Alazwari, Mashhour A.;Daikh, Ahmed Amine;Eltaher, Mohamed A.
Advances in nano research
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v.12
no.2
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pp.117-137
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2022
Effect of thickness stretching on free vibration, bending and buckling behavior of carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) laminated nanoplates rested on new variable elastic foundation is investigated in this paper using a developed four-unknown quasi-3D higher-order shear deformation theory (HSDT). The key feature of this theoretical formulation is that, in addition to considering the thickness stretching effect, the number of unknowns of the displacement field is reduced to four, and which is more than five in the other models. Two new forms of CNTs reinforcement distribution are proposed and analyzed based on cosine functions. By considering the higher-order nonlocal strain gradient theory, microstructure and length scale influences are included. Variational method is developed to derive the governing equation and Galerkin method is employed to derive an analytical solution of governing equilibrium equations. Two-dimensional variable Winkler elastic foundation is suggested in this study for the first time. A parametric study is executed to determine the impact of the reinforcement patterns, nonlocal parameter, length scale parameter, side-t-thickness ratio and aspect ratio, elastic foundation and various boundary conditions on bending, buckling and free vibration responses of the CNTRC plate.
In the automobile and shipbuilding industries, various materials and components require superior surface strength, excellent wear resistance and good resistance to repeated loads. To improve the surface properties of the materials, various surface heat treatment methods are used, which include carburizing, nitriding, and so on. Among them, carburizing treatment is widely used for structural steels containing carbon. The effective carburizing thickness required for materials depends on the service environment and the size of the components. In general, however, there is a limit in evaluation of the surface properties with a standardized mechanical test method because the thickness or cross-sectional area of the carburized layer is limited. In this regard, the nanoindentation technique has lots of advantages, which can measure the mechanical properties of the material surface at the nano and micro scale. It is possible to understand the relationship between the microstructural change in the hardened layer by carburizing treatment and the mechanical properties. To be spread to practical applications at the industrial level, in this paper, the principle of the nanoindentation method is described with a representative application for analyzing the mechanical properties of the carburized material.
Yujie Zhang;Zhihang Guo;Yimin Gong;Jianzhong Shi;Mohamed Hechmi El Ouni;Farhan Alhosny
Advances in nano research
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v.15
no.2
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pp.175-189
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2023
The under-evaluation structure includes a functionally graded porous (FGP) core which is confined by two piezoelectric carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) layers. The whole structure rests on the Pasternak foundation. Using quasi-3D hyperbolic shear deformation theory, governing equations of a sandwich plate are driven. Moreover, face sheets are subjected to the electric field and the whole model is under thermal loading. The properties of all layers alter continuously along with thickness direction due to the CNTs and pores distributions. By conducting the current study, the results emerged in detail to assess the effects of different parameters on buckling of structure. As instance, it is revealed that highest and lowest critical buckling load and consequently stiffness, is due to the V-A and A-V CNTs dispersion type, respectively. Furthermore, it is revealed that by porosity coefficient enhancement, critical buckling load and consequently, stiffness reduces dramatically. Current paper results can be used in various high-tech industries as aerospace factories.
Luo, Jijun;Lv, Meng;Hou, Suxia;Nasihatgozar, Mohsen;Behshad, Amir
Advances in nano research
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v.13
no.4
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pp.369-378
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2022
Dynamic study of concrete plates under impact load is presented in this article. The main objective of this work is presenting a mathematical model for the concrete plates under the impact load. The concrete plate is reinforced by carbon nanoparticles which the effective material proprieties are obtained by mixture's rule. Impacts are assumed to occur normally over the top layer of the plate and the interaction between the impactor and the structure is simulated using a new equivalent three-degree-of-freedom (TDOF) spring-mass-damper (SMD) model. The structure is assumed viscoelastic based on Kelvin-Voigt model. Based on the classical plate theory (CPT), energy method and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Applying DQM, the dynamic deflection and contact force of the structure are calculated numerically so that the effects of mass, velocity and height of the impactor, volume percent of nanoparticles, structural damping and geometrical parameters of structure are shown on the dynamic deflection and contact force. Results show that considering structural damping leads to lower dynamic deflection and contact force. In addition, increasing the volume percent of nanoparticles yields to decreases in the deflection.
The aim of this paper is to investigate the free vibration behavior of the micro sandwich beam composing of five layers such as functionally graded (FG) porous core, nanocomposite reinforced by carbon nanotubes (CNTs) and piezomagnetic/piezoelectric layers subjected to magneto electrical potential resting on silica aerogel foundation. The effect of foundation has been taken into account using Vlasov model in addition to rigid base assumption. For this purpose, an iterative technique is applied. The material properties of the FG porous core and FG nanocomposite layers are considered to vary throughout the thickness direction of the beams. Based on the Timoshenko beam theory and Hamilton's principle, the governing equations of motion for the micro sandwich beam are obtained. The Navier's type solution is utilized to obtain analytical solutions to simply supported micro sandwich beam. Results are verified with corresponding literatures. In the following, a study is carried out to find the effects of the porosity coefficient, porous distribution, volume fraction of CNT, the thickness of silica aerogel foundation, temperature and moisture, geometric parameters, electric and magnetic potentials on the vibration of the micro sandwich beam. The results are helpful for the design and applications of micro magneto electro mechanical systems.
