New piezoelectric and triboelectric materials for energy harvesting are being widely researched to reduce their processing cost and complexity and to improve their energy conversion efficiency. In this study, BaTiO3 films of various thickness were deposited on Ni foams by R.F. magnetron sputtering to study the piezoelectric and triboelectric properties of the porous spongy structure materials. Then piezoelectric nanogenerators (PENGs) were prepared with spongy structured BaTiO3 and PDMS composite. The output performance exhibited a positive dependence on the thickness of the BaTiO3 film, pushing load, and poling. The PENG output voltage and current were 4.4 V and 0.453 ㎂ at an applied stress of 120 N when poled with a 300 kV/cm electric field. The electrical properties of the fabricated PENG were stable even after 5,000 cycles of durability testing. The triboelectric nanogenerators (TENGs) were fabricated using spongy structured BaTiO3 and various polymer films as dielectrics and operated in a vertical contact separation mode. The maximum peak to peak voltage and current of the composite film-based triboelectric nanogenerator were 63.2 V and 6 ㎂, respectively. This study offers new insights into the design and fabrication of high output nanogenerators using spongy structured materials.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.30
no.6
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pp.381-386
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2017
A railway track generates severe levels of vibrations. In order to reduce these vibrations and to provide structural stability, various rail pads, mats, etc., are used for vibration protection. In this study, a specially designed rail pad was developed to reduce vibration and to generate electric power simultaneously, that is, by using the vibrations generated by railway cars on the track. The newly developed rail pads were tested to evaluate the characteristics of electric power by investigating the generated voltage and the current levels and patterns. In addition, we proposed an optimal laminated structure and adhesive by comparing the voltage generated by each type of adhesive required for optimal adhesion of the rail pad and the piezoelectric device.
The effects of nanotechnology and smartness on the buckling reduction of pipes are the main contributions of present work. For this ends, the pipe is simulated with classical piezoelectric polymeric cylindrical shell reinforced by armchair double walled boron nitride nanotubes (DWBNNTs), The structure is subjected to combined electro-thermo-mechanical loads. The surrounding elastic foundation is modeled with a novel model namely as orthotropic nonhomogeneous Pasternak medium. Using representative volume element (RVE) based on micromechanical modeling, mechanical, electrical and thermal characteristics of the equivalent composite are determined. Employing nonlinear strains-displacements and stress-strain relations as well as the charge equation for coupling of electrical and mechanical fields, the governing equations are derived based on Hamilton's principal. Based on differential quadrature method (DQM), the buckling load of pipe is calculated. The influences of electrical and thermal loads, geometrical parameters of shell, elastic foundation, orientation angle and volume percent of DWBNNTs in polymer are investigated on the buckling of pipe. Results showed that the generated ${\Phi}$ improved sensor and actuator applications in several process industries, because it increases the stability of structure. Furthermore, using nanotechnology in reinforcing the pipe, the buckling load of structure increases.
International journal of advanced smart convergence
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v.2
no.2
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pp.16-18
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2013
In this paper, we develop a method to design a flexible thin film audio systems utilizing Polyvinylidene fluoride. The system we designed showed the properties of increased transparency and sound pressure levels. As an input terminal transparent oxide thin film is adopted. In order to provide dielectric insulation, a transparent insulating oxide thin film is coated to obtain double -layered structure. In the range of visible light, the output from the output of the system showed an increased and improved sound pressure level. The piezoelectric polymer film of polyvinylidene fluoride (PVDF) is used to produce mechanical vibration due to the applied electrical voltage signal. An analog electric voltage signal is transformed into sound waves in the audio system.
