Effects of fiber-matrix interphases on the micro-and macro-mechanical behaviors of unidirectionally fiber-reinforced composites subjected to transverse shear loading at remote distance have been studied. The interphases between fibers and matrix have been modeled by the spring-layer which accounts for continuity of tractions, but allows radial and circumferential displacement jumps across the interphase that are linearly related to the normal and tangential tractions. Numerical calculations for basic cells of the composites have been carried out using the boundary element method. For an undamaged composite the micro-level stresses at the matrix side of the interphase and effective shear stiffness have been computed as functions of fiber volume ratio $V_f$ and interphase stiffness k. Results are presented for various interphase stiffnesses from the perfect bonding to the case of total debonding. For a square array composite the results show that for a high interphase stiffness k>10, an increase of $V_f$ increases the effective transverse shear modulus G over bar of the composite. For a relatively low interphase stiffness k<1, it is shwon that an increase of $V_f$ slightly decreases the effective transverse shear modulus. For the perfect bonding case, G over bar for a hexagonal array composite is slightly larger than that for a square array composite. Also for a damaged composite partially debonded at the interphase, local stress fields and effective shear modulus are calculated and a decrease in G over bar has been observed.
This study investigates the effect of filler content (wt%), presence of interphase and agglomerates on the effective Young's modulus of polypropylene (PP) based nanocomposites reinforced with exfoliated graphite nanoplatelets ($xGnP^{TM}$) and carbon nanotubes (CNTs). The Young's modulus of the composites is determined using tensile testing based on ASTM D638. The reinforcement/polymer interphase is characterized in terms of width and mechanical properties using atomic force microscopy which is also used to investigate the presence and size of agglomerates. It is found that the interphase has an average width of ~30 nm and modulus in the range of 5 to 12 GPa. The Halpin-Tsai micromechanical model is modified to account for the effect of interphase and filler agglomerates and the model predictions for the effective modulus of the composites are compared to the experimental data. The presented results highlight the need of considering various experimentally observed filler characteristics such as agglomerate size and aspect ratio and presence and properties of interphase in the micromechanical models in order to develop better design tools to fabricate multifunctional polymer nanocomposites with engineered properties.
The effective longitudinal shear modulus(LSM) of continuous composites is studied theoretically and numerically using 3-phase unit cell model. Circular, hexagonal and rectangular shapes of reinforced fiber are considered to predict the shear modulus as a function of elastic modulus of each phase and volume fraction of interphase and reinforced fiber. It is found that rectangular fiber shape in low fiber volume fraction($v_f$<30%) and circular fiber shape in high volume fraction($v_f$>40%) shows the higher longitudinal shear modulus. Also the obtained values of LSM for rectangular array and by numerical analysis are higher than those of hexagonal array and by theoretical analysis respectively. The reinforcing effects of interphase are more significant in cases of higher fiber volume fraction and circular fiber shape. Not only the spatial distribution and shape of reinforcing fiber but also the volume of interphase have a pronounced effects on the overall LSM. It is also found that the tangent moduous of 2-and 3-phase polymer matrix composites is insensitive to the shape and distribution of reinforcing fibers.
본 연구에서는 분자동역학 전산모사와 유한요소해석 기반의 균질화 기법을 통해 나노복합재의 열전도 특성을 정확하고 효율적으로 예측할 수 있는 순차적 멀티스케일 균질화 해석기법을 제안하였다. 나노입자의 크기효과가 나노복합재의 유효 열전도 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 크기가 다른 구형 나노입자가 첨가된 나노복합재의 열전도 계수를 분자동역학 전산모사를 통해 예측했고, 그 결과 나노입자의 크기가 작아질수록 계면에서의 Kapitza열저항에 의해 나노복합재의 열전도 계수가 점차 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 나노입자의 크기효과를 균질화 해석모델을 통해 정확하게 묘사하기 위해 Kapitza 열저항에 의한 계면에서의 온도 불연속 구간과 고분자 기지가 높은 밀도를 가지며 흡착되는 유효계면을 추가적인 상으로 도입하여 나노복합재를 입자, Kapitza 계면, 유효계면, 기지로 구성된 4상의 연속체 구조로 모델링하였다. 이후 순차적 멀티스케일 균질화 해석기법을 통해 유효계면의 열전도 계수를 나노복합재의 열전도 계수로부터 역으로 예측했으며, 이를 입자의 반경에 대한 함수로 근사하였다. 근사 함수를 토대로 다양한 입자 체적분율과 반경에 대한 나노복합재의 유효 열전도 특성을 예측하였으며, 유효계면에 대한 매개변수 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 탄소나노튜브 다발을 포함하는 나노복합재료의 열-기계적 특성을 정량적으로 예측하기 위하여 분자동역학 전산모사와 유한요소 기반 균질화 기법을 적용하였다. 응집된 탄소나노튜브의 수가 증가함에 따라 동일한 탄소나노튜브의 체적분율에도 불구하고, 면내 영률 및 면내 전단계수는 감소하였고, 면내 열팽창계수는 증가함을 확인할 수 있었다. 계면의 두께를 조사하기 위하여 밀도의 반경 방향 분포(Radial density distribution)을 조사하였으며, 계면의 두께는 탄소나노튜브의 수와는 거의 무관함을 확인할 수 있었다. 기지와 계면은 등방성 재료로 가정하였으며, 예측한 계면의 열-기계적 특성에 따르면, 응집된 탄소나노튜브의 수가 증가함에 따라 계면의 영률 및 전단계수는 감소하였으며, 열팽창계수는 반대로 증가하였다. 이를 토대로, 탄소나노튜브 다발을 포함하는 PLA 나노복합재료의 열-기계적 특성 예측을 위한 멀티스케일 균질화 모델을 개발하였다.
