Size-sorted graphene nanoplatelets are highly desired for fundamental research and technological applications of graphene. Here we show a facile approach for fabricating size-sorted graphene oxide (GO) nanoplatelets by a simple centrifugal method using different dispersion solvents. We found that the small-sized GO nanoplatelets were more effectively separated when dispersed in water or dimethylformamide (DMF) than in an alkali aqueous solution. After several iterations of the centrifugation, the sizes of GO in the supernatant solution were mostly several micrometers. We found that the GO area was not strongly correlated with the C-O content of the GO dispersed in water. However, the size-sorted GO nanoplatelets in DMF showed different C-O content, since DMF can reduce GO nanoplatelets during exfoliation and centrifugation processes.
An, Jung-Chul;Lee, Eun Jung;Yoon, So-Young;Lee, Seong-Young;Kim, Yong-Jung
Carbon letters
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제26권
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pp.81-87
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2018
Morphological differences in multi-layered graphene flakes or graphene nanoplatelets prepared by oxidative (rGO-NP, reduced graphene oxide-nanoplatelets) and non-oxidative (GIC-NP, graphite intercalation compound-nanoplatelets) routes were investigated with various analytical methods. Both types of NPs have similar specific surface areas but very different structural differences. Therefore, this study proposes an effective and simple method to identify structural differences in graphene-like allotropes. The adsorptive potential peaks of rGO-NP attained by the density functional theory method were found to be more scattered over the basal and non-basal regions than those of GIC-NP. Raman spectra and high resolution TEM images showed more distinctive crystallographic defects in the rGO-NP than in the GIC-NP. Because the R-ratio values of the edge and basal plane of the sample were maintained and relatively similar in the rGO-NP (0.944 for edge & 1.026 for basal), the discrepancy between those values in the GIC-NP were found to be much greater (0.918 for edge & 0.164 for basal). The electrical conductivity results showed a remarkable gap between the rGO-NP and GIC-NP attributed to their inherent morphological and crystallographic properties.
In this work, the reduced graphene nanosheets were synthesized from pre-exfoliated graphite flakes. The pristine graphite flakes were firstly pre-exfoliated to graphite nanoplatelets in the presence of acetic acid. The obtained graphite nanoplatelets were treated by Hummer's method to produce graphite oxide sheets and were finally exfoliated to graphene nanosheets by ultrasonication and reduction processes. The prepared graphene nanosheets were studied by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), and transmission electron microscopy (TEM). From the results, it was found that the preexfoliation process showed significant influence on preparation of graphite oxide sheets and graphene nanosheets. The prepared graphene nanosheets were applied to the preparation of conductive materials, which yielded a greatly improved electrical resistance of $200{\Omega}/sq$.
This paper investigates dynamic characteristics of a graphene nanoplatelets reinforced composite (GNPRC) sandwich doubly curved shell based on the first-order shear deformation theory (FSDT) and Hamilton's principle. The sandwich doubly curved shell is fabricated from a core made of honeycomb materials sandwiched by composite GNPs reinforced face-sheets. Effective materials properties of composite face-sheets are assumed to vary based on Halpin-Tsai micromechanical models and rule of mixture. Furthermore, the material properties of honeycomb core are estimated using Gibson's formula. The fundamental frequencies of the shell are computed with changes of main geometrical and material properties such as amount and distribution type of graphene nanoplatelets, side length ratio, thickness to length ratio of and side length ratio of honeycomb. The Navier's technique is presented to obtain responses. Accuracy and trueness of the present model and analytical solution is confirmed through comparison of the results with available results in literature. It is concluded that an increase in thickness to length ratio yields a softer core with lower natural frequencies. Furthermore, increase in height to length ratio leads to significant decrease in natural frequencies.
In this paper, the modified couple stress theory (MCST) and first order shear deformation theory (FSDT) are employed to investigate the free vibration and bending analyses of a three-layered micro-shell sandwiched by piezoelectric layers subjected to an applied voltage and reinforced graphene nanoplatelets (GPLs) under external and internal pressure. The micro-shell is resting on an elastic foundation modeled as Pasternak model. The mixture's rule and Halpin-Tsai model are utilized to compute the effective mechanical properties. By applying Hamilton's principle, the motion equations and associated boundary conditions are derived. Static/ dynamic results are obtained using Navier's method. The results are validated with the previously published works. The numerical results are presented to study and discuss the influences of various parameters on the natural frequencies and deflection of the micro-shell, such as applied voltage, thickness of the piezoelectric layer to radius, length to radius ratio, volume fraction and various distribution pattern of the GPLs, thickness-to-length scale parameter, and foundation coefficients for the both external and internal pressure. The main novelty of this work is simultaneous effect of graphene nanoplatelets as reinforcement and piezoelectric layers on the bending and vibration characteristics of the sandwich micro shell.
