Polymer nanocomposite has been attracting much attention as a new insulation material, since homogeneous dispersion of nm-sized inorganic fillers can improve various properties significantly. In this paper, various kinds of epoxy based nanocomposites were made and AC breakdown strength of Nano-TiO2 and micro-silica filler mixture of epoxy based composites were studied by sphere to sphere electrode. Moreover, nano- and micro-filler combinations were adopted as an approach toward practical application of nanocomposite insulation materials. Nano-TiO2 particle size is about 10nm and composites ratio was resin (100) : hardener (82) : accelerator (1.5). AC breakdown test was performed at room temperature (25 [$^{\circ}C$], 80 [$^{\circ}C$] and 100 [$^{\circ}C$] in the vicinity of Tg (90[$^{\circ}C$]). And thermal conductivity were measured by ASTM-D5470.
$Fe_2O_3/TiO_2$ nanocomposite were successfully synthesized by co-precipitation method using $Fe(NO_3)_3{\cdot}9H_2O$ and $Ti(SO_4)_2$ as raw materials. Structural and textural features of the mixed oxide samples were characterized by X-ray diffractometer, field emission scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray. The effects of initial concentration of oxytetracycline (OTC), different competitive ions and organics on the photocatalytic degradation rate of OTC by the $Fe_2O_3/TiO_2$ nanocomposite were analyzed under UV and visible light irradiation. The results indicate that the optimized initial concentration of OTC was 50 mg/L to achieve the best photocatalytic efficiency. $Cu^{2+}$, $NH_4{^+}$, $C_3H_8O$ and EDTA in the aqueous suspension were found to suppress the degradation rate of OTC, whereas the effect of $NO_3{^-}$ and $H_2C_2O_4$ can be ignored.
Layered silicate was synthesized at hydrothermal condition from silica adding to various materials. Nano-clay was synthesized by intercaltion of various amine compounds into synthetic layered silicate. The products were analysed by XRD, SEM, and FT-IR in order to examine the condition of synthesis and intercalation. From the results, it was confirmed that kaolinite was synthesized from precipitated silica and gibbsite at $220^{\circ}C$ during 10 days, and hetorite was synthesized from silica sol at $100^{\circ}C$ during 48 h. Na-Magadiite was synthesized from silica gel at $150^{\circ}C$ during 72 h, and Na-kenyaite was synthesized from silica gel at $160^{\circ}C$ during 84 h. Nano-clay was prepared using synthetic layered silicate intercalated with various amine compounds. Kenyaite was easily intercalated by various organic compounds, and has the highest basal-spacing value among other layered silicates. Basal-spacing was changed according to the length of alkyl chain of amine comopounds. Polymer can be easily intercalated by dispersion with large space of interlayer. Finally, epoxy/nano-clay nanocomposite can be easily prepared.
In this research, seismic response of pipes is examined by applying nanotechnology and piezoelectric materials. For this purpose, a pipe is considered which is reinforced by carbon nanotubes (CNTs) and covered with a piezoelectric layer. The structure is subjected to the dynamic loads caused by earthquake and the governing equations of the system are derived using mathematical model via cylindrical shell element and Mindlin theory. Navier-Stokes equation is employed to calculate the force due to the fluid in the pipe. Mori-Tanaka approach is used to estimate the equivalent material properties of the nanocomposite and to consider the effect of the CNTs agglomeration on the scismic response of the structure. Moreover, the dynamic displacement of the structure is extracted using harmonic differential quadrature method (HDQM) and Newmark method. The main goal of this research is the analysis of the seismic response using piezoelectric layer and nanotechnology. The results indicate that reinforcing the pipeline by CNTs leads to a reduction in the displacement of the structure during an earthquake. Also the negative voltage applied to the piezoelectric layer reduces the dynamic displacement.
Arani, Ali Ghorbanpour;Navi, Borhan Rousta;Mohammadimehr, Mehdi
Steel and Composite Structures
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제41권6호
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pp.805-820
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2021
In this research, the buckling and free vibration of three-phase carbon nanotubes/ fiber/ polymer piezoelectric nanocomposite face sheet sandwich microbeam with microsensor and micro-actuator surrounded in elastic foundation based on modified couple stress theory (MCST) is investigated. Three types of porous materials are considered for sandwich core. Higher order (Reddy) and sinusoidal shear deformation beam theories are employed for the displacement fields. Sinusoidal surface stress effects are extracted for sinusoidal shear deformation beam theory. The equations of motion are derived by Hamilton's principle and then the natural frequency and critical buckling load are obtained by Navier's type solution. The determined results are in good agreement with other literatures. The detailed numerical investigation for various parameters is performed for this microsensor-microactuator. The results reveal that the microsensor-microactuator enhanced by increasing of Skempton coefficient, carbon nanotubes diameter length to thickness ratio, small scale factor, elastic foundation, surface stress constants and reduction in porous coefficient, micro-actuator voltage and CNT weight fraction. The valuable results can be expedient for micro-electro-mechanical (MEMS) and nano-electro-mechanical (NEMS) systems.
This paper presents the development of an educational management model for analyzing the dynamic instability of nanocomposite sandwich beams. The model aims to provide a comprehensive framework for understanding the behavior of sandwich micro beams with foam cores, featuring top and bottom layers made of smart and porous functionally graded materials (FGM) nanocomposites. The bottom layer is influenced by an external electric field, and the entire beam is supported by a visco-Pasternak foundation, accounting for spring, shear, and damping constants. Using the Kelvin-Voigt theory to model structural damping and incorporating size effects based on strain gradient theory, the model employs the parabolic shear deformation beam theory (PSDBT) to derive motion equations through Hamilton's principle. The differential quadrature method (DQM) is applied to solve these equations, accurately identifying the improvement in student understanding (ISU) of the beams. The impact of various parameters, including FGM properties, external voltage, geometric constants, and structural damping, on the DIR is thoroughly examined. The educational model is validated by comparing its outcomes with existing studies, highlighting the increase in ISU with the application of negative external voltage to the smart layer. This model serves as a valuable educational tool for engineering students and researchers studying the dynamic stability of advanced nanocomposite structures.
