under 25 g of tip mass at 8 Hz, which is sufficient for micro-scale device applications.
Park, C.H.;Lee, J.S.;Jeong, S.H.;Chai, H.I.;Lee, K.W.;Kim, H.H.;Lim, K.J.
Proceedings of the KIEE Conference
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1999.07d
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pp.1720-1722
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1999
In this paper, we studied the properties of small-size disk-type ultrasonic motor using travelling wave for the application to the precise control robotic joint motor and fabricated it. The diameter of the ultrasonic motor fabricated was 13mm. Also, the piezoelectric vibrator was constructed by piezoelectric ceramic and elastic material. The piezoelectric ceramic was composed to PZ-PT-PMN which was shown the high electromechanical stability under high vibration level and stainless steel was used as the elastic material in which configuration was disk-type. To conform the capability of application to robotic motor, we measured the change of rotational speed according to applied voltage and applied frequency. As the results, the small-size disk-type ultrasonic motor was able to fabricate, and the revolution speed was 350 [rpm] when input voltage was 55 [Vrms] and applied frequency 160.4 [kHz] under pre-load.
Park, Choong-Hyo;Kim, Jong-Wook;Jeong, Seong-Su;Chong, Hyon-Ho;Kim, Myong-Ho;Park, Tae-Gone
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.24
no.1
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pp.22-26
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2011
On this paper, a circular unimorph-type piezoelectric transducer was proposed and studied. The transducer was fabricated by attaching a circular-shaped PZT ceramic to a circular plate of brass and output characteristics of the fabricated transducer were then analyzed and measured by changing driving points where the mechanical vibrations were applied. Two conditions depending on the location of vibration were respectively defined as a center forced model and an edge forced model. The resonance frequency and output voltage of the models were simulated by using ANSYS, a FEM(finite element method) program. Based on the results of the analyses, the vibration experiment was conducted and the output characteristics then measured through measurement equipment. As a result, the maximum output characteristics of two models were respectively generated at each resonance frequency and the resonance frequency of the center forced model was lower than the edge forced model.
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