MISTARIHI, QUSAI;UMER, MALIK A.;KIM, JOON HUI;HONG, SOON HYUNG;RYU, HO JIN
Nuclear Engineering and Technology
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제47권5호
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pp.617-623
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2015
$ZrO_2$-based composites reinforced with 6.5 vol.% of carbon foam, carbon fiber, and graphite were fabricated using spark plasma sintering, and characterized using scanning electron microscopy and X-ray diffractometry. Their thermal properties were also investigated. The microstructures of the reinforced composites showed that carbon fiber fully reacted with $ZrO_2$, whereas carbon foam and graphite did not. The carbothermal reaction of carbon fiber had a negative effect on the thermal properties of the reinforced $ZrO_2$ composites because of the formation of zirconium oxycarbide. Meanwhile, the addition of carbon foam had a positive effect, increasing the thermal conductivity from 2.86 to $3.38Wm^{-1}K^{-1}$ at $1,100^{\circ}C$. These findings suggest that the homogenous distribution and chemical stability of reinforcement material affect the thermal properties of $ZrO_2$-based composites.
This article is concerned with the overview of the activated carbon fibers. Firstly, this review provides a comprehensive survey of the overall processes for the synthesis of the activated carbon fibers from the carbonaceous materials. Subsequently, the physicochemical properties such as pore structures and surface oxygen functional groups of the activated carbon fibers were discussed in detail. Finally, as electrochemical applications of the activated carbon fibers to electrode materials for electric double-layer capacitor (EDLC), the electrochemical characteristics of the activated carbon fiber electrodes and the various methods to improve the capacitance and rate capability were introduced. In particular, the effect of pore length distribution (PLD) on kinetics of double-layer charging/discharging was discussed based upon the experimental and theoretical results in our work. And then we discussed in detail the applications of the activated carbon fibers to adsorbent materials for purification of liquid and gas.
Carbon materials have become a major interestings of research directed toward the development for anode of lithium batteries of enhanced cell capacity. The purpose of this study is to research and develop poly(p-phenylene)(PPP)-based carbon as a anode of lithium secondary batteries. We have synthesized PPP from benzen by chemical reaction. And then disordered carbon materials were obtained by heat-treating PPP in a nitrogen atmosphere at 40$0^{\circ}C$ to 100$0^{\circ}C$ for 1 hour. The carbon prepared by heat treatment showed a broad x-ray diffraction peak around 2$\theta$=23$^{\circ}$. Electrodes were charged and discharged at a current density of 0.1㎃/$\textrm{cm}^2$. Excellent reversible capacity of 275㎃h/g and 97% of charge/discharge efficiency were observed heat treated PPP-based carbon a $700^{\circ}C$.
The carbon nano-structured materials could be applied to the fields of advanced fillers, templates, electrode materials, sensor, storage, and absorption materials. The polyacrylonitrile (PAN) based carbon nano-particles provide the remarkable properties of high specific surface area, large pore volume, chemical inertness, and good mechanical stability. In this study, well-defined carbon nano-particles were obtained through pyrolysis of polyacrylonitrile based particles. The precursor nano-particles were prepared by modified aqueous dispersion polymerization using hydrophilic poly(vinyl alcohol) in a water/ N,N-dimethylformamide mixture media. Synthesized precursor nanoparticles have relatively monodisperse particles ranging 80 ~ 250nm. Stable spherical particles are obtained without coagulum or secondary particles in our system. The characteristic of the carbon nanoparticles were investigated in terms of surface area, morphology, and size distribution.
Taguchi’s experimental design was employed in the melt spinning of molten mesophase pitch to produce carbon fibers. The textures of the obtained carbon fibers were radial with varied crack angles, as observed by scanning electron microscopy and polarized optical imaging. The diameter, crack angle, preferred orientation, and tensile modulus of the produced samples were examined to investigate the influence of four spinning variables. The relative importance of the variables has been emphasized for each characteristic. The results show that thicker carbon fiber can be obtained with a smaller entry angle, a higher spinning temperature, a reduced winding speed, and an increased extrusion pressure. The winding speed was found to be the most significant factor in relation to the fiber diameter. While it was observed that thicker carbon fiber generally shows improved preferred orientation, the most important variable affecting the preferred orientation was found to be the entry angle. As the entry angle decreased from 120° to 60°, the shear flow was enhanced to induce more ordered radial alignment of crystallite planes so as to obtain carbon fibers with a higher degree of preferred orientation. As a consequence, the crack angle was increased, and the tensile modulus was improved.
