Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.6
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pp.113-120
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2007
Chemical vapor deposition (CVD) is one of the various synthesis methods that have been employed for carbon nanotube (CNT) growth. In particular, Ren et al reported that large areas of vertically aligned multi-wall carbon nanotubes could be grown using a direct current (dc) PECVD system. The synthesis of CNT requires a metal catalyst layer, etchant gas, and a carbon source. In this work, the substrates consists of Si wafers with Ni-deposited film. Ammonia $NH_3$) and acetylene ($C_2H_2$) were used as the etchant gases and carbon source, respectively. Pretreated conditions had an influence on vertical growth and density of CNTs. And patterned growth of CNTs could be achieved by lithographical defining the Ni catalyst prior to growth. The length of single CNT was increased as niclel dot size increased, but the growth rate was reduced when nickel dot size was more than 200 nm due to the synthesis of several CNTs on single Ni dot. The morphology of the carbon nanotubes by TEM showed that vertical CNTs were multi-wall and tip-type growth mode structure in which a Ni cap was at the end of the CNT.
This paper investigates the effect of linear and non-linear distribution of carbon nanotube volume fraction in the FG-CNTRC beams on the critical buckling by using higher-order shear deformation theories. Here, the material properties of the CNTRC beams are assumed to be graded in the thickness direction according to a new exponential power law distribution in terms of the carbon nanotube volume fractions. The single-walled carbon nanotube is aligned and distributed in the polymeric matrix with different patterns of reinforcement; the material properties of the CNTRC beams are described by using the rule of mixture. The governing equations are derived through using Hamilton's principle. The Navier solution method is used under the specified boundary conditions for simply supported CNTRC beams. The mathematical models provided in this work are numerically validated by comparison with some available results. New results of critical buckling with the non-linear distribution of CNT volume fraction in different patterns are presented and discussed in detail, and compared with the linear distribution. Several aspects of beam types, CNT volume fraction, exponent degree (n), aspect ratio, etc., are taken into this investigation. It is revealed that the influences of non-linearity distribution in the beam play an important role to improve the mechanical properties, especially in buckling behavior. The results show that the X-Beam configuration is the strongest among all different types of CNTRC beams in supporting the buckling loads.
Carbon nanotubes have exceptional mechanical, thermal and electrical properties, and are considered for high performance structural and multifunctional composites. In the present study, the natural frequencies of aligned single walled carbon nanotube (CNT) reinforced composite beams are obtained using shear deformable composite beam theories. The Ritz method with algebraic polynomial displacement functions is used to solve the free vibration problem of composite beams. The Mori-Tanaka method is applied to find the composite beam mechanical properties. The continuity conditions are satisfied among the layers by modifying the displacement field. Results are found for different CNT diameters, length to thickness ratio of the composite beam and different boundary conditions. It is found that the use of smaller CNT diameter in the reinforcement element gives higher fundamental frequency for the composite beam.
Kim, Man-Tae;Rhee, Kyong-Yop;Kim, Hyeon-Ju;Jung, Dong-Ho
Carbon letters
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v.13
no.3
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pp.187-189
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2012
This study investigates the flexural properties of multi-walled carbon nanotube (MWCNT) reinforced basalt/epoxy composites under conditions with and without moisture absorption. The basalt/CNT/epoxy composites were fabricated using 1 wt% silanized MWCNTs and kept in seawater for over 4 months. The flexural properties of the moisture absorbed specimens were evaluated and compared with those of dry specimens. The flexural properties of basalt/CNT/epoxy composites were found to decrease with moisture absorption. The flexural strength and modulus of moisture absorbed specimens were 22% and 16% lower, respectively, than those of the dry specimen. Scanning electron microscope examination of the fracture surfaces revealed that the decreases of flexural properties in the moisture absorbed specimen were due to the weakening of interfacial bonding from swelling of the epoxy matrix.
Jae-Moon Jeong;Jingyao Dai;Luiz Acauan;Hyunsoo Hong;Brian L. Wardle;Seong Su Kim
Composites Research
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v.37
no.5
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pp.369-374
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2024
In this study, CNT volume fraction, gas permeability, and electrical conductivity of horizontally aligned carbon nanotube (HACNT) nanocomposites were measured and analyzed according to the dilution ratio of epoxy and acetone and the applied pressure. The CNT volume fraction increased with decreasing dilution ratio and increasing pressure, indicating that the viscosity of the epoxy and pressure conditions play an important role in filling the gaps between the CNTs. Gas permeability decreases with increasing pressure, showing that higher pressure effectively improves gas barrier properties. As the dilution ratio decreased and the pressure increased, the electrical conductivity tended to increase, which can be interpreted because of strengthening the electrical connection between CNTs. This study provides important insights for various applications by suggesting the optimal dilution ratio and pressure conditions to achieve the highest performance of HACNT nanocomposites.
