In the present paper an analytical model was developed to study the non-linear vibrations of Functionally Graded Carbon Nanotube (FG-CNT) reinforced doubly-curved shallow shells using the Multiple Scales Method (MSM). The nonlinear partial differential equations of motion are based on the FGM shallow shell hypothesis, the non-linear geometric Von-Karman relationships, and the Galerkin method to reduce the partial differential equations associated with simply supported boundary conditions. The novelty of the present model is the simultaneous prediction of the natural frequencies and their mode shapes versus different curvatures (cylindrical, spherical, conical, and plate) and the different types of FG-CNTs. In addition to combining the vibration analysis with optimization algorithms based on the genetic algorithm, a design optimization methode was developed to maximize the natural frequencies. By considering the expression of the non-dimensional frequency as an objective optimization function, a genetic algorithm program was developed by valuing the mechanical properties, the geometric properties and the FG-CNT configuration of shallow double curvature shells. The results obtained show that the curvature, the volume fraction and the types of NTC distribution have considerable effects on the variation of the Dimensionless Fundamental Linear Frequency (DFLF). The frequency response of the shallow shells of the FG-CNTRC showed two types of nonlinear hardening and softening which are strongly influenced by the change in the fundamental vibration mode. In GA optimization, the mechanical properties and geometric properties in the transverse direction, the volume fraction, and types of distribution of CNTs have a considerable effect on the fundamental frequencies of shallow double-curvature shells. Where the difference between optimized and not optimized DFLF can reach 13.26%.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2009.06a
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pp.311-311
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2009
Carbon nanotubes (CNTs) belong to an ideal material for field emitters because of their superior electrical, mechanical, and chemical properties together with unique geometric features. Several applications of CNTs to field emitters have been demonstrated in electron emission devices such as field emission display (FED), backlight unit (BLU), X-ray source, etc. In this study, we fabricated a CNT cathode by using filtration processes. First, an aqueous CNT solution was prepared by ultrasonically dispersing purified single-walled CNTs (SWCNTs) in deionized water with sodium dodecyl sulfate (SDS). The aqueous CNT solution in a milliliter or even several tens of micro-litters was filtered by an alumina membrane through the vacuum filtration, and an ultra-thin CNT film was formed onto the alumina membrane. Thereafter, the alumina membrane was solvated by acetone, and the floating CNT film was easily transferred to indium-tin-oxide (ITO) glass substrate in an area defined as 1 cm with a film mask. The CNT film was subjected to an activation process with an adhesive roller, erecting the CNTs up to serve as electron emitters. In order to measure their luminance characteristics, an ITO-coated glass substrate having phosphor was employed as an anode plate. Our field emitter array (FEA) was fairly transparent unlike conventional FEAs, which enabled light to emit not only through the anode frontside but also through the cathode backside, where luminace on the cathode backside was higher than that on the anode frontside. Futhermore, we added a reflecting metal layer to cathode or anode side to enhance the luminance of light passing through the other side. In one case, the metal layer was formed onto the bottom face of the cathode substrate and reflected the light back so that light passed only through the anode substrate. In the other case, the reflecting layer coated on the anode substrate made all light go only through the cathode substrate. Among the two cases, the latter showed higher luminance than the former. This study will discuss the morphologies and field emission characteristics of CNT emitters according to the experimental parameters in fabricating the lamps emitting light on the both sides or only on the either side.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.11a
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pp.395-395
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2008
Water-assisted synthesis of carbon nanotubes (CNTs) has been intensively studied in recent years, reporting that water vapor enhances the activity and lifetime of metal catalyst for the CNT growth. While most of these studies has been focused on the supergrowth of CNTs at high temperature, rarely has the similar approach been made for the CNT synthesis at low temperature. Since the metal catalyst are much less active at lower temperature, we expect that the addition of water vapor may increase the activity of catalyst more largely at lower temperature. We synthesized multi-walled CNTs at temperature as low as $360^{\circ}C$ by introducing water vapor during growth. The water addition caused CNTs to grow ~3 times faster. Moreover, the water-assisted growth prolonged the termination of CNT growth, implying the enhancement of catalyst lifetime. In general, a thinner catalyst layer is likely to produce smaller-diameter, longer CNTs. In a similar manner, the water vapor had a greater effect on the growth of CNTs for a smaller thickness of catalyst in this study. To figure out the role of process gases, CNTs were grown in the first stage and then exposed to each of process gases in the second stage. It was shown that water vapor and hydrogen did not etch CNTs while acetylene led to the additional growth of CNTs even faster in the second stage. As-grown CNTs were characterized by scanning electron microscopy (SEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), atomic force microscopy (AFM), and Raman spectroscopy.
