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 presents a simple approach for the assembly of a free-standing conductive electronic nanofilm of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) suitable for enzymatic electrochemical biosensors. A large-scale SWNT electronic film was successfully produced by the dialysis of p-Terphenyl-4,4''-dithiol (TPDT)-treated SWNTs. Furthermore, Horseradish peroxidase (HRP) was immobilized on the TPDT-SWNT electronic film, and the enzymatic detection of hydrogen peroxide (H2O2) was demonstrated without mediators. The detection of H2O2 in the negative potential range (-0.4 V vs. Ag/AgCl) was achieved by direct electron transfer of heme-based enzymes that were immobilized on the TPDT-SWNT electronic film. The SWNT-based biosensor exhibited a wide detection range of H2O2 from 10 µM to 10 mM. The HRP-doped SWNT electronic film achieved a high sensitivity of 342 ㎛A/mM·cm2 and excellent selectivity against a variety of redox-active interfering substances, such as ascorbic acid, uric acid, and acetaminophen.
Kim, Myeong-Su;Gwak, Jeong-Chun;Lee, Seung-Ho;Lee, Nae-Seong
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2009.05a
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pp.32.1-32.1
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2009
현재 ITO를 대체할 재료로 투명 전도성 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 필름에 대한 연구가 진행 되고 있다. 이러한 연구에서 특히 CNT 필름의 투과도에 따른 전기저항을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 단일벽 CNT (single-walled CNT)를 여러 가지 계면활성제로 최적 분산시킨 수용액으로부터 제조한 CNT 필름의 투과도에 따른 면 저항 (sheet resistance) 변화를 관찰하였다. 우선 계면활성제로 분산시킨 CNT 수용액을 알루미나 재질의 필터에서 정량적으로 진공 필터링하여 CNT 필름을 제조하였다. 알루미나 필터를 sodium hydroxide (NaOH) 수용액으로 용해시켜 제거함으로써 얻은 CNT 필름을 유리기판 위에 부착시켰다. 필름의 전기저항을 낮추기 위해 유리기판 위에 부착된 CNT 필름을 질산 (HNO3) 용액으로 처리하였다. Scanning electron microscopy, UV-Vis spectroscopy를 이용하여 각각 필름의 형상과 광 투과도를 분석하였고, 4-point probe로 면 저항을 측정하였다. 계면활성제로 분산시킨 CNT 필름 대부분의 면 저항은 질산 처리에 의해 감소하였다. 이는 CNT 표면에 코팅되어 있던 계면활성제가 질산에 의해 제거되었기 때문인 것으로 예상된다. 여러 계면활성제 중 sodium dodecyl benzenesulfonate로 분산시킨 CNT 필름이 산 처리 후에 가장 낮은 면 저항을 보였다. 그리고 Polyvinyl pyrrolidone (PVP)과 cetyltrimethylammonium bromide (CTAB)를 사용하여 제조한 CNT 필름의 면 저항이 가장 뚜렷한 감소를 보였다.
Mohamed, Nazira;Eltaher, Mohamed A.;Mohamed, Salwa A.;Seddek, Laila F.
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.6
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pp.737-750
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2019
This paper investigates the static and dynamic behaviors of imperfect single walled carbon nanotube (SWCNT) modeled as a beam structure by using energy-equivalent model (EEM), for the first time. Based on EEM Young's modulus and Poisson's ratio for zigzag (n, 0), and armchair (n, n) carbon nanotubes (CNTs) are presented as functions of orientation and force constants. Nonlinear Euler-Bernoulli assumptions are proposed considering mid-plane stretching to exhibit a large deformation and a small strain. To simulate the interaction of CNTs with the surrounding elastic medium, nonlinear elastic foundation with cubic nonlinearity and shearing layer are employed. The equation governed the motion of curved CNTs is a nonlinear integropartial-differential equation. It is derived in terms of only the lateral displacement. The nonlinear integro-differential equation that governs the buckling of CNT is numerically solved using the differential integral quadrature method (DIQM) and Newton's method. The linear vibration problem around the static configurations is discretized using DIQM and then is solved as a linear eigenvalue problem. Numerical results are depicted to illustrate the influence of chirality angle and imperfection amplitude on static response, buckling load and dynamic behaviors of armchair and zigzag CNTs. Both, clamped-clamped (C-C) and simply supported (SS-SS) boundary conditions are examined. This model is helpful especially in mechanical design of NEMS manufactured from CNTs.
