The transfer assembly (or transfer printing) technique is a promising method for fabricating multi-scale structures on various substrates including semiconductors and polymers, and has been applied to fabrication of flexible devices with superior performance to conventional organic flexible devices. The mechanical behaviors of the structures fabricated by the transfer assembly is a very important information for design and reliability evaluation purpose, but the measurement of the behaviors is difficult since their critical-dimensions are very tiny. In this study, Au films with nano-scale thickness were fabricated on a silicon substrate and their mechanical properties were measured using micro-tensile test. The Au films on the silicon substrate were then transferred to a PDMS substrate using the transfer assembly technique. Self-assembled monolayer (SAM) with a thiol group was used to enhance the transfer of Au films, and the mechanical behaviors were characterized using wrinkle-based test. The test results from micro-tensile and wrinkle-based test are compared to each other, and their implication to the transfer assembly technique is discussed.
Srivatsan, T.S.;Manigandan, K.;Godbole, C.;Paramsothy, M.;Gupta, M.
Advances in materials Research
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제1권3호
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pp.169-182
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2012
In this paper the intrinsic influence of micron-sized nickel particle reinforcements on microstructure, micro-hardness tensile properties and tensile fracture behavior of nano-alumina particle reinforced magnesium alloy AZ31 composite is presented and discussed. The unreinforced magnesium alloy (AZ31) and the reinforced nanocomposite counterpart (AZ31/1.5 vol.% $Al_2O_3$/1.5 vol.% Ni] were manufactured by solidification processing followed by hot extrusion. The elastic modulus and yield strength of the nickel particle-reinforced magnesium alloy nano-composite was higher than both the unreinforced magnesium alloy and the unreinforced magnesium alloy nanocomposite (AZ31/1.5 vol.% $Al_2O_3$). The ultimate tensile strength of the nickel particle reinforced composite was noticeably lower than both the unreinforced nano-composite and the monolithic alloy (AZ31). The ductility, quantified by elongation-to-failure, of the reinforced nanocomposite was noticeably higher than both the unreinforced nano-composite and the monolithic alloy. Tensile fracture behavior of this novel material was essentially normal to the far-field stress axis and revealed microscopic features reminiscent of the occurrence of locally ductile failure mechanisms at the fine microscopic level.
Mirjavadi, Seyed Sajad;Forsat, Masoud;Barati, Mohammad Reza;Hamouda, AMS
Steel and Composite Structures
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제36권1호
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pp.63-74
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2020
The present research investigates post-buckling behavior of geometrically imperfect tapered curved micro-panels made of graphene oxide powder (GOP) reinforced composite. Micro-scale effects on the panel structure have been included based on strain gradient elasticity. Micro-panel is considered to be tapered based on thickness variation along longitudinal direction. Weight fractions of uniformly and linearly distributed GOPs are included in material properties based on Halpin-Tsai homogenization scheme considering. Post-buckling curves have been determined based on both perfect and imperfect micro-panel assumptions. It is found that post-buckling curves are varying with the changes of GOPs weight fraction, geometric imperfection, GOP distribution type, variable thickness parameters, panel curvature radius and strain gradient.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제4권1호
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pp.37-43
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2010
Theoretical models based on modern interpretations of the morphology and interactions of cement hydration products are developed for prediction of the mechanical properties of hydrated cement paste (hcp). The models are based on the emerging nanostructural vision of calcium silicate hydrate (C-S-H) morphology, and account for the intermolecular interactions between nano-scale calcium C-S-H particles. The models also incorporate the effects of capillary porosity and microcracking within hydrated cement paste. The intrinsic modulus of elasticity and tensile strength of hydrated cement paste are determined based on intermolecular interactions between C-S-H nano-particles. Modeling of fracture toughness indicates that frictional pull-out of the micro-scale calcium hydroxide (CH) platelets makes major contributions to the fracture energy of hcp. A tensile strength model was developed for hcp based on the linear elastic fracture mechanics theories. The predicted theoretical models are in reasonable agreements with empirical models developed based on the experimental performance of hcp.
재료에 가해지는 하중에 따른 변형정도를 측정하는 연속압입시험은 비파괴적으로 재료의 기계적 물성을 직접 평가할 수 있는 기법으로, 하충의 범위에 따라 macro, micro 그리고 nano의 세 범위로 나눌 수 있다. Macro 범위는 kgf 영역에서 사용되어, 국부 영역의 인장물성과 신뢰성 저하의 주요 원인인 잔류응력을 구할 수 있으며, 최근에는 국내기술에 의해 관련 기기와 기술이 개발되었다. 산업구조물, 사용중인 배관 등 기존 시험법으로는 평가하기 힘든 소재의 신뢰성 평가에 많은 활용이 이루어지고 있다. Micro 범위는 gf 영역으로, macro 범위보다 높은 분해능에 의해 용접부 등 물성 구배가 존재하는 재료에 사용된다. 한편 mgf 영역의 극미소하중에 적용되는 nanoindentation technique은 기본적으로 경도와 탄성계수를 구할 수 있으며, 잔류응력, 인장물성 등을 유도하는 연구가 진행중이다. 반도체 재료, 다 상 재료, 바이오 소재 등에서 많은 활용이 이루어지고 있으며, 그 수요가 급격히 증가하고 있는 추세이다. 이러한 연구 들올 바탕으로 하여 국제 표준 규격 및 국내 표준 규격의 제정이 추진 중이다.
