Based on mussel-inspired polydopamine (PDA), a novel technique to fabricate carbon nanowire (CNW) arrays is presented for a possible use of porous carbon electrode in electrochemical energy storage applications. PDA can give more porosity and nitrogen-doping effect to carbon electrodes, since it has high graphitic carbon yield characteristic and rich amine functionalities. Using such outstanding properties, the applicability of PDA for electrochemical energy storage devices was investigated. To achieve this, the decoration of the CNW arrays on carbon fiber surface was performed to increase the surface area for storage of electrical charge and the chemical active sites. Here, zinc oxide (ZnO) nanowire (NW) arrays were hydrothermally grown on the carbon fiber surface and then, PDA was coated on ZnO NWs. Finally, high temperature annealing was performed to carbonize PDA coating layers. For higher energy density, manganese oxide ($MnO_x$) nanoparticles (NPs), were deposited on the carbonized PDA NW arrays. The enlarged surface area induced by carbon nanowire arrays led to a 4.7-fold enhancement in areal capacitance compared to that of bare carbon fibers. The capacitance of nanowire-decorated electrodes reached up to $105.7mF/cm^2$, which is 59 times higher than that of pristine carbon fibers.
Carbon fiber reinforced SiC composites (C/SiC) have high-temperature stability and excellent thermal shock resistance, and are currently being applied in extreme environments, for example, as aerospace propulsion parts or in high-performance brake systems. However, their low thermal conductivity, compared to metallic materials, are an obstacle to energy efficiency improvements via utilization of regenerative cooling systems. In order to solve this problem, the present study investigated the bonding strength between carbon fiber and matrix material within ceramic matrix composite (CMC) materials, demonstrating the relation between the microstructure and bonding, and showing that the mechanical properties and thermal conductivity may be improved by treatment of the carbon fibers. When fiber surface was treated with a nitric acid solution, the observed segment crack areas within the subsequently generated CMC increased from 6 to 10%; moreover, it was possible to enhance the thermal conductivity from 10.5 to 14 W/m·K, via the same approach. However, fiber surface treatment tends to cause mechanical damage of the final composite material by fiber etching.
The composites of temperature-sensitive hydrogel and activated carbons were prepared in order to improve both the mechanical strength of hydrogel matrix and the loading capacity of drug in a hydrogel drug delivery system. The swelling of composite hydrogel was varied depending on the temperature. Both the swelling and the release behavior of the composite hydrogel were varied depending on the kind of activated carbon. The release behavior showed the high efficiency which is important for practical applications.
Seo, Min-Kang;Choi, Kyeong-Eun;Min, Byung-Gak;Park, Soo-Jin
Carbon letters
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v.9
no.3
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pp.218-231
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2008
Carbon fibers are a new breed of high-strength materials which have been described as a fiber containing at least 90% carbon obtained by the controlled pyrolysis of appropriate fibers. Carbon fiber composites are ideally suited to applications where strength, stiffness, lower weight, and outstanding fatigue characteristics are critical requirements. They also can be used in the occasion where high temperature, chemical inertness and high damping are important. In recent decades, carbon fibers have found wide applications in commercial and civilian aircraft, recreational, industrial, and transportation markets. Therefore, understanding the basic structure, synthesis and physicochemical properties of carbon fibers is very important to apply them as a precursor of above applications. This review paper discuss the general information and manufacture technique of carbon fibers used for improving the performance of composite materials in various industries for the present.
In the present study, fast isothermal stabilization processes for rayon precursor fabrics were performed at $350^{\circ}C$ and $400^{\circ}C$ within 3 minutes and the chemical and physical characteristics of the stabilized fabrics were investigated. In addition, rayon precursor fabrics were pre-treated with three different phosphorous-based flame retardants and then stabilized. The effect of flame retardants on the chemical composition, thermal shrinkage, weight change, thermal stability and XRD results was examined, comparing with those of the precursor fabrics. The result showed that the stabilization of rayon fabrics was most effective as the stabilization temperature was $350^{\circ}C$, the stabilization time was 3 min, and the pre-treatment with phosphoric acid of 1 vol%. The carbon contents of stabilized rayon fabrics were increased with increasing stabilization temperature and time, whereas the oxygen contents were decreased. Also, it is likely that the pre-treatment with phosphoric acid plays a role in retarding the change of chemical structure of rayon fabric. The XRD result was quite consistent with the result showing the effect of phosphoric acid on the chemical composition, thermal shrinkage and weight reduction of rayon fabric.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2012.05a
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pp.408-410
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2012
In this study, High temperature properties of carbon fiber reinforced composites is performed using strand specimens and resin specimens. As for the tensile test at the different temperature, the tensile modulus of resin specimens decreases slightly until the temperature reaches the glass transition temperature. but the tensile modulus of strand specimens maintains tensile modulus at the room temperature. The tensile strength of resin and strand specimens decreases rapidly until the temperature reaches the glass transition temperature.