Ha, Kang-Lyeol;Kim, Moo-Joon;Kim, Jung-Ho;Kim, Jung-Soon
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.23
no.4E
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pp.120-124
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2004
A new type of high frequency wideband ultrasonic transducer with a separation between a transmitter and a receiver was proposed and its characteristics were simulated using a PSpice model. The piezoelectric ceramic $PbTiO_{3}$ as a transmitter and the piezoelectric copolymer P(VDF- TrFE) as a receiver were used for high sensitivity and wide bandwidth, respectively. The characteristics of the focusing transducer with center frequency of approximately 35MHz fabricated in this study showed very wide bandwidth, which could give an axial spatial resolution better than $30{\mu}m$ in B-mode image for biological tissues.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.12
no.4
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pp.9-17
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1993
Three types of piezoelectric sensors to detect acoustic emission signals were developed and characterized. Epicentral displacement and velocity of a plate to have infinite boundary were calculated by convolution between a Green's function and a simulated source time function to show parabolic rising characteristic. The sensor calibration system set up was composed of a steel plate, a glass capillary, an indentor and a load cell indicator The transient elastic signals were detected by the sensors. The results were compared with the theoretical results and Fast Fourier Transformed. As the results, the sensor fabricated using a disk shape of a piezoelectric PZT element showed resonant characteristics. The sensors fabricated using a conical shape PZT element and a PVDF polymer film showed the wide band characteristics for particle displacement and velocity, respectively. The calculated results showed good agreements with the transient responses in the cases of the wide band sensors and it was confirmed that the simulated source time function had been properly assumed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.640-643
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2006
In this paper, electro-mechanical coupling of cellulose-based Electro-Active Paper (EAPap) actuator is investigated by measuring induced strain and mechanical properties with and without electric excitation. The maximum induced in-plane strain is measured at the orientation angle of 45? samples. The elastic modulus and strength of EAPap are increased with electric excitation and the orientation angle of $45^{\circ}$ samples shows the largest increment of mechanical properties. From the observations, shear piezoelectricity is considered as the major piezoelectric mode of EAPap.
This paper describes a novel tip position sensor made of a triangularly shaped piezoelectric PVDF (polyvinylidene fluoride) film for a cantilever beam. Due to the boundary condition of the cantilever beam and the spatial sensitivity function of the sensor, the charge output of the sensor is proportional to the tip position of the beam. Experimental results with the PVDF sensor were compared with those using two commercially available position sensors: an inductive sensor and an accelerometer. The resonance frequencies of the test beam, measured using the PVDF sensor, matched well with those measured with the two commercial sensors and the PVDF sensor also showed good coherence over wide frequency range, whereas the inductive sensor became poor above a certain frequency.
Sung Jae Hyoung;Eun Seo Kang;Yubin Kang;Chae Ryeong Kim;Chang Won Ahn;Byeong Woo Kim;Jae-Shin Lee;Hyoung-Su Han
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.4
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pp.433-438
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2024
Piezoelectric ceramics play an important role in various electronic applications. However, traditional ceramics are difficult to be used in some complicated structures, due to their low flexibility and high brittleness. To solve this problem, this study prepared and investigated ceramic/polymer composites that can utilize a good flexibility of polymers. Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) and 0.77(Bi1/2Na1/2)TiO3-0.23SrTiO3 (BNST23) ceramics were selected to fabricate the composites. Ceramic/polymer composites were prepared using various volume fractions of BNST23 ceramics. The distribution of piezoceramic particles in BNST23/PVDF-TrFE composites was investigated using optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). The dielectric and piezoelectric properties of the composites were significantly influenced by the volume fraction of the piezoelectric ceramics. As a result, the highest piezoelectric constant (d33) of 56 pC/N was obtained in a composites with 70% volume fraction of BNST23 ceramics. Accordingly, it is expected that BNST23/PVDF-TrFE composites can be applied to various sensor applications.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.04a
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pp.135-138
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2004
Conventional piezoelectric lead-zirconate-titanate (PZT) senor has high sensitivity, but it is very brittle. Recently polymer films such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and poly(vinylidene fluoridetrifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) copolymer have been used as a sensor. The advantages of polymer sensor are the flexibility and mechanical toughness. Simple process and possible several shapes are also additional advantages. Polymer sensor can be directly embedded in a structure. In this study, nondestructive damage sensitivity of single basalt fiber/epoxy composites was investigated with sensor type and thermal damage using AE and oscilloscope. And AE waveform for epoxy matrix with various damage types was compared to each other. The damage sensitivity of two polymer sensors was rather lower than that of PZT sensor. The damage sensitivity of PVDF sensor did not decrease until thermal damage temperature at $80^{\circ}C$ and they decreased significantly at $110^{\circ}C$ However, the damage sensitivity of P(VDF-TrFE) sensor at $110^{\circ}C$ was almost same in no damage sensor. For both top and side impacts, the difference in arrival time increased with increasing internal and surface damage density of epoxy matrix.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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