The classical continuum theory-based thin film model is independent of their size and the surface effect can be ignored. But the surface to bulk ratio becomes very large in nano-size structures such as nano film, nano wire and nano beam. In this case, surface effect plays an important role and its contribution of the surface effect must be considered. Molecular dynamics simulation has been a conventional way to analyze these ultra-thin structures but structures in the range between submicro and micro are difficult to analyze by classical molecular dynamics due to the restriction of computing resources and time. Therefore, in present study, the continuum-based method is considered to predict the overall physical and mechanical properties of the structures in nano-scale, especially, for the thin-film. The proposed continuum based-thin plate finite element is efficient and reliable for the prediction of nano-scale film behavior.
Irradiation of the metal nanoparticles causes local plasmon resonance in a specific wavelength band, which can improve the absorption and scattering properties of a structure. Since noble metal nanoparticles have better resonance effects than those of other metals, it is easy to identify plasmonic reactions and this is advantageous to find the optical tendency. Compared to having a particle gap or randomly arranged particle structures, densely and evenly packed structures can exhibit more uniform optical properties. Using the uniform properties, the structure can be applied to optical filtering applications. Therefore, in this paper, validation tests about metal nanoparticles and thin film structures are conducted for more accurate analysis. The optical properties of monolayer and bilayer noble metal nanoparticle structures with different diameters, packed in a uniform array, are investigated and their optical trends are analyzed. In addition, a thin film structure under identical conditions as metal nanoparticle structure is evaluated to confirm the improved optical characteristics.
Films with special properties (e.g., water-repellent films, optical films, anti-reflection films, and flexible films) are referred to as functional films. Recently, there has been interest in fine patterning methods for film fabrication. In particular there have been many studies that use a UV nanoimprint process involving a UV curing method. In this paper, a polymer film was fabricated by the UV nanoimprint process with a micro-pattern, and its durability was evaluated by a wear test and a nano-indentation test. The film mechanical properties (such as coefficient of friction, hardness, and modulus of elasticity) were measured. Moreover, the choice of PUA type resin used in the UV nanoimprint process was confirmed to impact the durability of the thin film. Despite making the polymer film samples using the same method and PUA type resin, different coefficient of friction, hardness, and modulus of elasticity values were obtained. PUA 4 resin had the most favorable coefficient of friction, hardness, and modulus of elasticity. This material is predicted to produce a high durability functional film.
Polyester composites play a vital role in civil engineering applications, especially in bridge and car park structures. Therefore, the addition of waste silica-based fillers will both improve the mechanical and durability performance of composites and produce an environmentally friendly material. In this study, the mechanical performance of polyester composites was investigated experimentally and numerically by adding micro and nano-sized silica-based fillers, marble powder, silica fume and nano-silica. 24 cubes for the compression test and 18 prisms for the flexural test were produced in six different groups containing 30% marble powder, 5% silica fume and 1% nano-silica by weight. SEM/EDS testing was used to investigate the distribution of filler particles in the matrix. Experimentally collected results were used to validate tests in the Abaqus software. Additionally, the Extended Finite Element Method (XFEM) was used to estimate the fracture process for the flexural test. The results show that the added silica fume, marble powder and nano silica improves the compressive strength of polyester composites by 32-38% and the flexural tensile strength by 10-60% compared to pure polyester composite. The numerically obtained results matched well with the experimental data, demonstrating the accuracy and feasibility of the calibrated finite element model.
Park, Seong Je;Lee, Ji Eun;Park, Jean Ho;Lyu, Min-Young;Park, Keun;Koo, Myung Sool;Jin, Sun Chul;Kim, Ki Yong;Son, Yong
Elastomers and Composites
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제52권2호
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pp.99-104
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2017
Due to the depletion of fossil oil and the increasing oil price, bio-plastic is currently topical. Bio-based plastics are synthesized from plant resources, unlike conventional petroleum-based counterparts. Therefore, the former minimizes global warming and reduces carbon dioxide emission. Fossil polycarbonate (PC)has good mechanical and optical properties, but its synthesis requires bisphenol-A and phosgene gas, which are toxic to humans. To address these problems, the fused deposition 3D printing process (hereafter, FDM) is studied using environmentally-friendly and high-strength bio-based PC. A comparisonof the environmental impact and tensile strength of fossil PC versus bio-based PC is presented herein, demonstrating that bio-based PC is more environmentally-friendly with higher tensile strength than fossil PC. The advantages of bio-based PC are applied in the FDM process for the fabrication of environmentally-friendly baby toys.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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