탄소기반 판상형 나노재료인 산화 그래핀(GO)과 나노 흑연(GNP)은 고분자재료에 전기 전도성을 부여하기 위한 복합재료용 나노필러로 사용되고 있다. 본 연구에서는 폴리스티렌(PS)에 나노필러를 첨가한 PS/GO와 PS/GNP 나노복합재료를 라텍스 기법으로 제조한 다음 유변학적, 전기적 물성을 비교 고찰하였다. PS 입자는 무유화제 유화중합으로 중합하였으며, GO는 흑연으로부터 modified Hummers 방법으로 합성하였다. 친수성인 GO는 첨가제 없이 PS 수성 현탁액에 분산하였으며, GNP는 분산성을 높이기 위해 계면활성제를 첨가하여 분산하였다. 나노필러에 따른 유변물성은 GO가 GNP에 비해 높게 나타났는데, GO는 단일층으로 분산이 가능한 반면, GNP는 다수의 층이 겹쳐진 형태이므로 나노 규모의 균질한 분산을 이루지 못하기 때문이다. 전도성 통로가 형성되는 지점인 전기적 임계점은 PS/GO, PS/GNP 나노복합재료에 대하여 각각 0.50, 5.82 wt%로 나타났다. PS/GO 나노복합재료가 우수한 전기 전도도를 보여주는 이유는 성형 시 열처리에 의해 GO가 환원되기 때문이다.
In the present work, capability of thymolphthalein-grafted graphene oxide, which was successfully synthesized in this study, in stabilization of polypropylene against thermal oxidation were investigated and compared with that of SONGNOX 1010, a commercially used phenolic antioxidant for the polymer. The modified graphene oxide were incorporated into polypropylene via melt mixing. State of distribution of the nanoplatelets in the polymer matrix was examined using scanning electron microscopy and was shown to be homogeneous. Measurements of oxidation onset temperature and oxidative induction time revealed that thymolphthalein-grafted graphene oxide modifies thermo-oxidative stability of the polymer in the melt state remarkably. However, the efficiency of the nanoplatelets in stabilization of polypropylene against thermal oxidation in melt state was shown to be inferior to that of SONGNOX 1010. Furthermore, oven ageing experiments followed by Fourier transform infrared spectroscopy showed that the modified graphene oxide improves thermo-oxidative stability of the polymer strongly in the solid state, so that its stabilization efficiency is comparable to that of SONGNOX 1010.
Kim, Minjae;Kim, Yeongseon;Baeck, Sung Hyeon;Shim, Sang Eun
Carbon letters
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제16권1호
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pp.34-40
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2015
In this study, in order to improve the thermal and electrical properties of epoxy/graphene nanoplatelets (GNPs), surface modifications of GNPs are conducted using silane coupling agents. Three silane coupling agents, i.e. 2-(3,4-epoxycyclohexyl)-ethyltrimethoxysilane (ETMOS), 3-glycidoxypropyltriethoxysilane (GPTS), and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS), were used. Among theses, GPTMS exhibits the best modification performance for fabricating GNP-incorporated epoxy composites. The effect of the silanization is evaluated using transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis, and energy dispersive X-ray spectroscopy. The electrical and thermal conductivities are characterized. The epoxy/silanized GNPs exhibits higher thermal and electrical properties than the epoxy/raw GNPs due to the improved dispersion state of the GNPs in the epoxy matrix. The TEM microphotographs and Turbiscan data demonstrate that the silane molecules grafted onto the GNP surface improve the GNP dispersion in the epoxy.
Neda Asadi;Hadi Arvin;Yaghoub Tadi Beni;Krzysztof Kamil Zur
Steel and Composite Structures
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제51권4호
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pp.457-471
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2024
In this research, for the first time the instability boundaries for a spinning shaft reinforced with graphene nanoplatelets undergone the principle parametric resonance are determined and examined taking into account the gyroscopic effect. In this respect, the extracted equations of motion in our previous research (Ref. Asadi et al. (2023)) are implemented and efficiently upgraded. In the upgraded discretized equations the effect of the Rayleigh's damping and the varying spinning speed is included that leads to a different dynamical discretized governing equations. The previous research was about the free vibration analysis of spinning graphene-based shafts examined by an eigen-value problem analysis; while, in the current research an advanced mechanical analysis is addressed in details for the first time that is the dynamics instability of the aforementioned shaft subjected to the principal parametric resonance. The spinning speed of the shaft is considered to be varied harmonically as a function of time. Rayleigh's damping effect is applied to the governing equations in order to regard the energy loss of the system. Resorting to Bolotin's route, Floquet theory and β-Newmark method, the instability region and its accompanied boundaries are defined. Accordingly, the effects of the graphene nanoplatelet on the instability region are elucidated.
The nonlocal strain gradient theory for the static bending analysis of graphene nanoplatelets (GPLs) reinforced the nanoplate is developed in this paper. The nanoplatelet is exposed to thermo-mechanical loads and is also supposed to stand on an elastic foundation. For computing impressive composite material characteristics, the Halpin-Tsai model is selected for various sectors. The various distributions are propounded including UD, FG-O, and FG-X. The represented equations are acquired based on the virtual work and sinusoidal shear and normal deformation theory (SSNDT). Navier's solution as the analytical method is applied to solve these equations. Furthermore, the effects of GPL weight fraction, temperature parameters, distribution pattern and parameters of the foundation are presented and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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