Arjun Siddharth Mangalasseri;Vinyas Mahesh;Sriram Mukunda;Vishwas Mahesh;Sathiskumar A Ponnusami;Dineshkumar Harursampath;Abdelouahed Tounsi
Advances in nano research
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v.14
no.1
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pp.27-43
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2023
This article investigates the energy harvesting characteristics of a magneto-electro-elastic (MEE) cantilever beam reinforced with carbon nanotubes (CNT) under transverse vibration. To this end, the well-known lumped parameter model is used to represent the coupled multiphysics problem mathematically. The proposed system consists of the MEE-CNT layer on top and an inactive substrate layer at the bottom. The substrate is considered to be made of either an isotropic or composite material. Basic laws such as Gauss's Law, Newton's Law and Faraday's Law are used to arrive at the governing equations. Surface electrodes across the beam are used to harvest the electric potential produced, together with a wound coil, for the generated magnetic potential. The influence of various distributions of the CNT and its volume fraction, substrate material, length-to-thickness ratio, and thickness ratio of substrate to MEE layer on the energy harvesting behaviour is thoroughly discussed. Further, the effect of external resistances and changes in substrate material on the response is analysed and reported. The article aims to explore smart material-based energy harvesting systems, focusing on their behaviour when reinforced with carbon nanotubes. The results of this study may lead to an improved understanding of the design and analysis of CNT-based smart structures.
Ozge Ozdemir;Huseyin Ural;Alexandre de Macedo Wahrhaftig
Advances in nano research
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v.16
no.5
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pp.445-458
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2024
The objective of this paper is to present free vibration and static stability analyses of rotating composite beams reinforced with carbon nanotubes (CNTs) under uniform thermal loads. Beam structural equations and CNT-reinforced composite (CNTRC) beam formulations are derived based on Timoshenko beam theory (TBT). The temperature-dependent properties of the beam material, such as the elastic modulus, shear modulus, and material density, are assumed to vary over the thickness according to the rule of mixture. The beam material is modeled as a mixture of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in an isotropic matrix. The SWCNTs are aligned and distributed in the isotropic matrix with different patterns of reinforcement, namely the UD (uniform), FG-O, FG-V, FG- Λ and FG-X distributions, where FG-V and FG- Λ are asymmetric patterns. Numerical examples are presented to illustrate the effects of several essential parameters, including the rotational speed, hub radius, effective material properties, slenderness ratio, boundary conditions, thermal force, and moments due to temperature variation. To the best of the authors' knowledge, this study represents the first attempt at the finite element modeling of rotating CNTRC Timoshenko beams under a thermal environment. The results are presented in tables and figures for both symmetric and asymmetric distribution patterns, and can be used as benchmarks for further validation.
Cui, Hao;Zhang, Xiaoxing;Yao, Qiang;Miao, Yulong;Tang, Ju
Carbon letters
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v.28
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pp.55-59
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2018
Transition-metal-embedded carbon nanotubes (CNTs) have been accepted as a novel type of sensing material due to the combined advantage of the transition metal, which possesses good catalytic behavior for gas interaction, and CNTs, with large effective surface areas that present good adsorption ability towards gas molecules. In this work, we simulate the adsorption of $O_2$ and $O_3$ onto Rh-doped CNT in an effort to understand the adsorbing behavior of such a surface. Results indicate that the proposed material presents good adsorbing ability and capacities for these two gases, especially $O_3$ molecules, as a result of the relatively large conductivity changes. The frontier molecular orbital theory reveals that the conductivity of Rh-CNT would undergo a decrease after the adsorption of two such oxidizing gases due to the lower electron activity and density of this media. Our calculations are meaningful as they can supply experimentalists with potential sensing material prospects with which to exploit chemical sensors.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.17
no.12
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pp.1326-1331
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2004
In this paper, we have investigated thermal properties and Impurities content of specimens showing by changing the content of carbon black that is semiconductive materials for underground power transmission. Specimens were made of sheet form with the three of existing resins and the nine of specimens for measurement. Impurities content of specimens was measured by ICPAES(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer). Heat capacity(ΔH) and melting temperature(Tm) were measured by DSC(Differential Scanning Calorimetry). The ranges of measurement temperature were from $0^{\circ}C$ to 20$0^{\circ}C$, and heating temperature was 4$^{\circ}C$/min. And then thermal diffusivity was measured by LFA 447. The measurement temperature was $25^{\circ}C$. Impurities content was highly measured according to increasing the content of carbon black from ICPAES results. And heat capacity and melting temperature from the DSC results were simultaneously decreased according to increasing the content of carbon black, while thermal diffusivity was increased according to increasing the content of carbon black. Because ionic impurities of carbon black containg Fe, Co, Mn, Al, and Zn were rapidly increasing kinetic energy by vibration of ionic impurities through the applied heat energy.
