The electronic nose (e-nose) has been used in food industry and quality controls in plastic packaging. Recently it finds its applications in medical diagnosis, specifically on detection of diabetes, pulmonary or gastrointestinal problem, or infections by examining odors in the breath or tissues with its odor characterizing ability. Moreover, the use of portable e-nose enables the on-site measurements and analysis of vapors without extra gas-sampling units. This is expected to widen the application of the e-nose in various fields including point-of-care-test or e-health. In this study, a PDA-based portable e-nose was developed using micro-machined gas sensor array and miniaturized electronic interfaces. The rich capacities of the PDA in its computing power and various interfaces are expected to provide the rapid and application specific development of the diagnostic devices, and easy connection to other facilities through information technology (IT) infra. For performance verification of the developed portable e-nose system, Six different vapors were measured using the system. Seven different carbon-black polymer composites were used for the sensor array. The results showed the reproducibility of the measured data and the distinguishable patterns between the vapor species. Additionally, the application of two typical pattern recognition algorithms verified the possibility of the automatic vapor recognition from the portable measurements. These validated the portable e-nose based on PDA developed in this study.
High-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (HT-PEMFC) has been studied as an alternative to low-temperature PEMFC due to its fast activation of electrodes and high resistance to electrode poisoning by carbon monoxide. It is highly required to develop stable PEMs operating at high temperatures even doped by ion-conducting materials for the development of high-performance and durable HT-PEMFC systems. A number of studies have been conducted to develop polybenzimidazole (PBI)-based PEMs for applications in HT-PEMFC due to their high interaction with doped ion-conducting materials and outstanding thermomechanical stability under high-temperature operation. This review focused on the development of PBI-based PEMs showing high performance and durability. Firstly, the characteristic behavior of PBI-based PEMs doped with various ion-conducting materials including phosphoric acid was systematically investigated. And then, a comparison of the physicochemical properties of the PEMs according to the different membrane manufacturing processes was conducted. Secondly, the incorporation of porous polytetrafluoroethylene substrate and/or inorganic composites to PBI matrix to improve the membrane performances was studied. Finally, the construction of cross-linked structures into PBI-based PEM systems by polymer blending method was introduced to improve the PEM properties.
Young Cheol Kim;Geunsu Joo;Hong-Kyu Jang;Jinbong Kim;Min-Gyu Kang;Woo-Kyoung Lee;Ji Hoon Kim
Composites Research
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v.36
no.5
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pp.303-309
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2023
In this paper, a Progressive Damage and Failure Analysis (PDFA) modeling method was developed using ABAQUS/EXPLICIT to predict in-plane damage and delamination for Open-Hole Compression (OHC) testing. The proposed PDFA model was constructed based on Hashin criteria and cohesive behavior. The strength and stiffness of OHC specimens with three types of stacking sequences [(45/-45/02)3]s , [(45/0/-45/90)3]s and [45/-45/0/45/-45/90/(45/-45)2]s were compared to comprehensively evaluate the validity of the Finite Element(FE) model of PDFA. The strength and stiffness of the OHC specimens were predicted relatively well, with less than a percentage error 10.0 %. For the numerical simulation case for each layup, the damage initiation/evolution of OHC specimens were evaluated for delamination and tension/compression matrix damage before and after failure.
The purpose of this study is to develop silicon carbide fiber showing an excellent mechanical properties under highly oxidative conditions at high temperature. Polycarbosilane(PCS) as a preceramic precursor was used for making the SiC fiber. PCS fiber was taken by melt spinning method followed by melting the PCS at $300{\sim}350^{\circ}C$ in N2 gas. The Curing of PCS fiber was carried out in air oxygen chamber, prior to high temperature pyrolysis. Degree of cure was calculated by characteristic peak's ratio of Si-H to $Si-CH_3$ in FT-IR spectra before and after curing of PCS fiber. The properties of SiC fiber was affected greatly by the degree of cure. The SiC fiber produced by controlling fiber tension during heat treatment showed good properties. The SiC fiber exposed to $1000^{\circ}C$ at air from 1 min. up to maximum 50 hrs showed around 60% reduction in tensile strength. We found that large amount of carbon content on the fiber surface after long-term exposure has resulted in lower tensile strength.
The failure of composite sandwich structures with thickness and material variation was studied. The main body of the structure is sandwich plate made of the carbon composite face and Aluminum honeycomb core. It is connected with composite laminated flange without core through transition region of tapered sandwich panel with foam core. Tension and compression tests were conducted for the total of 6 panels, 3 for each. Test results showed that the panels under compression are vulnerable to the face failure along the material discontinuity line between two different cores. However the failure load of which panel does not show such failure can carry 16% more load and fails in honeycomb core and face debonding. For the tensile load, the extensive delamination failure was observed at the corner radius which connects the panel and the flange. The average failure load for compression is about 7 times the tensile failure load. Accordingly, these sandwich structures should be applied to the components that endure the compressive loadings.
