This paper investigates the change of the percolation threshold in the carbon powder-filled polystyrene matrix composites based on the experimental results of changes in the resistivity and relative permittivity of the carbon powder filling, the electric field dependence of the current, and the critical exponent of conductivity. In this research, the percolation behavior, the critical exponent of resistivity, and electrical conduction mechanism of the carbon powder-filled polystyrene matrix composites are discussed based on a study of the overall change in the resistivity. It was found that the formation of infinite clusters is interrupted by a tunneling gap in the volume fraction of the carbon powder filling, where the change in the resistivity is extremely large. In addition, it was found that the critical exponent of conductivity for the universal law of conductivity is satisfied if the percolation threshold is estimated at the volume fraction of carbon powder where non-ohmic current behavior becomes ohmic. It was considered that the mechanism for changing the gaps between the carbon powder aggregates into ohmic contacts is identical to that of the connecting conducting phases above the percolation threshold in a random resister network system. The electric field dependence is discussed with a tunneling mechanism. It is concluded that the percolation threshold should be defined at this volume fraction (the second transition of resistivity for the carbon powder-filled polystyrene matrix composites) of carbon powder.
This paper investigates the dependency of the critical content for electrical conductivity of carbon powder-filled polymer matrix composites with different matrixes as a function of the carbon powder content (volume fraction) to find the break point of the relationships between the carbon powder content and the electrical conductivity. The electrical conductivity jumps by as much as ten orders of magnitude at the break point. The critical carbon powder content corresponding to the break point in electrical conductivity varies according to the matrix species and tends to increase with an increase in the surface tension of the matrix. In order to explain the dependency of the critical carbon content on the matrix species, a simple equation (${V_c}^*=[1+ 3({{\gamma}_c}^{1/2}-{{\gamma}_m}^{1/2})^2/({\Delta}q_cR]^{-1}$) was derived under some assumptions, the most important of which was that when the interfacial excess energy introduced by particles of carbon powder into the matrix reaches a universal value (${\Delta}q_c$), the particles of carbon powder begin to coagulate so as to avoid any further increase in the energy and to form networks that facilitate electrical conduction. The equation well explains the dependency through surface tension, surface tensions between the particles of carbon powder.
The high theoretical energy density ($2600Wh\;kg^{-1}$) of Lithium-sulfur batteries and the high theoretical capacity of elemental sulfur ($1672mAh\;g^{-1}$) attract significant research attention. However, the poor electrical conductivity of sulfur and the polysulfide shuttle effect are chronic problems resulting in low sulfur utilization and poor cycling stability. In this study, we address these problems by coating a polyethylene separator with a layer of activated carbon powder. A lithium-sulfur cell containing the activated carbon powder-coated separator exhibits an initial specific discharge capacity of $1400mAh\;g^{-1}$ at 0.1 C, and retains 63% of the initial capacity after 100 cycles at 0.2 C, whereas the equivalent cell with a bare separator exhibits a $1200mAh\;g^{-1}$ initial specific discharge capacity, and 50% capacity retention under the same conditions. The activated carbon powder-coated separator also enhances the rate capability. These results indicate that the microstructure of the activated carbon powder layer provides space for the sulfur redox reaction and facilitates fast electron transport. Concurrently, the activated carbon powder layer traps and reutilizes any polysulfides dissolved in the electrolyte. The approach presented here provides insights for overcoming the problems associated with lithium-sulfur batteries and promoting their practical use.
Ge, Yicheng;Yi, Maozhong;Xu, Huijuan;Peng, Ke;Yang, Lin
Carbon letters
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v.10
no.2
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pp.97-100
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2009
In this work, effects of carbon matrix on sliding friction and wear behavior of four kinds of C/C have been investigated against 40 Cr steel ring mate. Composite A with rough lamination carbon matrix (RL) shows the highest volume loss and coefficient of friction, while composite D with smooth lamination/resin carbon matrix (SL/RC) shows the lowest volume loss. The worn surface of composite A appears smooth, whereas that of composite C with smooth lamination carbon (SL) appears rough. The worn surface of composite D appears smooth under low load but rough under high load. Atomic force microscope images show that the size of wear particles on the worn surface is also dependent on the carbon matrix.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.55
no.3
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pp.123-128
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2013
This study was performed to evaluate the slump flow, air content, setting time, compressive strength, adiabatic temperature rise and diffusion coefficient of chloride used ordinary portland cement, crushed coarse aggregate, crushed sand, river sand, fly ash, limestone powder, blast furnace slag powder and superplasticizer to find optimum mix design of low carbon green concrete for structures. The performances of low carbon green concrete used fly ash, limestone powder and blast furnace slag powder were remarkably improved. This fact is expected to have economical effects in the manufacture of low carbon green concrete for structures. Accordingly, the fly ash, limestone powder and blast furnace slag powder can be used for low carbon green concrete material.
