Porous ceramics are widely used for applications such as catalysis supports, gas distributors and filters such as DPF. For these purpose, it is important to have proper porosity controlling pore structure while maintaining mechanical and thermal properties. In this work, we have prepared the porous ceramic structures made of reaction bonded silicon nitride with hierarchical pore structures. Uni-directionally aligned pore channels, which are mostly filled with ${\beta}$-Si3N4 whiskers, were achieved by an ice-templating method. The structures of the pore channels and the walls are controllable by the processing conditions, such as solid concentration, freezing rate of the slurry, and additives. We have investigated and characterized the influences of the conditions on the microstructures and the properties, such as porosity, pore size distribution, lamellar thickness, wavelength, and orientations. The compressive strength test and flow test was performed to determine the structural integrity and air permeability.
본 연구에서는 최근 환경재료로서 관심이 모아지고 있는 다공성 콘크리트를 하천구조물(보 및 하상재료)에 적용함으로써 수질을 개선하고자 수행하였다. 먼저, 물리ㆍ화학적 특징을 평가해 본 결과, 공극률 10% 및 30%의 다공성 콘크리트의 압축강도는 일반 콘크리트의 최저 압축강도(180 kgf/$cm^2$)를 상회하여 하천구조물에 적용 가능하였고, 알칼리 용출에 의한 부착 미생물에의 영향도 거의 없을 것으로 판단되었다. 또한, 일반 콘크리트와 다공성 콘크리트로 하천구조물을 제작하여 부착물의 성상을 비교ㆍ검토한 결과, 같은 유속조건에서 부착물의 DW량은 일반 콘크리트에 비해 다공성 콘크리트가 1.6배 높은 것으로 나타났으며, 반면에 유속을 10배 달리한 실험의 결과에서는 거의 같은 부착물의 DW량을 보여 부착매질에 의한 영향이 유속에 의한 영향보다도 더 크게 작용한 것을 알 수 있었다. 부착물의 성상에서도 건조물중 AFDM의 비가 다공성 콘크리트에서 더 큰 것으로 나타났으며, 특히 N, P의 비가 높은 것은 부착 생물에 의한 흡수 및 흡착, 물질대사에 의해 유기물 제거가 더 컸기 때문으로 사료된다. 수질개선 효과에 있어서 전 구간을 종합한 결과, 다공성 콘크리트를 적용한 하천구조물에서의 SS, BOD, COD, T-N, T-P의 제거효율은 일반 콘크리트 보다 각각 34.6%, 36.9%, 33.9%, 18.3%, 21.6% 씩 증가하여 하천 수질개선에 크게 기여한 것으로 평가되었다.
Polystyrene thin films containing Bragg structures have been successfully obtained by the removal of DBR porous silicon films from the DBR structured porous silicon/polystyrene composite film in HF/$H_2O$ mixture solution and by replicating the nano-structures of porous silicon containing Bragg structure. Polystyrene thin films containing Bragg structures displayed unique optical reflection resonances in optical reflection spectrum. This optical reflection band was resulted from the interference of reflection wavelength at Bragg structure of polystyrene thin films. The wavelength of reflection resonances could be modified by the change of Bragg structure of the master. Polystyrene thin films containing Bragg structures were flexible and maintained their optical characteristics upon bending. The Polystyrene thin films replicate the photonic features and the nanostructure of the master.
다공성 물질이 건조될 때 입자는 겔 상태의 그물망 구조를 갖는다. 따라서 건조공정 중 발생하는 잔류응력을 정확하게 해석하기 위해서는 공극률과 공극형상에 따른 물성을 알아야 한다. 본 연구에서는 균질화법으로 원형과 십자형의 공극을 갖는 미시적인 겔구조로부터 공극률에 따른 재료의 탄성특성을 예측하고. 다공성 세라믹 애자의 건조공정을 유한요소 해석하였다. 해석 결과, 변형 형상과 온도, 습도 분포는 공극을 고려하지 않은 해석과 유사하지만 잔류응력 값은 큰 차이가 있음을 알 수 있었다.
Ceramics have some properties that are unmatched by other kind of materials like metals or polymers. The ability of high thermal and chemical resistance and in case of being superior in specific mechanical properties makes the ceramic materials suitable for arange of applications. The microstructure and morphology of a material arguably permit the use of many advanced application otherwise difficult to achieve.Porous structures have some important applications in biomedical and environmental field. For human hard tissue reconstruction and augmentation procedure suitable biomaterials are used with a desirable porosity. A range of porous bioceramics were fabricated with tailored design to meet the demand of specific applications. Channeled and interconnected porosity was introduced in alumina, zirconia, and hydroxyapatite or tri calcium phosphate ceramics by different methods like multi-pass extrusion process, bubble formation in viscous slurry,slurry dripping in immiscible liquid, sponge replica method etc. The detailed microstructural and morphological investigations were carried out to establish the unique features of each method and the developed systems. For environmental filters the porous structures were also very important. We investigated a range of channeled and randomly porous silicon based ceramic composites to enhance the material stability and filtration efficiency by taking advantage of the material chemistry of the element. Detailed microstructural and mechanical characterizations were carried out for the fabricated porous filtration systems.