Ni-rich layered oxides cathode has recently gained attention as an advanced cathode material due to their applicable energy density. However, as the Ni component in the layered site is increased, the high reactivity of Ni4+ results in parasitic reaction associated with decomposing electrolyte, which leads to a rapid decreasing the lifespan of the cell. The electrolyte additive triallyl borate (TAB) improves interfacial stability, leading to a stable cathode-electrolyte interphase (CEI) layer on the LNCM83 cathode. A multi-functionalized TAB additive can produce a uniformly distributed CEI layer via electrochemical oxidation, which implies an increase in long-term cycling performance. After 100 cycles at elevated temperature, the cell tested by 0.75 TAB retained 88.3% of its retention ratio, whereas the cell performed by TAB-free electrolyte retained 64.1% of its retention. Once the TAB additive formed CEI layers on the LNCM83 cathode, it inhibited the decomposition of carbonate-based solvents species in addition to the dissolution of transition metal components from the cathode. The addition of TAB to LNCM83 cathode material is believed to be a promising way to increase the electrochemical performance.
본 연구에서는 섬유, 기지 및 계면으로 구성된 단방향 복합재료의 대표체적요소를 이용해서 가로방향 기계적 물성을 계면 특성 변화에 따라 예측하고 시험결과에 맞춰 계면의 특성의 보정을 실시하였다. 섬유와 기지로 모델링 된 기존의 대표체적요소는 섬유 길이방향 기계적 물성에 대해 예측 정확도가 높으나 가로방향에 대하여 어느 정도의 편차를 보인다. 따라서, 이런 차이를 보완하기 위해 계면 영역을 도입하였고, 계면의 두께, 탄성 물성과 강도 파라미터에 따라 기계적 물성을 보정하여 복합재료 대표체적요소를 통한 예측의 정확도를 향상시켰다. 그 결과, 복합재료 대표체적요소의 길이방향 물성의 정확도는 유지한 채 가로방향 강성 및 강도의 정확도가 향상됨을 확인하였다.
Song, Hee-Youb;Kim, Seong In;Nogales, Paul Maldonado;Jeong, Soon-Ki
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제10권1호
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pp.55-60
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2019
Herein, the effect of counter anions on the formation of a solid electrolyte interphase (SEI) in a propylene carbonate (PC)-based electrolyte solution was investigated. Although the reversible capacities were different, reversible intercalation and de-intercalation of lithium ions occurred in the graphite negative electrode in the PC-based electrolyte solutions containing 1 M $LiClO_4$, $LiPF_6$, $LiBF_4$, and $LiCF_3SO_3$ at low temperature ($-15^{\circ}C$). This indicated that the surface films acted as an effective SEI to suppress further co-intercalation and decomposition reactions at low temperature. However, the SEIs formed at the low temperature were unstable in 1 M $LiPF_6$ and $LiBF_4/PC$ at room temperature ($25^{\circ}C$). On the other hand, increasing reversible capacity was confirmed in the case of $LiCF_3SO_3/PC$ at room temperature, because the SEI formed at the low temperature was still maintained. These results suggest that counter anions are an important factor to consider for the formation of effective SEIs in PC-based electrolyte solutions.
Objective: The aim of the present study was to evaluate the clinical efficiency of fluorescent in situ hybridization (FISH) in the prenatal diagnosis of chromosomal aneuploidy. Methods: We reviewed data of 268 cases to identify women undergoing genetic amniocentesis at cytogenetic laboratory, from January 2000 to December 2002. Amniotic fluid was submitted for both rapid FISH on uncultured interphase amniocytes using a commercially available DNA probe for chromosome 13, 18, 21, X, Y and standard karyotyping on cultured metaphase amniocytes. Results from FISH and full karyotype were compared. Results: There were 251 cases (84%) normal and 17 cases (16%) abnormal in FISH results. All 17 cases of trisomy 13, 18, 21 including two cases of mosaicism and sex chromosome aneuploidies which are detected by FISH were confirmed with conventional cytogenetics and there was no false positive result. Twenty two cases had karyotypically proven abnormalities that could not have been detected by the targeted FISH. Conclusion: Interphase FISH analysis of uncultured amniotic fluid cells has been shown to be an effective and reliable technique for rapid fetal aneuploidy screening during pregnancy as an adjunctive test to conventional cytogenetics.
본 연구에서는 분자동역학 전산모사와 이중 입자 모델을 이용하여 질화붕소 나노튜브-폴리메틸메타크릴레이트 나노복합재의 기계적 물성과 계면특성을 규명하였다. 단일 벽 나노튜브가 고분자 기지에 함침된 가로등방성 나노복합재 단위 셀 구조를 모델링한 후, 각 방향으로의 일축인장 및 전단 전산모사를 통해 나노복합재의 강성행렬을 예측하였다. 또한 강성행렬의 방향 평균을 취해 나노튜브가 기지 내에 랜덤 분포하는 경우의 등방성 탄성계수를 도출하였다. 분자동역학 해석 결과를 계면의 완전 결합을 가정한 이중 입자 모델 예측해와 비교한 결과, 질화붕소 나노튜브와 고분자 기지간의 계면이 불완전한 것으로 확인되었다. 나노튜브 주위에 형성되는 흡착계면의 물성을 예측하기 위해 2단계 영역 분할 기법을 도입하였고 계면의 불완전 결합을 선형 스프링으로 묘사하였다. 그 결과 다양한 스프링 컴플라이언스 값에 따른 흡착계면의 물성을 역 해석을 통해 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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