This present article represents the study of the forced vibration of nanobeam of a single-walled carbon nanotube (SWCNTs) surrounded by a polymer matrix. The modeling was done according to the Euler-Bernoulli beam model and with the application of the non-local continuum or elasticity theory. Particulars cases of the local elasticity theory have also been studied for comparison. This model takes into account the different effects of the interaction of the Winkler's type elastic medium with the nanobeam of carbon nanotubes. Then, a study of the influence of the amplitude distribution and the frequency was made by variation of some parameters such as (scale effect ($e_0{^a}$), the dimensional ratio or aspect ratio (L/d), also, bound to the mode number (N) and the effect of the stiffness of elastic medium ($K_w$). The results obtained indicate the dependence of the variation of the amplitude and the frequency with the different parameters of the model, besides they prove the local effect of the stresses.
탄소나토튜브를 투명 전극에 활용하기 위한 필수요소인 정제과정없이 무정제 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, SWCNT)와 은나노와이어(silver nanowire) 분산액을 제조하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 필름에 바 코팅을 이용하여 전기전도성 투명전극을 제조하였다. PET 기판 위에 SWCNT 및 은 나노와이어를 각각 포함하는 코팅층을 상호 교차시켜 적층함으로서 은나노와이어의 전기 전도도와 투과도를 극대화시키고 헤이즈 (haze)가 증가되는 단점을 극복하기 위해 SWCNT를 도입하였고, 무정제 SWCNT내에 존재하는 금속 촉매의 산화에 의해서 항온항습 테스트 후 저항이 급격하게 증가하는 문제를 은 나노와이어가 전기적 네트워크 형성에 기여하여 산화에 대한 안정성을 확보할 수 있었다. SWCNT함량이 0.025 wt% 인 분산액을 PET 기판에 먼저 코팅하고 그 위에 은 나노와이어의 함량이 0.05 wt%인 분산액을 코팅한 투명전극의 시트 저항은 47 Ω/□, 투과도는 96.72%, 헤이즈는 1.93% 로 전기적 광학적 특성이 우수하게 나왔고, 산화 안정성 평가를 위한 항온 항습 실험 후 시트 저항의 변화율이 6.4% 로 적게 나타나서 장기적 사용에 적합하다는 것을 알 수 있었다. 무정제 SWCNT 사용함으로 저비용, 친환경 하이브리드 투명전극을 상업적으로 활용 가능한 수준의 제품이 개발되었다.
탄소 나노 튜브는 탄소 원자들이 육각형의 벌집모양으로 서로 연결된 고분자 탄소동소체로 다중벽일 경우 $3000W{\cdot}m^{-1}{\cdot}K^{-1}$, 단일벽일 경우 $6000W{\cdot}m^{-1}{\cdot}K^{-1}$ 정도로 매우 높은 열전도도를 보인다. 본 연구에서는 단일 빔과 이중 빔 방법으로 열렌즈 효과를 이용하여, 1.5 M 다중벽 탄소 나노튜브 분산액의 투과율과 열확산도를 측정하였다. 단일 레이저 빔의 진행방향으로 시료를 움직이는 z-scan 방법을 통해 비선형 광학계수들을 구하고, 이중 레이저 빔을 이용하여 열확산도를 측정하였다. 펌프 빔으로는 파장 532 nm이고 세기가 100 mW인 DPSS (Diode-pumped solid state, DPSS) 레이저를 사용하였고, 프로브빔으로는 파장이 633 nm이며 세기가 5 mW인 He-Ne 레이저를 사용하였다. 실험 결과 농도가 9.99, 11.10, 16.65, 19.98 mM일 때 비선형 흡수계수는 각각 0.046, 0.051, 0.136, 0.169 m/W였다. 또한 비선형 굴절률은 0.20, 0.51, 1.25, $1.32{\times}10^{-11}m^2/W$였고, 열확산도 평균치는 $1.33{\times}10^{-6}m^2/s$이었다.
Arani, Ali Ghorbanpour;Kolahchi, Reza;Esmailpour, Masoud
Smart Structures and Systems
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제18권4호
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pp.787-800
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2016
The aim of the paper is to analyze nonlinear transverse vibration of an embedded piezoelectric plate reinforced with single walled carbon nanotubes (SWCNTs). The system in rested in a Pasternak foundation. The micro-electro-mechanical model is employed to calculate mechanical and electrical properties of nanocomposite. Using nonlinear strain-displacement relations and considering charge equation for coupling between electrical and mechanical fields, the motion equations are derived based on energy method and Hamilton's principle. These equations can't be solved analytically due to their nonlinear terms. Hence, differential quadrature method (DQM) is employed to solve the governing differential equations for the case when all four ends are clamped supported and free electrical boundary condition. The influences of the elastic medium, volume fraction and orientation angle of the SWCNTs reinforcement and aspect ratio are shown on frequency of structure. The results indicate that with increasing volume fraction of SWCNTs, the frequency increases. This study might be useful for the design and smart control of nano/micro devices such as MEMS and NEMS.
