Current paper deals with thermoelastic static and free vibrational behaviors of axisymmetric thick cylinders reinforced with functionally graded (FG) randomly oriented graphene subjected to internal pressure and thermal gradient loads. The heat transfer and mechanical analyses of randomly oriented graphene-reinforced nanocomposite (GRNC) cylinders are facilitated by developing a weak form mesh-free method based on moving least squares (MLS) shape functions. Furthermore, in order to estimate the material properties of GRNC with temperature dependent components, a modified Halpin-Tsai model incorporated with two efficiency parameters is utilized. It is assumed that the distributions of graphene nano-sheets are uniform and FG along the radial direction of nanocomposite cylinders. By comparing with the exact result, the accuracy of the developed method is verified. Also, the convergence of the method is successfully confirmed. Then we investigated the effects of graphene distribution and volume fraction as well as thermo-mechanical boundary conditions on the temperature distribution, static response and natural frequency of the considered FG-GRNC thick cylinders. The results disclosed that graphene distribution has significant effects on the temperature and hoop stress distributions of FG-GRNC cylinders. However, the volume fraction of graphene has stronger effect on the natural frequencies of the considered thick cylinders than its distribution.
In recent years, the focus on vibration analysis of multilayer smart structures has attracted considerable attention in many engineering applications. In this work, vibration analysis of a three-layer microporous beam with a core amplified by a composite material reinforced with graphene platelets and two piezoelectric thin films is discussed. It is assumed that piezoelectric layers with a thickness of 0.01 core are very thin and the properties of the matrix and reinforcement vary in the thickness directions. The governing equations of motion are obtained using an energy approach and the method of numerical differential quadrature to solve them. The results of this work are compared to other research and there is good agreement between them. The influences of the volumetric weight fraction of graphene wafers, different graphene platelets distributions, porosity distribution, mass scale parameters and thin ratio of graphene platelets take into account the natural dimensionless frequencies of the micro-beam. The results of this study show that the symmetric distribution of graphene platelets based on the symmetric porosity distribution has a great influence on the natural frequencies without basic dimension of the micro-beam, while the shape ratios of graphene platelets do not have a significant influence on natural frequency changes.
A graphene-Zn/Al layered double hydroxide composite film was simultaneously prepared by electrochemical deposition on the surface of a glassy carbon electrode (G-LDH/GCE) from the mixture solution containing GO and nitrate salts of $Zn^{2+}$ and $Al^{3+}$. The modified electrode showed good electrochemical performances toward the simultaneous electrochemical detection of hydroquinone (HQ), catechol (CA) and resorcinol (RE) due to the unique properties of graphene (G) and LDH such as large active surface area, facile electronic transport and high electrocatalytic activity. The redox characteristics of G-LDH/GCE were investigated with cyclic voltammetry and differential pulse voltammetry. The well-separated oxidation peak potentials, corresponding to the oxidation of HQ, CA and RE, were observed at 0.126 V, 0.228 V and 0.620 V respectively. The amperometric response of the modified electrode exhibited that HQ can be detected without interference of CA and RE. Under the optimized conditions, the oxidation peak current of HQ is linear with the concentration of HQ from 6.0 ${\mu}M$ to 325.0 ${\mu}M$ with the detection limit of 0.077 ${\mu}M$ (S/N=3). The modified electrode was successfully applied to the direct determination of HQ in a local tap water, showing reliable recovery data.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.15
no.1
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pp.7-15
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2015
We have investigated electrical properties of graphene/Ge Schottky barrier diode (SBD) fabricated on Ge film epitaxially grown on Si substrate. When decreasing temperature, barrier height decreased and ideality factor increased, implying their strong temperature dependency. From the conventional Richardson plot, Richardson constant was much less than the theoretical value for n-type Ge. Assuming Gaussian distribution of Schottky barrier height with mean Schottky barrier height and standard deviation, Richardson constant extracted from the modified Richardson plot was comparable to the theoretical value for n-type Ge. Thus, the abnormal temperature dependent Schottky behavior of graphene/Ge SBD could be associated with a considerable deviation from the ideal thermionic emission caused by Schottky barrier inhomogeneities.
Xu, Li Xiang;Sohn, Mi Hyun;Kim, Yu Soo;Jeong, Ye Rin;Cho, Ur Ryong
Journal of the Semiconductor & Display Technology
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v.18
no.3
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pp.52-59
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2019
Styrene-butadiene rubber (SBR) composites, incorporated with graphene, molybdenum disulfide and their hybrid in different filling ratio, were fabricated by a two roll-mill. The dispersion states of all the samples' matrix were employed by carbon black dispersion tester. The curing properties of the pre-vulcanized rubber composites were investigated, after molding by heating press machine, the tensile strength, storage modulus, friction coefficient, the swelling property had also been tested according to ASTM. The composite G1M10 (filling with 1 phr graphene and 10 phr molybdenum) showed the best mechanical properties and viscoelastic properties in this research with a better filler dispersion state and more compact matrix structure.