The characteristics of all polymer composites containing carbon materials are determined by four factors: component properties, composition, structure and interfacial interactions. The most important filler characteristics are particle size, size distribution, specific surface area and particle shape. As a consequence, in this paper we discuss the aspects of the mechanical, electrical and thermal properties of composites with different fillers of carbon black, carbon nanotube (CNT), graphene and graphite and focus on the relationship between factors and properties, as mentioned above. Accordingly, we fabricate rubber composites that contain various carbon materials in carbon black-based and silica based-SBR matrixes with dual phase fillers and use scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, a rhometer, an Instron tensile machine, and a thermal conductivity analyzer to evaluate composites' mechanical, fatigue, thermal, and electronic properties. In mechanical properties, hardness and 300%-modulus of graphene-composite are sharply increased in all cases due to the larger specific surface. Also, it has been found that the thermal conductivity of the CNT-composite is higher than that of any of the other composites and that the composite with graphene has the best electrical properties.
Carbon materials are widely used in many areas of our lives. A fiber having a carbon content of 90% or more obtained by heating an organic fiber precursor is referred to as a "carbon fiber". Carbon fibers are currently used in the medical market to manufacture radiation transmission device parts, artificial joints, and medical aids, as many developments have been made to utilize carbon fibers' characteristics such as light weight, radiation permeability, biocompatibility, high strength, high heat resistance, thermal conductivity, and electrical conductivity. In order to maintain body temperature and increase immunity in long-lasting nuclear medical examination and treatment through the idea of convergence of carbon materials and radiation technology, the quality of medical services can be improved by utilizing carbon materials. We should be aware of the domestic carbon-based medical device industry and make efforts to contribute to the development of medical devices. As a radiation expert, we should try to use our skills and experience to find items that can be fused with medical devices to develop various nuclear medical examination fields and radiographic examination fields that can be widely applied. We should actively engage in future technology development and carbon material research to strengthen the global competitiveness of the domestic medical device industry and improve the quality of medical services.
It is known that the relative dielectric constant of insulating polyethylene matrix composites with conducting materials (such as carbon black and metal powder) increases as the conducting material content increases below the percolation threshold. Below the percolation threshold, dielectric properties show an ohmic behavior and their value is almost the same as that of the matrix. The change is very small, but its origin is not clear. In this paper, the dielectric properties of carbon black-filled polyethylene matrix composites are studied based on the effect medium approximation theory. Although there is a significant amount of literature on the calculation based on the theory of changing the parameters, an overall discussion taking into account the theory is required in order to explain the dielectric properties of the composites. Changes of dielectric properties and the temperature dependence of dielectric properties of the composites made of carbon particle and polyethylene below the percolation threshold for the volume fraction of carbon black have been discussed based on the theory. Above the percolation threshold, the composites are satisfied with the universal law of conductivity, whereas below the percolation threshold, they give the critical exponent of s = 1 for dielectric constant. The rate at which the percentages of both the dielectric constant and the dielectric loss factor for temperature increases with more volume fraction below the percolation threshold.
Carbon fibers (CFs) are considered promising composite materials for various applications. However, the high cost of CFs (as much as $26 per kg) limits their practical use in the automobile and energy industries. In this study, we developed a continuous stabilization process for manufacturing low-cost CFs. We employed a textile-grade polyacrylonitrile (PAN) fiber as a low-cost precursor and UV irradiation technique to shorten the thermal stabilization time. We confirmed that UV irradiation on the textile-grade PAN fibers could lower the initial thermal stabilization temperature and also lead to a higher reaction. These resulted in a shorter overall stabilization time and enhancement of the tensile properties of textile-grade PAN-based CFs. Our study found that only 70 min of stabilization time with UV irradiation was required to prepare textile-grade PAN-based low-cost CFs with a tensile strength of 2.37 ± 0.22 GPa and tensile modulus of 249 ± 5 GPa.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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