Fortas, Lahcene;Messai, Abderraouf;Merzouki, Tarek;Houari, Mohammed Sid Ahmed
Steel and Composite Structures
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v.43
no.1
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pp.31-54
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2022
This paper is concerned with the buckling behavior of functionally graded graphene reinforced porous nanocomposite beams based on the finite element method (FEM) using two variables trigonometric shear deformation theory. Both Young's modulus and material density of the FGP beam element are simultaneously considered as grading through the thickness of the beam. The finite element approach is developed using a nonlocal strain gradient theory. The governing equations derived here are solved introducing a 3-nodes beam element, and then the critical buckling load is calculated with different porosity distributions and GPL dispersion patterns. After a convergence and validation study to verify the accuracy of the present model, a comprehensive parametric study is carried out, with a particular focus on the effects of weight fraction, distribution pattern of GPL reinforcements on the Buckling behavior of the nanocomposite beam. The effects of various structural parameters such as the dispersion patterns for the graphene and porosity, thickness ratio, boundary conditions, and nonlocal and strain gradient parameters are brought out. The results indicate that porosity distribution and GPL pattern have significant effects on the response of the nanocomposite beams, and the results allows to identify the most effective way to achieve improved buckling behavior of the porous nanocomposite beam.
Mohammad Sadegh Tayebi;Sattar Jedari Salami;Majid Tavakolian
Structural Engineering and Mechanics
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v.85
no.4
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pp.445-459
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2023
The current investigation is the first endeavor to apply the full layerwise finite element method (FEM) in free vibration analysis of functionally graded (FG) composite plates reinforced with graphene nanoplatelets (GPLs) in thermal environment. Unlike the equivalent single-layer (ESL) theories, the layerwise FEM focuses on all three-dimensional (3D) effects. The GPLs weight fraction is presumed invariable in each layer but varies through the plate thickness in a layerwise model. The modified Halpin-Tsai model is employed to acquire the effective Young's modulus. The rule of mixtures is applied to specify the effective Poisson's ratio and mass density. First, the current method is validated by comparing the numerical results with those stated in the available works. Next, a thorough numerical study is performed to examine the influence of various factors involving the pattern of distribution, weight fraction, geometry, and size of GPLs, together with the thickness-to-span ratio, thermal environment, and boundary conditions of the plate, on its free vibration behaviors. Numerical results demonstrate that employing a small percentage of GPL as reinforcement considerably grows the natural frequencies of the pure epoxy. Also, distributing more square-shaped GPLs, involving a smaller amount of graphene layers, and vicinity to the upper and lower surfaces make it the most efficient method to enhance the free vibration behaviors of the plate.
A three-dimensional (3D) $Co_3O_4$/mildly oxidized multiwalled carbon nanotubes (moCNTs)/reduced mildly oxidized graphene oxide (rmGO) ternary composite was prepared via a simple and green hydrolysishydrothermal approach by mixing $Co(Ac)_2{\cdot}4H_2O$ with moCNTs and mGO suspension in mixed ethanol/$H_2O$. As characterized by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy, $Co_3O_4$ nanoparticles with size of 20-100 nm and moCNTs are effectively anchored in mGO. Cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge measurements were adopted to investigate the electrochemical properties of $Co_3O_4$/moCNTs/rmGO ternary composite in 6 M KOH solution. In a potential window of 0-0.6 V vs. Hg/HgO, the composite delivers an initial specific capacitance of 492 $Fg^{-1}$ at 0.5 $Ag^{-1}$ and the capacitance remains 592 $Fg^{-1}$ after 2000 cycles, while the pure $Co_3O_4$ shows obviously capacitance fading, indicating that rmGO and moCNTs greatly enhance the electrochemical performance of $Co_3O_4$.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.291.2-291.2
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2016
3D semiconductor material of silicon that is used throughout the semiconductor industry currently faces a physical limitation of the development of semiconductor process technology. The research into the next generation of nano-semiconductor materials such as semiconductor properties superior to replace silicon in order to overcome the physical limitations, such as the 2-dimensional graphene material in 2D transition-metal dichalcogenide (TMD) has been researched. In particular, 2D TMD doping without severely damage of crystal structure is required different conventional methods such as ion implantation in 3D semiconductor device. Here, we study a p-type doping technique on tungsten diselenide (WSe2) for p-channel 2D transistors by adjusting the concentration of hydrochloric acid through Raman spectroscopy and electrical/optical measurements. Where the performance parameters of WSe2 - based electronic device can be properly designed or optimized. (on currents increasing and threshold voltage positive shift.) We expect that our p-doping method will make it possible to successfully integrate future layered semiconductor devices.
The need of space-resolved x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) has developed scanning photoelectron microscopy (SPEM). SPEM provides space-resolved XPS data from a spot of a sample as well as images of specific element, chemical state, valency distribution on the surface of a sample. Based on technical advancement of tight x-ray focusing, sample positioning accuracy, and electron analyzer efficiency, SPEM is now capable of providing ~100 nm space resolution for typical XPS functionality, and SPEM has become actively applied for the investigation of chemical state, valency, and electronic structure on the surface of newly discovered materials, such as graphene layers, dichalcogenide 2D-materials, and heterogenous new functional materials.