Natural frequency behavior of graphene platelets reinforced composite (GPL-RC) joined truncated conical-cylindrical- conical shells resting on Winkler-type elastic foundation is presented in this paper for the first time. The rule of mixture and the modified Halpin-Tsai approach are applied to achieve the mechanical properties of the structure. Four different graphene platelets patterns are considered along the thickness of the structure such as GPLA, GPLO, GPLX, GPLUD. Finite element procedure according to Rayleigh-Ritz formulation has been used to solve 2D-axisymmetric elasticity equations. Application of 2D axisymmetric elasticity theory allows thickness stretching unlike simple shell theories, and this gives more accurate results, especially for thick shells. An efficient parametric investigation is also presented to show the effects of various geometric variables, three different boundary conditions, stiffness of elastic foundation, dispersion pattern and weight fraction of GPLs nanofillers on the natural frequencies of the joined shell. Results show that GPLO and BC3 provide the most rigidity that cause the most natural frequencies among different BCs and GPL patterns. Also, by increasing the weigh fraction of nanofillers, the natural frequencies will increase up to 200%.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.16
no.1
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pp.149-156
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2017
Graphene nanoplatelet (GNP)-reinforced alumina ($Al_2O_3$) is a promising material for micro-partapplications, particularly micro-nozzle shapes, because of its excellent wearresistance. In this study, a $Al_2O_3$/GNPcomposite with 15 vol% graphene nanoplatelets (GNP) was highly densified and fabricated via spark plasma sintering for micro-electrical discharge drilling (Micro-ED drilling) and the wear resistance property of the composite is evaluated via the ball-on-disk method. In addition, the diameter and shape of the micro-electrodes machined by wire electrical discharge grinding (WEDG), block electrical discharge grinding (BEDG), and new linear block moving electrical discharge grinding (LBMEDG) methods are systematically compared and analyzed to observe the micro-hole machining in the micro-ED drilling of the $Al_2O_3$/15vol% GNP composite.
The aluminum (Al)/copper oxide (CuO) complex is known as the most promising material for thermite reactions, releasing a high heat and pressure through ignition or thermal heating. To improve the reaction rate and wettability for handling safety, nanosized primary particles are applied on Al/CuO composite for energetic materials in explosives or propellants. Herein, graphene oxide (GO) is adopted for the Al/CuO composites as the functional supporting materials, preventing a phase-separation between solvent and composites, leading to a significantly enhanced reactivity. The characterizations of Al/CuO decorated on GO(Al/CuO/GO) are performed through scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and energy dispersive X-ray spectroscopy mapping analysis. Moreover, the functional bridging between Al/CuO and GO is suggested by identifying the chemical bonding with GO in X-ray photoelectron spectroscopy analysis. The reactivity of Al/CuO/GO composites is evaluated by comparing the maximum pressure and rate of the pressure increase of Al/CuO and Al/CuO/GO. The composites with a specific concentration of GO (10 wt%) demonstrate a well-dispersed mixture in hexane solution without phase separation.
Simple fabrication of a powdered Ge-reduced graphene oxide (Ge-rGO) composite via spray pyrolysis and reduction is introduced herein. Successful incorporation of the rGO nanosheets with Ge hindered the aggregation of Ge and conferred enhanced structural stability to the composite by alleviating the mechanical stress associated with drastic volume changes during repeated cycling. The Li-ion storage performance of Ge-rGO was compared with that of powdered Ge metal. The reversible discharge capacity of Ge-rGO at the $200^{th}$ cycle was $748mA\;h\;g^{-1}$ at a current density of $1.0A\;g^{-1}$ and Ge-rGO showed a capacity of $375mA\;h\;g^{-1}$ even at a high current density of $5.0A\;g^{-1}$. The excellent performance of Ge-rGO is attributed to the structural robustness, enhanced electrical conductivity, and formation of open channels between the rGO nanosheets, which facilitated electrolyte penetration for improved Li-ion diffusion.
Xuan Liu;Zhu Zhou;Hengzhang Dai;Kuang Ma;Yafei Zhang;Bin Li
Membrane and Water Treatment
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v.14
no.3
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pp.107-114
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2023
Graphene oxide (GO) membranes have attracted extensive attention in water treatment and related fields. However, GO films are unstable and have low permeability, which have hindered their further development. In this paper, a simple and effective method was used in which GO and single-layer graphene (GN) were mixed, and the layer spacing was effectively controlled by accurately controlling the ratio of GO to GN. GO-GN composite membranes have excellent stability, salt rejection (95.4%), and water flux (26 L m-2 h-1 bar-1). This unique design structure can be used for precise and effective regulation of the layer spacing in GO, improving the rejection rate, and increasing water flux via the enhancement of low-friction capillary action. The rational development and use of this unique composite membrane provides a reference for the water treatment field.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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