A flexible piezoelectric energy harvester(f-PEH) that converts tiny mechanical and vibrational energy resources into electric signals without any restraints is drawing attention as a self-powered source to operate flexible electronic systems. In particular, the nanocomposites-based f-PEHs fabricated by a simple and low-cost spin-coating method show a mechanically stable and high output performance compared to only piezoelectric polymers or perovskite thin films. Here, the non-piezoelectric polymer matrix of the nanocomposite-based f-PEH is replaced by a P(VDF-TrFE) piezoelectric polymer to improve the output performance generated from the f-PEH. The piezoelectric hybrid nanocomposite is produced by distributing the perovskite PZT nanoparticles inside the piezoelectric elastomer; subsequently, the piezoelectric hybrid material is spin-coated onto a thin metal substrate to achieve a nanocomposite-based f-PEH. A fabricated energy device after a two-step poling process shows a maximum output voltage of 9.4 V and a current of 160 nA under repeated mechanical bending. Finite element analysis(FEA) simulation results support the experimental results.
Piezoelectric energy harvesting technology is attracting attention, as it can be used to convert more accessible mechanical energy resources to periodic electricity. Recent developments in the field of piezoelectric energy harvesters (PEHs) are associated with nanocomposites made from inorganic piezoelectric nanomaterials and organic elastomers. Here, we used the $BaTiO_3$ nanoparticles and piezoelectric poly(vinylidene fluoride) (PVDF) polymeric matrix to fabricate the nanocomposites-based PEH to improve the output performance of PEHs. The piezoelectric nanocomposite is produced by dispersing the inorganic piezo-ceramic nanoparticles inside an organic piezo-polymer and subsequently spin-coat it onto a metal plate. The fabricated organic-inorganic piezoelectric nanocomposite-based PEH harvested the output voltage of ~1.5 V and current signals of ~90 nA under repeated mechanical pushings: these values are compared to those of energy devices made from non-piezoelectric polydimethylsiloxane (PDMS) elastomers and supported by a multiphysics simulation software.
The critical buckling temperature rise of a newly proposed piezoelectrically active sandwich plate (ASP) has been investigated in this work. This structure includes a porous polymeric layer integrated between two piezoelectric nanocomposite layers. The piezoelectric material is made of a passive polymeric material that is activated by lead-free nanowires (NWs) of zinc oxide (ZnO) embedded inside the matrix. In both nanocomposite layers and porous core, functional graded (FG) patterns have been considered for the distributions of ZnO NWs and voids, respectively. By adopting a higher-order theory of plates, the governing equations of thermal buckling are obtained. This set of equations is then treated using an extended mesh-free solution. The effects of plate dimensions, porosity states, and the nanowire parameters have been investigated on the critical buckling temperature rises of the proposed lightweight ASPs with different boundary conditions. The results disclose that the use of porosities in the core and/or mixing ZnO NWs in the face sheets substantially arise the critical buckling temperatures of the newly proposed active sandwich plates.
In this paper, the flexible piezoelectric nanocomposite generator(NCG) device based on $BaTiO_3$ nanostructures was fabricated via simple and low-cost spin coating method. The $BaTiO_3$ nanostructures synthesized by self-assembly reaction showed dendrite morphologies. To produce the piezoelectric nanocomposite(p-NC layer) which acts as an electric energy source in NCG device, the piezoelectric nanopowders($BaTiO_3$) were dispersed in polydimethylsiloxane(PDMS). Sequently, the p-NC layer was inserted in two dielectric layer of PDMS; these layers enabled the NCG device flexibility as well as durability prohibiting detachment(exfoliation) for significantly mechanical bending motions. The fabricated NCG device shows average maximum open circuit voltage of 6.2 V and average maximum current signals of 300 nA at 20 wt% composition of $BaTiO_3$ nanostructures in p-NC layer. Finally, the flexible energy harvester generates stable output signals at any rate of frequency which were used to operate LCD device without any external energy supply.
In this research, seismic response of pipes is examined by applying nanotechnology and piezoelectric materials. For this purpose, a pipe is considered which is reinforced by carbon nanotubes (CNTs) and covered with a piezoelectric layer. The structure is subjected to the dynamic loads caused by earthquake and the governing equations of the system are derived using mathematical model via cylindrical shell element and Mindlin theory. Navier-Stokes equation is employed to calculate the force due to the fluid in the pipe. Mori-Tanaka approach is used to estimate the equivalent material properties of the nanocomposite and to consider the effect of the CNTs agglomeration on the scismic response of the structure. Moreover, the dynamic displacement of the structure is extracted using harmonic differential quadrature method (HDQM) and Newmark method. The main goal of this research is the analysis of the seismic response using piezoelectric layer and nanotechnology. The results indicate that reinforcing the pipeline by CNTs leads to a reduction in the displacement of the structure during an earthquake. Also the negative voltage applied to the piezoelectric layer reduces the dynamic displacement.
In this paper, the deflection and buckling analyses of porous nano-composite piezoelectric plate reinforced by carbon nanotube (CNT) are studied. The equations of equilibrium using energy method are derived from principle of minimum total potential energy. In the research, the non-local strain gradient theory is employed to consider size dependent effect for porous nanocomposite piezoelectric plate. The effects of material length scale parameter, Eringen's nonlocal parameter, porosity coefficient and aspect ratio on the deflection and critical buckling load are investigated. The results indicate that the effect of porosity coefficient on the increase of the deflection and critical buckling load is greatly higher than the other parameters effect, and size effect including nonlocal parameter and the material length scale parameter have a lower effect on the deflection increase with respect to the porosity coefficient, respectively and vice versa for critical buckling load. Porous nanocomposites are used in various engineering fields such as aerospace, medical industries and water refinery.