In the present study, we develop a conductive copper/carbon nanomaterial additive and investigate the effects of the morphologies of the carbon nanomaterials on the conductivities of composites containing the additive. The conductive additive is prepared by mechanically milling copper powder with carbon nanomaterials, namely, multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and/or few-layer graphene (FLG). During the milling process, the carbon nanomaterials are partially embedded in the surfaces of the copper powder, such that electrically conductive pathways are formed when the powder is used in an epoxy-based composite. The conductivities of the composites increase with the volume of the carbon nanomaterial. For a constant volume of carbon nanomaterial, the FLG is observed to provide more conducting pathways than the MWCNTs, although the optimum conductivity is obtained when a mixture of FLG and MWCNTs is used.
Kim, Sang-Goo;Song, Mi-Jeong;Choi, Keun-Joo;Ryu, Pyung-Jong;Kim, Shin-Chul;Lee, Yong-Doo
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.30
no.6
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pp.637-641
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2008
The aims of this research were to manufacture tailored powder activated carbon having a higher prechlorate removal efficiency and to compare perchlorate removal efficiency with different carbon materials for applying to the drinking water treatment plant. Activated carbon pre-loaded with cetyltrimethylammonium chloride(CTAC) has been researched to be an effective adsorbent for removing perchlorate in the water. 10,000 mg/L tailored powder activated carbon were manufactured by mixing 5.0 g of powder activated carbon(PAC) into 500 mL of 5,000 mg/L CTAC solution. The tailored powder activated carbon had 10 times higher perchlorate removal efficiency than virgin powder activated carbon. The residual perchlorate gradually decreased with the first 15 minute contact time with the tailored powder activated carbon, however, the longer contact time did not affect perchlorate removal. Tailored powder activated carbon by manufactured with 1,083 mg/g iodine value carbon had almost 4 times higher perchlarate removal efficiency than the 944 mg/g iodine value carbon. Dosage of 5 mg/L tailored powder activated carbon, which can adaptable dosage at the treatment plant, could decrease the perchlorate concentration from 50 $\mu$g/L to 15 $\mu$g/L.
Multiwall carbon nanotubes (MWNT) were produced using the arc-discharge graphite evaporation technique. Composite films were developed using MWNT dispersed in polystirol polymer. In the present work, various properties of the polymeric thin film containing carbon nanotubes were investigated by optical absorption, electrical resistivity and the same have been discussed.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.04a
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pp.27-30
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2003
In order to apply fracture detection we fabricated the CP-FRP using carbon-powder and analyzed conductive mechanism of it. The composites showed lower initial resistance as the carbon powder and amount of glass fiber(TEX) was used much more. When those are compared with each other that before and after bending test, the more cracks observed in matrix after bending test. We become to know that the conductivity of the composites depends on percolation structure of carbon powder.
Polystyrene superstructure films show faint rainbow color, and this low color saturation limits its wide application. In this paper, polystyrene superstructure films with single bright blue color were prepared by vertical deposition self-assembly method using polystyrene microspheres with average diameter of $310{\pm}10nm$ as raw material. Polystyrene superstructure films were modified by adding nano-carbon powder, and effect of the amount of nano-carbon powde on color performance was studied. The results showed that without addition of nano-carbon powder, the superstructure films showed a faint rainbow color, while with addition of nano-carbon power, the superstructure films exhibited a single bright blue under the same natural light source. Changing the amount of nano-carbon powder addition could adjust color saturation of the film. With increasing the amount of nano-carbon powder addition from 0.008 wt% to 0.01 wt%, color saturation of the superstructure film increased gradually. Further increasing the amount of nano-carbon powder addition to 0.011wt%, color saturation of the superstructure film didn't increase anymore and tended to get dark.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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