Kim, Dave;Beal, Aaron;Kang, Kiweon;Kim, Sang-Young
Carbon letters
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v.23
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pp.1-8
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2017
Polycrystalline diamond (PCD) tools possessing high hardness and abrasive wear resistance are particularly suited for drilling of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) composites, where tool life and consistent hole quality are important. While PCD presents superior performance when drilling CFRP, it is unclear how it performs when drilling multi-stack materials such as CFRP-titanium (Ti) stacks. This comparative study aims to investigate drilling of a Ti plate stacked on a CFRP panel when using PCD tools. The first sequence of the drilling experiments was to drill 20 holes in CFRP only. CFRP-Ti stacks were then drilled for the next 20 holes with the same drill bit. CFRP holes and CFRP-Ti stack holes were evaluated in terms of machined hole quality. The main tool wear mechanism of PCD drills is micro-fractures that occur when machining the Ti plate of the stack. Tool wear increases the instability and the operation temperature when machining the Ti plate. This results in high drilling forces, large hole diameter errors, high surface roughness, wider CFRP exit thermal damage, and taller exit Ti burrs.
Friction and wear behavior of a carbon/carbon composite material for aircraft brake material was experimentally investigated. Friction and wear test setup was designed and built for the experiment. Friction and wear tests were conducted under various sliding conditions. Friction coefficients were measured and processed by a data acquisition system and amount of wear measured by a balance. Stainless steel disk was used as the counterface material. Temperature was also measured by inserting thermocouple 2.5 mm beneath the sliding surface of the carbon/carbon composite specimen. Wear surfaces were observed by SEM, and analyzed by EDAX. The experimental results showed that sliding speed and normal force did not have significant effects on friction coefficient and wear factor of the composite. Temperature increase just below the surface was not large enough to cause any thermal degradation or oxidation which occurred at higher temperature when tested by TGA. Wear film was generated both on the specimen and on the counterface at relatively low sliding speed but cracks, grooves, and wear debris were observed at high sliding speed. Friction coefficient remained almost constant when the sliding speed or normal load was varied. It is believed that the adhesive and abrasive components contributed mainly to the friction coefficient. Wear behavior at low sliding speed was governed by wear film formation and adhesive wear mechanism. At high speed, fiber orientation, ploughing by counterface asperities, and fiber breakage dominated wear of the carbon/carbon composite.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.20
no.6
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pp.740-744
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2011
Carbon-carbon composite material is the reinforced carbon fiber. Because of its high strength, elasticity and the excellent heat-resisting property in high temperature, carbon-carbon composite material has been used in many fields such as aerospace and automotive industries, etc. Especially, aircraft brake discs used at aerospace can be cracked due to its fatigue and vibration under various loading condition. This research is focused on the influence of the vibration of carbon-carbon composite material by using accelerometer with impact hammer excitation. And the change of vibration mode will be known by applying tensile loading test.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.6
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pp.567-573
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2015
This paper aims to evaluate the variation in the mechanical properties of carbon/epoxy composites under in situ low- and high-temperature environments. In situ low- and high-temperature environments were simulated with temperature ranging from $-40^{\circ}C$ to $220^{\circ}C$ using an environmental chamber and furnace. The variation in the mechanical properties of the composites was measured for longitudinal and transverse tensile properties, in-plane shear properties and interlaminar shear strength. Under the low temperature of $-40^{\circ}C$, all mechanical properties increased moderately compared to the baseline properties measured at room temperature. The changes in the longitudinal tensile properties decreased moderately with increasing temperature. However, transverse tensile properties, in-plane shear properties and interlaminar shear strength each showed a significant drop due to the glass transition behavior of the matrix after $140^{\circ}C$. Notably, the tensile property value near $100^{\circ}C$ increased compared to baseline property value, which was an unusual occurrence. This behavior was a direct result of post-curing of the epoxy resin due to its exposure to high temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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