Pham, Van Hoi;Bui, Huy;Hoang, Le Ha;Nguyen, Thuy Van;Nguyen, The Anh;Pham, Thanh Son;Ngo, Quang Minh
Journal of the Optical Society of Korea
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제17권5호
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pp.423-427
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2013
We present the preparation and characteristics of liquid-phase sensors based on nano-porous silicon multilayer structures for determination of organic content in gasoline. The principle of the sensor is a determination of the cavity-resonant wavelength shift caused by refractive index change of the nano-porous silicon multilayer cavity due to the interaction with liquids. We use the transfer matrix method (TMM) for the design and prediction of characteristics of microcavity sensors based on nano-porous silicon multilayer structures. The preparation process of the nano-porous silicon microcavity is based on electrochemical etching of single-crystal silicon substrates, which can exactly control the porosity and thickness of the porous silicon layers. The basic characteristics of sensors obtained by experimental measurements of the different liquids with known refractive indices are in good agreement with simulation calculations. The reversibility of liquid-phase sensors is confirmed by fast complete evaporation of organic solvents using a low vacuum pump. The nano-porous silicon microcavity sensors can be used to determine different kinds of organic fuel mixtures such as bio-fuel (E5), A92 added ethanol and methanol of different concentrations up to 15%.
In this paper, a fundamental experiment regarding the formation of porous 3D structures for personal safety products using 3D PPP (Porous Polymer Printing) was introduced for the first time. The filament was manufactured by mixing PP (Polypropylene) and CBA (Chemical Blowing Agent) with polymer extruder, and the diameter of the filament was approximately 1.75mm. The proposed 3D PPP method, combined with the conventional FDM (Fused Deposition Modeling) procedure, was influenced by process parameters, such as the nozzle temperature, printing speed and CBA density. In order to verify the best processing conditions, the depositing parameters were experimentally investigated for the porous polymer structure. These results provide parameters under which to form a multiple of 3D porous polymer structures, as well as various other 3D structures, and help to improve the mechanical shock absorption for personal safety products.
Huang, Qinghua;Yu, Xinping;Lv, Jun;Zhou, Jilie;Elvenia, Marischa Ray
Steel and Composite Structures
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제45권3호
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pp.409-423
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2022
Nowadays, there is a high demand for great structural implementation and multifunctionality with excellent mechanical properties. The porous structures reinforced by graphene platelets (GPLs) having valuable properties, such as heat resistance, lightweight, and excellent energy absorption, have been considerably used in different engineering implementations. However, stiffness of porous structures reduces significantly, due to the internal cavities, by adding GPLs into porous medium, effective mechanical properties of the porous structure considerably enhance. This paper is relating to vibration analysis of fluidconveying cantilever porous graphene platelet reinforced (GPLR) pipe with fractional viscoelastic model resting on foundations. A dynamical model of cantilever porous GPLR pipes conveying fluid and resting on a foundation is proposed, and the vibration, natural frequencies and primary resonant of such a system are explored. The pipe body is considered to be composed of GPLR viscoelastic polymeric pipe with porosity in which Halpin-Tsai scheme in conjunction with the fractional viscoelastic model is used to govern the construction relation of nanocomposite pipe. Three different porosity distributions through the pipe thickness are introduced. The harmonic concentrated force is also applied to the pipe and the excitation frequency is close to the first natural frequency. The governing equation for transverse motions of the pipe is derived by the Hamilton principle and then discretized by the Galerkin procedure. In order to obtain the frequency-response equation, the differential equation is solved with the assumption of small displacement, damping coefficient, and excitation amplitude by the multiple scale method. A parametric sensitivity analysis is carried out to reveal the influence of different parameters, such as nanocomposite pipe properties, fluid velocity and nonlinear viscoelastic foundation coefficients, on the primary resonance and linear natural frequency. Results indicate that the GPLs weight fraction porosity coefficient, fractional derivative order and the retardation time have substantial influences on the dynamic response of the system.
This paper proposes the use of a porous core between layers of laminated composite plates to examine its effect on the natural frequencies of the resulted porous laminated composite sandwich plate (PLCSP) resting on a two-parameter elastic foundation. Moreover, it has been suggested that the dispersion of porosity has two different functionally graded (FG) patterns which are compared with a uniformly dispersed (UD) profile to find their best vibrational efficiency in the proposed PLCSPs. In FG patterns, two types of dispersions, including symmetric (FG-S) and asymmetric (FG-A) patterns have been considered. To derive the governing Eigen value equation of such structures, the first order shear deformation theory (FSDT) of plates has been employed. Accordingly, a finite element method (FEM) is developed to solve the derived Eigen value equation. Using the mentioned theory and method, the effects of porosity parameters, fiber orientation of laminated composite, geometrical dimensions, boundary conditions and elastic foundation on the natural frequencies of the proposed PLCSPs have been studied. It is observed that embedding porosity in core layer leads to a significant improvement in the natural frequencies of PLCSPs. Moreover, the natural frequencies of PLCSPs with FG porous core are higher than those with UD porous core.
Dual porous structures are observed for the first time on a metallic Cu surface underneath anodic Cu oxide by the application of an anodizing voltage to Cu in oxalic acid. The as-prepared porous Cu surface contains macropores of less than $1{\mu}m$ diameter and mesopores of about tens of nanometers diameter with circular shapes. The size and density (number of pores/area) of the macropores are dependent on the applied voltage. It is likely that the localized dissolution (corrosion) of Cu in oxalic acid under the anodizing voltages is responsible for the formation of the mesopores, and the combination of a number of the mesopores might create the macropores, especially under a relatively high anodizing voltages or a prolonged anodizing time. The variations of pore structure (especailly macropores) with applied voltage and time are reasonably explained on the basis of the proposed mechanism of pore formation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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