Transparent and conductive carbon nanotube on polyethylene terephthalate (PET) were prepared by dip-coating method for self-sensing multi-functional nanocomposites. The changes in the electrical and optical properties of CNT coating mainly depended on the number of dip-coating, concentration of CNT solution. Consequently, the surface resistance and transmittance of CNT coating were sensitively controlled by the processing parameters. Surface resistance of CNT coating was measured using four-point method, and surface resistance of coated CNT could be better calculated by using the dual configuration method. Optical transmittance of PET film with CNT coating was evaluated using UV spectrum. Surface properties of coated CNT investigated by wettability test via static and dynamic contact angle measurement were consistent with each other. As dip-coating number increased, surface resistance of coated CNT decreased seriously, whereas the transmittance exhibited little lower due to the thicker CNT networks layer. Interfacial microfailure properties were investigated for CNT and indium tin oxide (ITO) coatings on PET substrates by electrical resistance measurement under cyclic loading fatigue test. CNT with high aspect ratio exhibited no change in surface resistance up to 2000 cyclic loading, whereas ITO with brittle nature showed a linear increase of surface resistance up to 1000 cyclic loading and then exhibited the level-off due to reduced electrical contact points based on occurrence of many micro-cracks.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.15
no.1
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pp.277-290
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1995
The study was carried out to analyze the fracture behavior and the acoustic emission(AE) characteristics and to find the relationship among tensile strength, fracture toughness and cure pressure in owe process of the carbon fiber reinforced composites of two types, $[0^{\circ}/90^{\circ}]_{2S}$ and $[0^{\circ}\;_2/90^{\circ}\;_2]_S$. AE signals were detected during the curing process, tensile tests and fracture toughness tests by acoustic emission(AE) measurements, respectively. Tensile strengths showed that the less cure pressurizing steps and the side of $[0^{\circ}/90^{\circ}]_{2S}$ specimens had the higher strengths than those of the others. Fracture toughness by the change of test temperature showed nearly same values in the same temperature region, but the higher test temperature had the lower fracture toughness values. In order to examine the relationship between fracture behavior of CFRP in tensile and fracture toughness tests and AE signals, the post processing for AE parameters of AE data and the observations of microscope and SEM have been carried out respectively.
The blends of waste-polyethylene (W-PE)/waste-ethylene vinyl acetate copolymer (W-EVA) with inorganic and phosphorous flame retardants (i.e., aluminium hydroxide, magnesium hydroxide, and so on) were prepared by melt mixing techniques at different compositions and foamed. The flame retardancy and foaming properties of the blends, limiting oxygen index (LOI), heat release rate (HRR), carbon monoxide yield (COY), total heat release (THR), effective heat of combustion (EHC), expandability and cell structure were investigated using cone calorimeter, SEM, LOI tester and polarizing microscope. When the composition ratios of the W-PE/W-EVA blends were 50/50 (w/w), and the ranges of the flame retardants contents were $175{\sim}220 phr$, we could obtain foams with the uniform and closed cell, high expandability (1900 % or more), high LOI, and low HRR values. These results depend on crosslinking and loaming conditions, a char formation and smoke suppressing effect. Aluminium hydroxide had more effect in the increase of LOI than magnesium hydroxide, while magnesium hydroxide considerably affected the decrease of HRR and COY.
ZnO- TiO$_2$, and Sn0$_2$ - Ti0$_2$ ceramic composites doped with TiO$_2$ were prepared and their electrical and 1000ppm CO gas sensing properties were investigated. The phases of samples were analyzed by XRD, and the microsturctures of the fractured surface of samples were observed by SEM. A carbon monoxide gas sensitivity was de¬fined as the ratio of the resistance in dry air atmosphere(R$drt air$) to the resistance in 1000ppm CO gas atmosphere(R$_co$) The CO gas sensitivity of Smol% Ti0$_2$-added ZnO decreased about 1.7 times compared to that of pure ZnO. On the other hand, the maximum CO gas sensitivity of Ti0$_2$-added SnO$_2$ increased about 2.5 times compared to that of pure SnO$_2$. Therefore, the CO gas sensitivies of SnO$_2$-TiO$_2$ composite were better than those of ZnO- Ti0$_2$ and the temper¬ature range showing the maximum sensitivity for Sn0$_2$-TiO$_2$ composite was lower than that for ZnO- Ti0$_2$.
The two dimensional size effect of specimen gauge section ($length{\;}{\times}{\;}width$) was investigated on the compressive behavior of a T300/924 $\textrm{[}45/-45/0/90\textrm{]}_{3s}$, carbon fiber-epoxy laminate. A modified ICSTM compression test fixture was used together with an anti-buckling device to test 3mm thick specimens with a $30mm{\;}{\times}{\;}30mm,{\;}50mm{\;}{\times}{\;}50mm,{\;}70mm{\;}{\times}{\;}70mm{\;}and{\;}90mm{\;}{\times}{\;}90mm$ gauge length by width section. In all cases failure was sudden and occurred mainly within the gauge length. Post failure examination suggests that $0^{\circ}$ fiber microbuckling is the critical damage mechanism that causes final failure. This is the matrix dominated failure mode and its triggering depends very much on initial fiber waviness. It is suggested that manufacturing process and quality may play a significant role in determining the compressive strength. When the anti-buckling device was used on specimens, it was showed that the compressive strength with the device was slightly greater than that without the device due to surface friction between the specimen and the device by pretoque in bolts of the device. In the analysis result on influence of the anti-buckling device using the finite element method, it was found that the compressive strength with the anti-buckling device by loaded bolts was about 7% higher than actual compressive strength. Additionally, compressive tests on specimen with an open hole were performed. The local stress concentration arising from the hole dominates the strength of the laminate rather than the stresses in the bulk of the material. It is observed that the remote failure stress decreases with increasing hole size and specimen width but is generally well above the value one might predict from the elastic stress concentration factor. This suggests that the material is not ideally brittle and some stress relief occurs around the hole. X-ray radiography reveals that damage in the form of fiber microbuckling and delamination initiates at the edge of the hole at approximately 80% of the failure load and extends stably under increasing load before becoming unstable at a critical length of 2-3mm (depends on specimen geometry). This damage growth and failure are analysed by a linear cohesive zone model. Using the independently measured laminate parameters of unnotched compressive strength and in-plane fracture toughness the model predicts successfully the notched strength as a function of hole size and width.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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