Recently, there has been a lot of researches related to two-dimensional (2D) materials due to their new properties and applications emerging upon 2D confinement. A new type of graphene like two-dimensional layer material, nitrogenated holey two-dimensional structure C2N-h2D, that is possession of evenly distributed holes and nitrogen atoms with proper bandgap has been synthesized. Previous calculation studies already have shown that the variance of the orbital interaction, band structure of few-layer C2N-h2D suggests that interlayer coupling does play an important role in its electronic properties. In this point, using first-principles density functional theory calculation, we here explore the effect of porous embedded iron atom and iron substrate on encapsulated few layer C2N-h2D. We show the atomic structures and the corresponding electronic structures of Fe@C2N to elucidate the effect of iron. Finally, this study demonstrates that embedded iron C2N has AA-stacking as most favorable stacked structure in contrast to pure C2N. In addition, iron substrate modifies its encapsulated C2N from semi-metallic states to metallic state.
With the advances in recent nanotechnology, mass transport phenomena have been receiving large attention both in academic researches and industrial applications. Nonetheless, it is not clearly determined which parameters are dominant at nanoscale mass transport. Especially, membrane is a kind of technology that use a selective separation to secure fresh water. The development of great separation membrane and membrane-based separation system is an important way to solve existing water resource problems. In this study, glass fiber-based membranes which are treated by graphene oxide (GO), poly-styrene sulfonate (GOP) and sodium dodecyl sulfate (GPS) were fabricated. Mass transport parameters were investigated in terms of material-specific and structure-specific dominance. The 3D structural information of GO, GOP, and GPS was obtained by using synchrotron X-ray nano tomography. In addition, electrostatic characteristic and water absorption rate of the membranes were investigated. As a result, we calculated internal structural information using Tomadakis-Sotrichos model, and we found that manipulation of surface characteristics can improve spacer arm effect, which means enhancement of water permeability by control length of ligand and surface charge functionality of the membrane.
A one-step high-temperature solvothermal approach to the synthesis of monolayer or bilayer $MoS_2$ anchored onto reduced graphene oxide (RGO) sheet (denoted as $MoS_2/RGO$) is described. It was found that single-layered or double-layered $MoS_2$ were synthesized directly without an extra exfoliation step and well dispersed on the surface of crumpled RGO sheets with random orientation. The prepared $MoS_2/RGO$ composites delivered a high reversible capacity of $900mAhg^{-1}$ after 200 cycles at a current density of $200mAg^{-1}$ as well as good rate capability as anode active material for lithium ion batteries. This one-step high-temperature hydrothermal strategy provides a simple, cost-effective and eco-friendly way to the fabrication of exfoliated $MoS_2$ layers deposited onto RGO sheets.
Sharbidre, Rakesh Sadanand;Byen, Ji Cheol;Yun, Gyeong Yeol;Ryu, Jae-Kyung;Lee, Chang Jun;Hong, Seong-Gu;Bramhe, Sachin;Kim, Taik Nam
한국재료학회지
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제28권11호
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pp.627-632
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2018
Two dimensional(2D) crystals, composed of a single layer or a few atomic layers extracted from layered materials are attracting researchers' interest due to promising applications in the nanoelectromechanical systems. Worldwide researchers are preparing devices with suspended 2D materials to study their physical and electrical properties. However, during the fabrication process of 2D flakes on a target substrate, contamination occurs, which makes the measurement data less reliable. We propose a dry transfer method using poly-methyl methacrylate(PMMA) for the 2D flakes to transfer onto the targeted substrate. The PMMA is then removed from the device by an N-Methyl-2-pyrrolidone solution and a critical point dryer, which makes the suspended 2D flakes residue free. Our method provides a clean, reliable and controllable way of fabricating micrometer-sized suspended 2D nanosheets.
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.
Basha, Muhammad;Daikh, Ahmed Amine;Melaibari, Ammar;Wagih, Ahmed;Othman, Ramzi;Almitani, Khalid H;Hamed, Mostafa A.;Abdelrahman, Alaa;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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제43권5호
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pp.639-660
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2022
The bending and buckling behaviours of FG-GRNC laminated sandwich plates are investigated by using novel five-variables quasi 3D higher order shear deformation plate theory by considering the modified continuum nonlocal strain gradient theory. To calculate the effective Young's modulus of the GRNC sandwich plate along the thickness direction, and Poisson's ratio and mass density, the modified Halpin-Tsai model and the rule of the mixture are employed. Based on a new field of displacement, governing equilibrium equations of the GRNC sandwich plate are solved using a developed approach of Galerkin method. A detailed parametric analysis is carried out to highlight the influences of length scale and material scale parameters, GPLs distribution pattern, the weight fraction of GPLs, geometry and size of GPLs, the geometry of the sandwich plate and the total number of layers on the stresses, deformation and critical buckling loads. Some details are studied exclusively for the first time, such as stresses and the nonlocality effect.
