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학술저널
저자정보
Jo Soo-Ho (Department of Mechanical and Aerospace Engineering Seoul National University Seoul 08826 Republic of Korea) Yoon Heonjun (School of Mechanical Engineering Soongsil University Seoul 06978 Republic of Korea) Shin Yong Chang (Department of Mechanical and Aerospace Engineering Seoul National University Seoul 08826 Republic of Korea) Choi Wonjae (Korea Research Institute of Standards and Science) Youn Byeng D (Department of Mechanical and Aerospace Engineering Seoul National University Seoul 08826 Republic of KoreaInstitute of Advanced Machines and Design Seoul National University Seoul 08826 Republic of Ko) 김미소 (성균관대학교)
저널정보
나노기술연구협의회 Nano Convergence Nano Convergence Vol.9 No.29
발행연도
2022.6
수록면
1 - 11 (11page)
DOI
10.1186/s40580-022-00321-x

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This study proposes a phononic crystal (PnC) with triple defects in an L-shape arrangement for broadband piezoelectric energy harvesting (PEH). The incorporation of defects in PnCs has attracted significant attention in PEH fields owing to properties such as energy localization and amplification near the defect. Several studies have been conducted to enhance output electric power of PnC-based PEH systems with single defects. However, it is susceptible to the limitations of narrow bandwidth. Recently, double-defect-incorporated systems have been proposed to widen the PEH bandwidth via defect-band splitting. Nevertheless, the PEH performance rapidly decreases in the frequency range between the split defect bands. The limitations of single- and double-defect-incorporated systems can be resolved by the incorporation of the proposed design concept, called the L-shape triple defects in a PnC. The isolated single defect at the top vertex of the letter ‘L’ compensates for the limitations of double-defect-incorporated systems, whereas the double defects at the bottom vertices compensate for the limitations of the single-defect-incorporated systems. Hence, the proposed design can effectively confine and harvest elastic-wave energy over broadband frequencies while enhancing the application of single and double defects. The effectiveness of the proposed design concept is numerically validated using the finite element method. In the case of a circular hole-type PnC, it is verified that the PnC with L-shape triple defects broadens the bandwidth, and improves the output voltage and electric power compared with those of single- and double-defect-incorporated systems. This study expands the design space of defect-incorporated PnCs and might shed light on other engineering applications of the frequency detector and elastic wave power transfer.
#Phononic crystal #Band gap #Multiple defects #Defect band #Energy localization #Piezoelectric energy harvesting #Broadband

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