To support the use of nuclear power as a sustainable electric energy generating technology, long-term supply of uranium is very important. The objective of this research is to investigate the use of new adsorbent material for cost effective uranium extraction from seawater. An activated carbon-based adsorbent material is developed and tested through an electrosorption technique in this research. Adsorption of uranium from seawater by activated carbon electrodes was investigated through electrosorption experiments up to 300 minutes by changing positive potentials from +0.2V to +0.8V (vs. Ag/AgCl). Uranium adsorption by the activated carbon electrode developed in this research reached up to 3.4 g-U/kg-adsorbent material, which is comparable with the performance of amidoxime-based adsorbent materials. Electrosorption of uranium ions from seawater was found to be most favorable at +0.4V (vs. Ag/AgCl). The cost of chemicals and materials in the present research was compared with that of the amidoxime-based approach as part of the engineering feasibility examination.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.13
no.6
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pp.23-29
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2014
In this study, cooling and heat-transfer tests are performed to compare and evaluate the thermal conductivity in a prepared CNT TIM (thermal interface material). A polymerized CNT heat-transfer resin and commercial thermal grease (Shinetsu G-747) were applied for a comparison test in both cases. Cooling experiments with an aluminum foil specimen were performed in order to measure the temperature distribution using an infrared camera, and in heat radiation experiments, performance testing of the thermal conductivity was conducted using high-power LEDs. Carbon resin with the polymerization of graphite and carbon black, and CNT-polymerized CNT resin with graphite and carbon black were tested and compared with using G-747. It was found that the cooling performance and the heat transfer ability in both the carbon resin and the CNT-polymerized CNT resin were greater than those of G-747 because the temperature by 5. $0^{\circ}C$ in both cases appeared lower than that of the G-747.
Petroleum pitch and coke with wet mixture method or with dry mixture method were investigated to develop the composite anodic carbon material of high power lithium ion battery. Cokes coated with pitch were obtained by the heat treatment of mixture of cokes and pitch with different weight ratios at $800{\sim}1200^{\circ}C$. The charge and discharge characteristic of the consequent composite anodic carbon material assembled in batteries was tested. Cokes with wet mixture method have a smooth surface and their capacity changed little with changing temperature and content as compared to the cokes with dry mixture method. Although the reversible capacities showed different values by the anode manufacturing method, the composite anode with the mixture of 20 wt% of petroleum pitch and 80 wt% of coke showed the higher power capability and initial efficiency than the pitch based anode. However, the reversible capacity of the composite anode showed the reduced value as compared with the pitch based anode.
Park, Chang-Joon;Hwang, Jeong-Yeon;Kang, Hyung-Ku;Seo, Dae-Shik;Ahn, Han-Jin;Kim, Kyung-Chan;Kim, Jong-Bok;Baik, Hong-Koo
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2004.04a
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pp.23-26
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2004
We studied the nematic liquid crystal (NLC) aligning capabilities using the new alignment material of a Carbon Nitride (NDLC) thin film. NDLC thin film exhibits high electrical resistivity and thermal conductivity that are similar to the properties shown by diamond-like carbon (DLC) thin films. The diamond-like properties and nondiamond-like bonding make NDLC an attractive candidate for applications. A high pretilt angle of about $9.9^{\circ}$ by ion beam (IB) exposure on the NDLC thin film surface was measured. A good LC alignment is achieved by the IB alignment method on the NDLC thin film surface at annealing temperature of $200^{\circ}C$. The alignment defect of the NLC was observed above annealing temperature of $250^{\circ}C$. Consequently, the high pretilt angle and the good LC alignment by the IB alignment method on the NDLC thin film surface can be achieved.
This paper deals with the free vibration behavior of rotating composite beams reinforced with carbon nanotubes (CNTs) under uniform thermal loads. The temperature-dependent beam material is assumed to be a mixture of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in an isotropic matrix and five different functionally graded (FG) distributions of CNTs are considered according to the variation along the thickness, namely the UD-uniform, FG-O, FG-V, FG-Λ and FG-X distributions where FG-V and FG-Λ are unsymmetrical patterns. Considering the Timoshenko beam theory (TBT), a new finite element formulation of functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FGCNTRC) beam is created for the first time. And the effects of several essential parameters including rotational speed, hub radius, effective material properties, slenderness ratio, boundary conditions, thermal force and moments due to temperature variation are considered in the formulation. By implementing different boundary conditions, some new results of both symmetric and non-symmetrical distribution patterns are presented in tables and figures to be used as benchmark for further validation. In addition, as an alternative advanced composite application for rotating systems exposed to thermal load, the positive effects of CNT addition in improving the dynamic performance of the system have been observed and the results are presented in several tables and figures.
This study analyzes the thermal performance of insulating concrete based on material combinations aimed at carbon reduction. The study compares the thermal and structural properties of insulating concrete enhanced with perlite and EPS (Expanded Polystyrene) beads to conventional concrete, with a focus on the impact of insulation properties on thermal conductivity. The results indicate that the content of EPS beads is critical to the insulating performance, and increased moisture absorption significantly reduces the energy efficiency of the insulating concrete. These findings provide valuable insights for the design and application of insulating concrete to enhance energy efficiency and reduce carbon emissions. This study offers guidance for further developing insulating concrete as a carbon-reducing building material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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