Navi, B. Rousta;Mohammadimehr, M.;Arani, A. Ghorbanpour
Steel and Composite Structures
/
제32권6호
/
pp.753-767
/
2019
Vibration control in mechanical equipments is an important problem where unwanted vibrations are vanish or at least diminished. In this paper, free vibration active control of the porous sandwich piezoelectric polymeric nanocomposite microbeam with microsensor and microactuater layers are investigated. The aim of this research is to reduce amplitude of vibration in micro beam based on linear quadratic regulator (LQR). Modified couple stress theory (MCST) according to sinusoidal shear deformation theory is presented. The porous sandwich microbeam is rested on elastic foundation. The core and face sheet are made of porous and three-phase carbon nanotubes/resin/fiber nanocomposite materials. The equations of motion are extracted by Hamilton's principle and then Navier's type solution are employed for solving them. The governing equations of motion are written in space state form and linear quadratic regulator (LQR) is used for active control approach. The various parameters are conducted to investigate on the frequency response function (FRF) of the sandwich microbeam for vibration active control. The results indicate that the higher length scale to the thickness, the face sheet thickness to total thickness and the considering microsensor and microactutor significantly affect LQR and uncontrolled FRF. Also, the porosity coefficient increasing, Skempton coefficient and Winkler spring constant shift the frequency response to higher frequencies. The obtained results can be useful for micro-electro-mechanical (MEMS) and nano-electro-mechanical (NEMS) systems.
Arani, Ali Ghorbanpour;Navi, Borhan Rousta;Mohammadimehr, Mehdi
Steel and Composite Structures
/
제41권6호
/
pp.805-820
/
2021
In this research, the buckling and free vibration of three-phase carbon nanotubes/ fiber/ polymer piezoelectric nanocomposite face sheet sandwich microbeam with microsensor and micro-actuator surrounded in elastic foundation based on modified couple stress theory (MCST) is investigated. Three types of porous materials are considered for sandwich core. Higher order (Reddy) and sinusoidal shear deformation beam theories are employed for the displacement fields. Sinusoidal surface stress effects are extracted for sinusoidal shear deformation beam theory. The equations of motion are derived by Hamilton's principle and then the natural frequency and critical buckling load are obtained by Navier's type solution. The determined results are in good agreement with other literatures. The detailed numerical investigation for various parameters is performed for this microsensor-microactuator. The results reveal that the microsensor-microactuator enhanced by increasing of Skempton coefficient, carbon nanotubes diameter length to thickness ratio, small scale factor, elastic foundation, surface stress constants and reduction in porous coefficient, micro-actuator voltage and CNT weight fraction. The valuable results can be expedient for micro-electro-mechanical (MEMS) and nano-electro-mechanical (NEMS) systems.
Piezoelectric energy harvesting technologies, which can be used to convert the electricity from the mechanical energy, have been developed in order to assist or power the wearable electronics. To realize non-toxic and biocompatible electronics, the lead-free (Ba0.85Ca0.15)(Ti0.90Zr0.10)O3 (BCTZ) nanoparticles (NPs) are being studied with a great attention as flexible energy harvesting device. Herein, piezoelectric hybrid nanocomposites were fabricated using BCTZ NPs-embedded poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) [P(VDF-TrFE)] matrix to improve the performance of flexible energy harvester. Output performance of the fabricated energy device was investigated by the well-optimized measurement system during the periodically bending and releasing motions. The generated open-circuit voltage and the short-circuit current of the piezoelectric hybrid nanocomposite-based energy harvester reached up to ~15 V and ~1.1 ㎂, respectively; moreover, the instantaneous power of 3.5 ㎼ is determined from load voltage and current at the external load of 20 MΩ. This research is expected to cultivate a new approach to high-performance wearable self-powering electronics.
Hajmohammad, Mohammad Hadi;Zarei, Mohammad Sharif;Farrokhian, Ahmad;Kolahchi, Reza
Advances in nano research
/
제6권4호
/
pp.299-321
/
2018
A layerwise shear deformation theory is applied in this paper for buckling analysis of piezoelectric truncated conical shell. The core is a multiphase nanocomposite reinforced by carbon nanotubes (CNTs) and carbon fibers. The top and bottom face sheets are piezoelectric subjected to 3D electric field and external voltage. The Halpin-Tsai model is used for obtaining the effective moisture and temperature dependent material properties of the core. The proposed layerwise theory is based on Mindlin's first-order shear deformation theory in each layer and results for a laminated truncated conical shell with three layers considering the continuity boundary condition. Applying energy method, the coupled motion equations are derived and analyzed using differential quadrature method (DQM) for different boundary conditions. The influences of some parameters such as boundary conditions, CNTs weight percent, cone semi vertex angle, geometrical parameters, moisture and temperature changes and external voltage are investigated on the buckling load of the smart structure. The results show that enhancing the CNTs weight percent, the buckling load increases. Furthermore, increasing the moisture and temperature changes decreases the buckling load.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.