This study delves into the significant impact of integrating nanomaterials, specifically carbon and graphene nanoparticles, into the polymer matrix of aluminum alloy 356, utilizing the vortex casting technique, with the aim of improving the mechanical properties of table tennis equipment. Athletes and their coaching teams have long been on a quest for high-performance sports gear, recognizing its pivotal role in unlocking the full potential of players. The dedication of engineers to craft designs, select materials with precision, and uphold stringent testing standards reflects the commitment to meeting the demands of the sporting world. Yet, to remain at the forefront, sports engineering must continually align with contemporary technologies, and nanotechnology has emerged as a transformative force in this regard. This study not only underscores the meticulous efforts in material integration but also highlights the remarkable strides made possible by nanotechnology. Aluminum nanocomposites, particularly, showcase a groundbreaking fusion of exceptional strength and reduced weight, marking a notable achievement in sports equipment innovation. The research outcomes are compelling, revealing a substantial enhancement in the mechanical performance of the sports structures under scrutiny. This promising development hints at a potential paradigm shift in the manufacturing of sports equipment, promising a new era of elevated athlete performance and enhanced safety during the rigors of physical education training. This study stands as a testament to the tangible impact of nanotechnology on the ever-evolving landscape of sports equipment.
The water can be contaminated by natural sources or by industrial effluents. One such contaminant is fluoride. Fluoride contamination in the water environment due to natural and artificial activities has been recognized as one of the major problems worldwide. Among the commonly used treatment technologies applied for fluoride removal, the adsorption technique has been explored widely and offers a highly efficient simple and low-cost process for fluoride removal from water. This review paper the recent developments in fluoride removal from surface water by adsorption methods. Studies on fluoride removal from aqueous solutions using various carbon materials are reviewed. Various adsorbents with high fluoride removal capacity have been developed, however, there is still an urgent need to transfer the removal process to an industrial scale. Regeneration studies need to be performed to more extent to recover the adsorbent in field conditions, enhancing the economic feasibility of the process. Based on the review, technical strategies of the adsorption method including the Nano-surface effect, structural memory effect, anti-competitive adsorption and ionic sieve effect can be proposed. The design of adsorbents through these strategies can greatly improve the removal efficiency of fluoride in water and guide the development of new efficient methods for fluoride removal in the future. This paper describes brief discussions on various low-cost adsorbents used for the effective removal of fluoride from water.
Si/C/CNF composites as anode materials for lithium-ion batteries were examined to improve the capacity and cycle performance. Si/C/CNF composites were prepared by the fabrication process including the synthesis and magnesiothermic reduction of SBA-15 to obtain Si/MgO by ball milling and the carbonization of phenol resin with CNF and HCl etching. Prepared Si/C/CNF composites were then analysed by BET, XRD, FE-SEM and TGA. Among SBA-15 samples synthesized at reaction temperatures between 50 and $70^{\circ}C$, the SBA-15 at $60^{\circ}C$ showed the largest specific surface area. Also the electrochemical performances of Si/C/CNF composites as an anode electrode were investigated by constant current charge/discharge test, cyclic voltammetry and impedance tests in the electrolyte of LiPF6 dissolved in mixed organic solvents (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol%). The coin cell using Si/C/CNF composites (Si : CNF = 97 : 3 in weight) showed better capacity (1,947 mAh/g) than that of other composition coin cells. The capacity retention ratio decreased from 84% (Si : CNF = 97 : 3 in weight) to 77% (Si : CNF = 89 : 11 in weight). It was found that the Si/C/CNF composite electrode shows an improved cycling performance and electric conductivity.
Hwang, Yuhoon;Mines, Paul D.;Lee, Wontae;Andersen, Henrik R.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.38
no.9
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pp.521-527
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2016
Nanoscale zero valent iron (nZVI) has been intensively studied for the treatment of a plethora of pollutants through reductive reaction, however, the nano size should be of concern when nZVI is considered for water treatment, due to difficulties in recovery. The loss of nZVI causes not only economical loss, but also potential risk to human health and environment. Thus, the immobilization onto coarse or structured support is essential. In this study, two representative processes for nZVI immobilization on granular activated carbon (GAC) were evaluated, and optimized conditions for synthesizing Fe/GAC composite were suggested. Both total iron content and $Fe_0$ content can be significantly affected by preparation processes, therefore, it was important to avoid oxidation during preparation to achieve higher reduction capacity. Synthesis conditions such as reduction time and existence of intermediate drying step were investigated to improve $Fe_0$ content of Fe/GAC composites. The optimal condition was two hours of $NaBH_4$ reduction without intermediate drying process. The prepared Fe/GAC composite showed synergistic effect of the adsorption capability of the GAC and the degradation capability of the nZVI, which make this composite a very effective material for environmental remediation.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.23
no.5
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pp.241-245
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2013
Granular bamboo-derived active carbons (AC) were impregnated (or coated) with $TiO_2$ nano crystalline powders. The photocatalytic activity of the $TiO_2$-impregnated active carbons ($TiO_2$/AC) were determined on the basis of the degradation rate of methylene-blue aqueous solution under UV irradiation. The active compounds of $TiO_2$ were impregnated onto the AC under moderate hydrothermal conditions (${\leq}200^{\circ}C$, pH 11). The mean size of $TiO_2$ particles calculated from BET surface area were found to be as 50 nm. The $TiO_2$ precipitates were coated on the cavities or pores on the surfaces of highly activated carbons. Since the hydrothermal process led to a lowering of the on-set temperature of the anatase-to-rutile transition of $TiO_2$ as low as $200^{\circ}C$, $TiO_2$ crystallites of a pure anatase or a mixed form with rutile were successfully coated on the AC depending on the synthesis temperatures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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