We demonstrate a facile and robust layer-by-layer (LbL) assembly method for the fabrication of nonvolatile resistive switching memory (NRSM) devices based on superparamagnetic nanocomposite multilayers, which allows the highly enhanced magnetic and resistive switching memory properties as well as the dense and homogeneous adsorption of nanoparticles, via nucleophilic substitution reaction (NSR) in nonpolar solvent. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (MP) of about size 12 nm (or 7 nm) synthesized with oleic acid (OA) in nonpolar solvent could be converted into 2-bromo-2-methylpropionic acid (BMPA)-stabilized iron oxide nanoparticles (BMPA-MP) by stabilizer exchange without change of solvent polarity. In addition, bromo groups of BMPA-MP could be connected with highly branched amine groups of poly (amidoamine) dendrimer (PAMA) in ethanol by NSR of between bromo and amine groups. Based on these results, nanocomposite multilayers using LbL assembly could be fabricated in nonpolar solvent by NSR of between BMPA-MP and PAMA without any additional phase transfer of MP for conventional LbL assembly. These resulting superparamagnetic multilayers displayed highly improved magnetic and resistive switching memory properties in comparison with those of multilayers based on water-dispersible MP. Furthermore, NRSM devices, which were fabricated by LbL assembly method under atmospheric conditions, exhibited the outstanding performances such as long-term stability, fast switching speed and high ON/OFF ratio comparable to that of conventional inorganic NRSM devices produced by vacuum deposition.
Alumina/silver ($Al_2O_3/Ag$) nanocomposites with Ag content up to 9 vol% were prepared from nanopowder by soaking method using ${\gamma}-Al_2O_3$ of needle type and spark plasma sintering (SPS). The mechanical properties of specimens were investigated three-point flexural strength and toughness as a function of the Ag contents. The maximum flexural strength of the alumina/silver nanocomposite was 850 MPa for the 1 vol% composite, and also higher than monolith alumina as about 800 MPa at 3, 5, and 7 vol% Ag contents. Fracture toughness by single edged V-notch beam (SEVNB) was $4.05MPa{\cdot}m^{1/2}$ for the 3 vol% composite and maintained about $4.00MPa{\cdot}m^{1/2}$ at 5, and 7 vol% Ag content. Microstructure of fracture surface for each fracture specimens was observed. Due to the inhibition effect of alumina grain growth, the average grain size of nanocomposites depends on the content of Ag nano particles. The fracture morphology of nanocomposite with dislocation (sub-grain boundary) by silver nano-particles of second phases in the alumina matrix also showed transgranular fracture-mode compare with intergranular of monolith alumina. Thermal conductivity of specimens at room temperature was about 40 W/mK for the 1 vol% Ag content.
[ $Na^+-Montmorillonite(MMT)$ ], 실리카, 탄산칼슘 및 MMT를 표면 개질한 무기 나노입자를 이용한 나노복합재료를 제조하고 이들의 열적 특성을 고찰하였다. 나노복합재료의 연속상 폴리우레탄의 분자량은 $20000{\sim}28000$이고 충전비에 큰 영향이 없었으며, 이들의 분자량 분포는 $1.5{\sim}2.0$로 비교적 일정하였다. 나노복합재료의 층간거리(d-spacing)는 순수한 충전제의 층간거리보다 모두 증가되었다. 한편 초기 열분해 온도는 폴리우레탄 매트릭스보다 모두 높게 나타났으며, 나노복합재료의 초기 열분해 온도는 $250{\sim}280^{\circ}C$ 이었다. 또한 열중량 감소 폭도 나노복합재료의 경우가 낮았으며, 완전 열분해 온도는 약 $50^{\circ}C$ 높게 나타났다. 인장강도는 탄산칼슘 충전 복합재료가 가장 높았으며, 신율은 MMT 충전 나노 복합재료가 247%로 가장 크게 나타났다. 또한 충전제의 함량이 증가할수록 인장강도는 증가하였으며 실리카 충전 복합 재료의 인장강도가 가장 낮게 나타났고, 탄산칼슘 충전 복합재료의 인장강도가 가장 높게 나타났다.
고분자/층상실리케이트 나노복합체(polymer/layeres silicate nanocomposite, PLSNs) 필름은 보통 내부층을 나트륨과 같은 양이온을 이용한 이온교환을 통해 유기화된 clay로 만든 재료의 새로운 형태이다. 이것은 중합법, 용액법, 그리고 용융법과 같은 다양한 방법으로 제조할 수 있으며, 열경화성, 열가소성이나 탄성고분자와 같은 넓은 범위의 고분자를 기질로 사용할 수 있다. PLSNs 필름은 고분자 사슬이 일정한 간격으로 쌓여있는 실리케이트에 삽입하여 간격을 넓히는 삽입형과 각각의 실리케이트 층이 고분자 기질에 불균일하게 분산되어 형성하는 박리형 두 가지 형태의 구조를 얻을 수 있다. 이러한 새로운 분야의 재료는 보통 5 wt$\%$ 이하의 소량의 clay 함유만으로도 향상된 기계적, 열적 특성을 얻을 수 있다. 그리고 clay의 함유량이 증가할수록 기체 투과경로인 tortuosity가 증가하여 기체 투과도가 감소한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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