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.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.201-201
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2012
Using materials with high thermal conductivity is a matter of great concern in the field of thermal management. In this study, we present our experimental results on an important physical property of carbon nanotube (CNT) films, two-dimensional thermal conductivity obtained by using an optical method based on Raman spectroscopy. We prepared four kinds of CNT films to investigate the effect of CNT type on heat spreading performance of films. This first comparative study using the optical method shows that the arc-discharge single-walled carbon nanotubes yield the best heat spreading film. And we observed thermal conductivity values of CNT films with various transmittances and found that the Raman method works as long as the sample is a transparent film. This study provides useful information on characterization of thermal conduction in transparent CNT films and could be an important step toward high-performance carbon-based heat spreading films.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2009.04b
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pp.97-98
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2009
Here, we describe a versatile strategy for precise control of the optoelectrical properties of the single walled carbon nanotube (SWNT)/silane binder hybrid films by noncovalent hybridization. Stable SWNT/silane binder solutions were prepared by direct mixing of high concentration CNT solutions and silane sol solutions. The critical binder content was determined by varying the amount of binder in the SWNT/binder solutions. A binder content of 50 wt% was used to prepare the other SWNT/binder solutions. This study demonstrates how the intermolecular interactions between the SWNTs and the silanes can affect the conductivity of the CNT/binder network films by characterizing the optoelectrical and Raman spectroscopic properties of the SWNT/silane films containing silane binders with various functional groups. The use of the PTMS binder with phenyl groups was found to be most effective in the fabrication of transparent and conductive films on glass substrates. Such a precise control of the optoelectrical properties of SWNT/binder films can be useful to fabricate the high performance conductive thin films, with ramifications for understanding the fundamental intermolecular interaction in carbon materials science.
Single-walled carbon nanotubes (SWNTs) and $C_{60}$-encapsulated SWNTs ($C_{60}@SWNTs$) are introduced to Ru-sensitized photoelectrochemical cells (PECs), and photocurrents are compared between two cells, i.e., an $RuL_2(NCS)_2$/DAPV/SWNTs/ITO cell and an $RuL_2(NCS)_2$/DAPV/$C_{60}@SWNTs$/ITO cell. [L = 2,2'-bipyridine-4,4'-dicarboxylic acid, DAPV = di-(3-aminopropyl)-viologen, and ITO = indium-tin oxide] The photocurrents are increased by 70.6% in the presence of $C_{60}@SWNTs$. To explain the photocurrent increase, the reverse-field emission method is used, i.e., $RuL_2(NCS)_2$/DAPV/SWNTs/ITO cell (or $RuL_2(NCS)_2$/DAPV/$C_{60}@SWNTs$/ITO cell) as an anode and a counter electrode Pt as a cathode in the external electric field. The improved field emission properties, i.e., ${\beta}$ (field enhancement factor) and emission currents in the reverse-field emission with $C_{60}@SWNTs$ indicate the enhancement of the PEC electric field, which implies the improvement of the electron transfer rate along with the reduced charge recombination in the cell.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.06a
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pp.426-426
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2007
We report the field emission characteristics of transparent single-walled carbon nanotube (SWNT) film printed using an inkjet. Pure SWNTs dispersed in dimethylformamide were printed in a transparent layer on indium-tin oxide-coated glass and annealed at $350^{\circ}C$. After taping treatment, SWNTs were oriented vertically on the substrate. The front and the back of the fabricated device produced simultaneous emissions of identical quality. In addition, inkjet printing directly achieved a patterned emission, without a secondary pattern process. This method allows simple fabrication using only SWNTs, without the use of other additives.
Carbon nanotubes (CNTs) draw attention as promising materials due to their excellent electrical and mechanical properties. However, the intrinsic strong interaction between CNTs presents a challenge to their use in various applications. Here, we present a facile method to disperse single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in a polar solution using a graft copolymer, poly(vinyl chloride)-graft-poly(oxyethylene methacrylate), PVC-g-POEM. The graft copolymer was synthesized via atom transfer radical polymerization (ATRP), as confirmed by gel permeation chromatography (GPC) and $^1H$ NMR spectroscopy. The SWCNTs were uniformly dispersed in a polar solvent such as dimethylsiloxane (DMSO) using PVC-g-POEM as a dispersant, due to interaction between CNT and the graft copolymer, as revealed by transmission electron microscopy (TEM) analysis. Upon removal of the solvent, free standing nanocomposite films with good homogeneity were obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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