The main purpose of this research work is to investigate the critical buckling load of functionally graded (FG) porous plates with graphene platelets (GPLs) reinforcement using generalized differential quadrature (GDQ) method at thermal condition. It is supposed that the GPL nanofillers and the porosity coefficient vary continuously along the plate thickness direction. Generally, the thermal distribution is considered to be nonlinear and the temperature changing continuously through the thickness of the nanocomposite plates according to the power-law distribution. To model closed cell FG porous material reinforced with GPLs, Halpin-Tsai micromechanical modeling in conjunction with Gaussian-Random field scheme are used, through which mechanical properties of the structures can be extracted. Based on the third order shear deformation theory (TSDT) and the Hamilton's principle, the equations of motion are established and solved for various boundary conditions (B.Cs). The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples and validity of the present study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature. A special attention is drawn to the role of GPLs weight fraction, GPLs patterns through the thickness, porosity coefficient and distribution of porosity on critical buckling load. Results reveal that the importance of thermal condition on of the critical load of FGP-GPL reinforced nanocomposite plates.
Silicene is an emerging two-dimensional (2D) semiconductor material which has been envisaged to be compatible with conventional silicon technology. This paper presents a theoretical study of uniformly doped silicene with aluminium (AlSi3) Field-Effect Transistor (FET) along with the benchmark of device performance metrics with other 2D materials. The simulations are carried out by employing nearest neighbour tight-binding approach and top-of-the-barrier ballistic nanotransistor model. Further investigations on the effects of the operating temperature and oxide thickness to the device performance metrics of AlSi3 FET are also discussed. The simulation results demonstrate that the proposed AlSi3 FET can achieve on-to-off current ratio up to the order of seven and subthreshold swing of 67.6 mV/dec within the ballistic performance limit at room temperature. The simulation results of AlSi3 FET are benchmarked with FETs based on other competitive 2D materials such as silicene, graphene, phosphorene and molybdenum disulphide.
Eyvazian, Arameh;Hamouda, Abdel Magid;Tarlochan, Faris;Mohsenizadeh, Saeid;Dastjerdi, Ali Ahmadi
Steel and Composite Structures
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v.33
no.6
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pp.891-906
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2019
This study considers the instability behavior of sandwich plates considering magnetorheological (MR) fluid core and piezoelectric reinforced facesheets. As facesheets at the top and bottom of structure have piezoelectric properties they are subjected to 3D electric field therefore they can be used as actuator and sensor, respectively and in order to control the vibration responses and loss factor of the structure a proportional-derivative (PD) controller is applied. Furthermore, Halpin-Tsai model is used to determine the material properties of facesheets which are reinforced by graphene platelets (GPLs). Moreover, because the core has magnetic property, it is exposed to magnetic field. In addition, Kelvin-Voigt theory is applied to calculate the structural damping of the piezoelectric layers. In order to consider environmental forces applied to structure, the visco-Pasternak model is assumed. In order to consider the mechanical behavior of structure, sinusoidal shear deformation theory (SSDT) is assumed and Hamilton's principle according to piezoelasticity theory is employed to calculate motion equations and these equations are solved based on differential cubature method (DCM) to obtain the vibration and modal loss factor of the structure subsequently. The effect of different factors such as GPLs distribution, dimensions of structure, electro-magnetic field, damping of structure, viscoelastic environment and boundary conditions of the structure on the vibration and loss factor of the system are considered. In order to indicate the accuracy of the obtained results, the results are validated with other published work. It is concluded from results that exposing magnetic field to the MR fluid core has positive effect on the behavior of the system.
Two-dimensional (2D) materials containing hole defects are a promising substitute for conventional nanopore membranes like silicon nitride. Hole defects on 2D materials, as atomically thin nanopores, have been used in nanopore devices, such as DNA sensor, gas sensor and purifier at lab-scale. For practical applications of 2D materials to nanopore devices, researches on characteristics of hole defects on graphene, hexagonal boron nitride and molybdenum disulfide have been conducted precisely using transmission electron microscope. Here, we summarized formation, features, structural preference and stability of hole defects on 2D materials with atomic-resolution transmission electron microscope images and theoretical calculations, emphasizing the future challenges in controlling the edge structures and stabilization of hole defects. Exploring the properties at the local structure of hole defects through in situ experiments is also the important issue for the fabrication of realistic 2D nanopore devices.
Jin, Mi-Jin;Um, Doo-Seung;Ogbeide, Osarenkhoe;Kim, Chang-Il;Yoo, Jung-Woo;Robinson, J. W. A.
Advances in nano research
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v.13
no.3
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pp.259-267
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2022
Two-dimensional (2D) transition metal carbides/nitrides or "MXenes" belong to a diverse-class of layered compounds, which offer composition- and electric-field-tunable electrical and physical properties. Although the majority of the MXenes, including Ti3C2Tx, are metallic, they typically show semiconductor-like behaviour in their percolated thin-film structure; this is also the most common structure used for fundamental studies and prototype device development of MXene. Magnetoconductance studies of thin-film MXenes are central to understanding their electronic transport properties and charge carrier dynamics, and also to evaluate their potential for spin-tronics and magnetoelectronics. Since MXenes are produced through solution processing, it is desirable to develop deposition strategies such as inkjet-printing to enable scale-up production with intricate structures/networks. Here, we systematically investigate the extrinsic negative magnetoconductance of inkjetprinted Ti3C2Tx MXene thin-films and report a crossover from weak anti-localization (WAL) to weak localization (WL) near 2.5K. The crossover from WAL to WL is consistent with strong, extrinsic, spin-orbit coupling, a key property for active control of spin currents in spin-orbitronic devices. From WAL/WL magnetoconductance analysis, we estimate that the printed MXene thin-film has a spin orbit coupling field of up to 0.84 T at 1.9 K. Our results and analyses offer a deeper understanding into microscopic charge carrier transport in Ti3C2Tx, revealing promising properties for printed, flexible, electronic and spinorbitronic device applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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