Kang, In-Pil;Schulz Mark J.;Choi, Gyeong-Rak;Choi, Yeon-Sun;Lee, Jong-Won
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.7
s.112
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pp.762-768
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2006
To address the need for new intelligent sensing of systems, this study presents a novel strain sensor based on piezoresistivity of carbon nanotube (CNT) and its nanocomposites. Fabrication and characterization of the carbon nanocomposite material are discussed and an electrical model of the CNT strain sensor was derived based on electrochemical impedance spectroscopy analysis and strain testing. The dynamic response of the sensor on a vibrating beam was simulated using numerical analysis and it was compared with experimental test. The simulation showed good agreement with the strain response of the actual sensor.
Kang, In-Pil;Schulz, Mark J.;Lee, Jong-Won;Choi, Gyeong-Rak;Choi, Yeon-Sun
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.930-935
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2006
To address the need for new intelligent sensing of systems, this study presents a novel strain sensor based on peizoresistivity of carbon nanotube (CNT) and its nanocomposites. Fabrication and characterization of the carbon nanocomposite material are discussed and an electrical model of the CNT strain sensor was derived based on electrochemical impedance spectroscopy analysis and strain testing. The dynamic response of the sensor on a vibrating beam was simulated using numerical analysis and it was compared with experimental test. The simulation showed good agreement with the strain response of the actual sensor.
In various fields, several studies based on carbon nanotubes (CNTs) have been conducted. The results of previous studies, wherein CNT coatings have been incorporated as solid lubricants, demonstrate that the friction and wear characteristics of CNT coatings can be improved through the absorption/dispersion of the contact pressure by controlling the stiffness of the nanomesh structure comprising CNT strands. In this study, the friction and wear characteristics of the following are compared: CNT coating formed by spin coating of CNT solution, compressed CNT coating, and compressed/heated CNT coating (wherein CNT strands are squeezed through compression and/or heating). It is observed that the friction coefficient of the CNT coating having the largest number of voids between the CNT strands is significantly lower than those of the compressed CNT coating and the compressed/heated CNT coating. The wear tracks of the compressed CNT coating and the compressed/heated CNT coating indicate that some parts become torn or adhere into a lump. However, in the case of the CNT coating, a smooth wear surface is formed by rubbing. Furthermore, as the void space between the squeezed and adhered CNT strands decreases, the resistance to structural deformation increases, thereby resulting in an increased frictional force and a wear pattern that becomes torn or forms a lump. Hence, the results obtained from this study corroborate that the friction and wear characteristics of CNT coatings can be enhanced through the absorption/dispersion of the contact pressure by controlling the stiffness of the nanomesh structure of CNT coatings.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.10a
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pp.42-45
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2003
Nondestructive damage sensing and mechanical properties for acid-treated carbon nanotube (CNT) and nanofiber (CNF)/epoxy composites were investigated using electro-micromechanical technique and acoustic emission (AE). Carbon black (CB) was used to compare to CNT and CNF. The results were compared to the untreated case. The fracture of carbon fiber was detected by nondestructive acoustic emission (AE) relating to electrical resistivity under double-matrix composites test. Sensing for fiber tension was performed by electro-pullout test under uniform cyclic strain. The sensitivity for fiber damage such as fiber fracture and fiber tension was the highest for CNT/epoxy composites. Reinforcing effect of CNT obtained from apparent modulus measurement was the highest in the same content. For surface treatment case, the damage sensitivity and reinforcing effect were higher than those of the untreated case. The results obtained from sensing fiber damage were correlated with the morphological observation of nano-scale structure using FE-SEM. The information on fiber damage and matrix deformation and reinforcing effect of carbon nanocomposites could be obtained from electrical resistivity measurement as a new concept of nondestructive evaluation.
Carbon nanotubes (CNTs) have exceptional mechanical, electrical, and thermal properties compared with those of commercialized high-performance fibers. For use in the form of fabrics that can maintain such properties, individual CNTs should be held together in fibers or made into yarns twisted out of the fibers. Typical methods that are used for such purposes include (a) surfactant-based coagulation spinning, which injects a polymeric binder between CNTs to form fibers; (b) liquid-crystalline spinning, which uses the nature of CNTs to form liquid crystals under certain conditions; (c) direct spinning, which can produce CNT fibers or yarns at the same time as synthesis by introducing a carbon source into a vertical furnace; and (d) forest spinning, which draws and twists CNTs grown vertically on a substrate. However, it is difficult for those CNT fibers to express the excellent properties of individual CNTs as they are. As solutions to this problem, post-treatment processes are under development for improving the production process of CNT fibers or enhancing their properties. This paper discusses the recent methods of fabricating CNT fibers and examines some post-treatment processes for property enhancement and their applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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