We numerically investigate the electronic band structure of carbon nanotubes (CNTs) under radial corrugation. Hydrostatic pressure application to CNTs leads to a circumferential wave-like deformation of their initially circular cross-sections, called radial corrugations. Tight-binding calculation was performed to determine the band gap energy as a function of the amplitude of the radial corrugation. We found that the band gap increased with increasing radial corrugation amplitude; then, the gap started to decline at a critical amplitude and finally vanished. This non-monotonic gap variation indicated the metal-semiconductor-metal transition of CNTs with increasing corrugation amplitude. Our results provide a better insight into the structure-property relation of CNTs, thus advancing the CNT-based device development.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.31
no.2
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pp.94-97
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2018
Lead zirconate titanate/poly-vinylidene fluoride (PZT/PVDF) piezoelectric devices were fabricated by incorporating carbon nanotubes (CNTs), for use as flexible energy harvesting devices. CNTs were added to maximize the formation of the ${\beta}$ phase of PVDF to enhance the piezoelectricity of the devices. The phase transition of PVDF induced by the addition of CNTs was confirmed by analyzing the X-ray diffraction patterns, scanning electron microscopy images, and atomic force microscopy images. The enhanced output efficiency of the PZT/PVDF piezoelectric devices was confirmed by measuring the output current and voltage of the fabricated devices. The maximum output current and voltage of the PZT/PVDF piezoelectric devices was 200 nA and 350 mV, respectively, upon incorporation of 0.06 wt% CNTs.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.14
no.10
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pp.850-854
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2001
In this study, carbon nanotubes was vertically grown pm Ni/Cr-deposited glass substrates by Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition. Using Radio-Frequence(RF) plasma below temperature of 600$^{\circ}C$. The grown CNTs shows field emission properties and high quality materials. Turn-on fields and current density showed 5V/${\mu}$m and 1.06${\times}$10$\^$-6/ A/$\textrm{cm}^2$, respectively.
Seo, D.W.;Yoon, W.J.;Park, S.J.;Jo, M.C.;Kim, J.S.
Carbon letters
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v.7
no.4
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pp.266-270
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2006
Multi-walled carbon nanotube-poly methyl methacrylate (MWNT/PMMA) nanocomposite has been prepared by in situ polymerization of MMA dispersed with MWNTs. The MWNTs were functionalized by nitric acid and sulfuric acid treatment, and this was confirmed by FTIR spectrometer. The solution mixture of MWNTs and MMA was partially polymerized at $80^{\circ}C$, followed by the addition of AIBN and polymerization at $50^{\circ}C$. The MWNT-PMMA composite was prepared by casting the pre-polymer on the glass plate, and the optical properties have been studied using UV-vis spectrometer. The acid treated MWNTs were well dispersed in MMA with fairly good dispersion stability, while flocculation and sedimentation was observed from raw MWNTs in MMA.
The properties of carbon nanotube obtained by thermal chemical vapor deposition (CVD) process were investigated as a function of ammonia $(NH_3)$ gas in hydrocarbon gas, Fe catalyst thickness, and growth temperature. Fe catalyst was prepared by DC magnetron sputter and pre-treated with ammonia gas. CNTs were then grown with ammonia-acetylene gas mixture by thermal CVD. The diameter of these CNTs shows a strong correlation with the gas rate, the catalyst film thickness and temperature. From our results, it was found that the factors of grown CNTs positively acted to improve CNT quality.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.21
no.9
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pp.783-788
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2008
We suggest a CNT-based gas sensor for breath alcohol measurement. The sensor was composed of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) thin film on flexible PES (polyethersulfone) substrate, and the SWCNTs thin film was formed by multiple spray-coating with SWCNTs solution which was well-dispersed, highly controlled and functionalized in ethanol solvent. In this work, three types of SWCNTs thin films were deposited with changes in the number of spray-coatings to 20, 40 and 60 times in order to compare electrical response properties of the SWCNTs thin films. from the fabricated sensors, conductance and capacitance responses were measured and discussed. Alcohol gas sensors have been commercialized widely as gauge for breath alcohol measurement which is applicable to checking whether car drivers are drinking-driving or not. Our alcohol gas sensors showed good sensitivity and linearity even at room temperature.
Lee, Kyunbae;Jung, Yeonsu;Lee, Sang Bok;Kim, Taehoon
Composites Research
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v.35
no.3
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pp.139-146
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2022
In this study, we study fabrication methods suitable for CNT fibers-based composite. We try to fabricate a composite material using a small amount of CNT fiber preparation of woven fabrics or stitched unidirectional fabrics consisting of CNT fiber is not achievable currently. The composite materials on the basis of CNT fibers have been mainly manufactured filament winding method due to productivity issues and difficulties in composite processes. We develop a new method to prepare CNT fibers-based composite using resin infiltrated CNT fibers-based films. Because CNT fibers have numerous nanopores inside, unnecessary resin can remain after curing and decrease the mechanical properties of the composites. To remove the excess resin, pressure should be applied during the process, but the pressure applied through VaRTM was not enough to remove the excess resin. To obtain the composite with high ratio of CNT fibers, higher pressure using hot press machine and foams next to the resin-infiltrated CNT fibers are necessary. We can obtain the composite having a mass ratio of 58.5 wt% based on the new suggested method and diluted epoxy. The specific strength of the composite reach 0.525 N/tex. This study presents a new process method that can be applied to the manufacturing of CNT fiber composite materials in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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