Based on the ideas of variational differential quadrature (VDQ) and finite element method (FEM), a numerical approach named as VDQFEM is applied herein to study the large deformations of plate-type structures under static loading with arbitrary shape hole made of functionally graded graphene platelet-reinforced composite (FG-GPLRC) in the context of higher-order shear deformation theory (HSDT). The material properties of composite are approximated based upon the modified Halpin-Tsai model and rule of mixture. Furthermore, various FG distribution patterns are considered along the thickness direction of plate for GPLs. Using novel vector/matrix relations, the governing equations are derived through a variational approach. The matricized formulation can be efficiently employed in the coding process of numerical methods. In VDQFEM, the space domain of structure is first transformed into a number of finite elements. Then, the VDQ discretization technique is implemented within each element. As the last step, the assemblage procedure is performed to derive the set of governing equations which is solved via the pseudo arc-length continuation algorithm. Also, since HSDT is used herein, the mixed formulation approach is proposed to accommodate the continuity of first-order derivatives on the common boundaries of elements. Rectangular and circular plates under various boundary conditions with circular/rectangular/elliptical cutout are selected to generate the numerical results. In the numerical examples, the effects of geometrical properties and reinforcement with GPL on the nonlinear maximum deflection-transverse load amplitude curve are studied.
Li2O-based cathodes utilizing oxide-peroxide conversion are innovative next-generation cathodes that have the potential to surpass the capacity of current commercial cathodes. However, these cathodes are exposed to severe cathode-electrolyte side reactions owing to the formation of highly reactive superoxides (Ox-, 1 ≤ x < 2) from O2- ions in the Li2O structure during charging. Succinonitrile (SN) has been used as a stabilizer at the cathode/electrolyte interface to mitigate cathode-electrolyte side reactions. SN forms a protective layer through decomposition during cycling, potentially reducing unwanted side reactions at the interface. In this study, a composite of Li2O and Ni-embedded reduced graphene oxide (LNGO) was used as the Li2O-based cathode. The addition of SN effectively thinned the interfacial layer formed during cycling. The presence of a N-derived layer resulting from the decomposition of SN was observed after cycling, potentially suppressing the formation of undesirable reaction products and the growth of the interfacial layer. The cell with the SN additive exhibited an enhanced electrochemical performance, including increased usable capacity and improved cyclic performance. The results confirm that incorporating the SN additive effectively stabilizes the cathode-electrolyte interface in Li2O-based cathodes.
The incorporation of nanoplatelets in composite and polymeric materials represents a recent and innovative approach, holding substantial promise for diverse property enhancements. This study focuses on the application of nanocomposites in the production of sports equipment, particularly soccer balls, aiming to bridge the gap between theoretical advancements and practical implications. Addressing the longstanding challenge of suboptimal interaction between carbon nanofillers and epoxy resin in epoxy composites, this research pioneers inventive solutions. Furthermore, the investigation extends into unexplored territory, examining the integration of glass fiber/epoxy composites with nanoparticles. The incorporation of nanomaterials, specifically expanded graphite and graphene, at a concentration of 25.0% by weight in both the epoxy structure and the composite with glass fibers demonstrates a marked increase in impact resistance compared to their nanomaterial-free counterparts. The research transcends laboratory experiments to explore the practical applications of nanocomposites in the design and production of sports equipment, with a particular emphasis on soccer balls. Analytical techniques such as infrared spectroscopy and scanning electron microscopy are employed to scrutinize the surface chemical structure and morphology of the epoxy nanocomposites. Additionally, an in-depth examination of the thermal, mechanical, viscoelastic, and conductive properties of these materials is conducted. Noteworthy findings include the efficacy of surface modification of carbon nanotubes in preventing accumulation and enhancing their distribution within the epoxy matrix. This optimization results in improved interfacial interactions, heightened thermal stability, superior mechanical properties, and enhanced electrical conductivity in the nanocomposite.
Bui Manh Cuong;Abdelouahed Tounsi;Do Van Thom;Nguyen Thi Hai Van;Phung Van Minh
Computers and Concrete
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제33권1호
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pp.91-102
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2024
Beam-shaped components commonly rotate along a fixed axis when massive mechanical structures like rotors, jet engine blades, motor turbines, and rotating railway crossings perform their functions. For these structures to be useful in real life, their mechanical behavior is essential. Therefore, this is the first article to use the modified shear deformation theory type hyperbolic sine functions theory and the FEM to study the static bending response of rotating functionally graded GPL-reinforced composite (FG-GPLRC) beams with initial geometrical deficiencies in thermal media. Graphene platelets (GPLs) in three different configurations are woven into the beam's composition to increase its strength. By comparing the numerical results with those of previously published studies, we can assess the robustness of the theory and mechanical model employed in this study. Parameter studies are performed to determine the effect of various geometric and physical variables, such as rotation speed and temperature, on the bending reactions of structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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