Kim, Soo-Youn;Song, Woo-Seok;Kim, Min-Kook;Jung, Woo-Sung;Choi, Won-Chel;Park, Chong-Yun
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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pp.286-286
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2010
The lack of homogeneously sized single-walled carbon nanotubes (SWNTs) hinders their many applications because properties of SWNTs, in particular electrical conduction, are highly dependent on the diameter and chirality. Therefore, the preferential growth of SWNTs with predetermined diameters is an ultimate objective for applications of SWNTs-based nanoelectronics. It has been previously emphasized that a catalyst size is the one crucial factor to determine the CNTs diameter in chemical vapor deposition (CVD) process, giving rise to several attempts to obtain size-controllable catalyst by diverse methods, such as solid supported catalyst, metal-containing molecular nanoclusters, and nanostructured catalytic layer. In this work, diameter-controlled CNTs were synthesized using a nanostructured catalytic layer consisting of Fe/Al2O3/Si substrate. The CNTs diameter was controlled by structural modification of Al2O3 supporting layer, because Al2O3 supporting layer can affect agglomeration phenomenon induced by heat-driven surface diffusion of Fe catalytic nanoparticles at growth temperature.
An optimum route to synthesize $Al_2O_3$-based composite powders with homogeneous dispersion of carbon nanotubes (CNTs) was investigated. CNTs/Metal/$Al_2O_3$ nanocomposite powders were fabricated by thermal chemical vapor deposition of $C_2H_2$ gas over metal/$Al_2O_3$ nanocomposite catalyst prepared by selective reduction of metal oxide/$Al_2O_3$ powders. The FT-Raman spectroscopy analysis revealed that the CNTs have single- and multi-walled structure. The CNTs with the diameter of 25-43 nm were homogeneously distributed in the metal/$Al_2O_3$ powders, and their characteristics were strongly affected by a kind of metal catalyst and catalyst size. The experimental results show that the composite powder with required size and dispersion of CNTs can be realized by control of synthesis condition.
Hashemi, Razieh;Mirzaei, Mostafa;Adlparvar, Mohammad R.
Advances in nano research
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제10권1호
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pp.43-57
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2021
In this study, thermally induced bifurcation buckling of shallow composite cylindrical panels reinforced with aligned single-walled carbon nanotubes is investigated. Distribution of carbon nanotubes across the thickness of the cylindrical panel as reinforcements may be either uniform or functionally graded. Thermo-mechanical properties of the matrix and reinforcements are considered to be temperature dependent. Properties of the cylindrical panel are obtained using a refined micromechanical approach which introduces the auxiliary parameters into the rule of mixtures. The governing equations are obtained by using the static version of the Hamilton principle based on the first-order shear deformation theory and considering the linear strain-displacement relation. An energy-based Ritz method and an iterative process are used to obtain the critical buckling temperature of composite cylindrical panel with temperature dependent material properties. In addition, the effect of various parameters such as the boundary conditions, different geometrical conditions, distribution pattern of CNTs across the thickness and their volume fraction are studied on the critical buckling temperature and buckled pattern of cylindrical panels. It is shown that FG-X type of CNT dispersion is the most influential type in thermal stability.
Muzamal Hussain;Mohamed R. Ali;Abdelhakim Benslimane;Humaira Sharif;Mohamed A. Khadimallah;Muhammad Nawaz Naeem;Imene Harbaoui;Sofiene Helaili;Aqib Majeed;Abdelouahed Tounsi
Computers and Concrete
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제32권4호
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pp.393-398
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2023
This paper provides the free vibrations of chiral carbon nanotubes. The governing equations of Flügge theory is considered for vibration frequencies of chiral single walled carbon nanotubes. The solution of frequency equation is obtained from a novel model for better representation of stubby and short vibration characteristics of chiral tubes with clamped-clamped and clamped-simply supported end conditions. For the harmonic response of this tube, the model displacement function is adopted. The variational approach Rayleigh-Ritz method with kinetic and strain energies are used. The Lagragian function is differentiated with respect to unknown functions. The frequency equation is written in compact form to solve with MATLAB software. The frequencies of chiral SWCNTs for first ten aspect ratios as small level are investigated. The results shown as for decreasing the aspect rations, the frequencies are increases. The presented results of this model are verified with experimental and numerical results, which found as an excellent agreement.
In this study, PtRu nanoparticles deposited on binary carbon supports were developed for use in direct methanol fuel cells using carbon blacks (CBs) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). The particle sizes and morphological structures of the catalysts were analyzed using X-ray diffraction and transmission electron microscopy, and the PtRu loading content was determined using an inductively coupled plasma-mass spectrometer. The electrocatalytic characteristics for methanol oxidation were evaluated by means of cyclic voltammetry with 1 M $CH_3OH$ in a 0.5 M $H_2SO_4$ solution as the electrolyte. The PtRu particle sizes and the loading level were found to be dependent on the mixing ratio of the two carbon materials. The electroactivity of the catalysts increased with an increasing MWCNT content, reaching a maximum at 30% MWCNTs, and subsequently decreased. This was attributed to the introduction of MWCNTs as a secondary support, which provided a highly accessible surface area and caused morphological changes in the carbon supports. Consequently, the PtRu nanoparticles deposited on the binary support exhibited better performance than those deposited on the single support, and the best performance was obtained when the mass ratio of CBs to MWCNTs was 70:30.
Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) were grown on a Si wafer by using thermal chemical vapor deposition (t-CVD). We investigated the effect of the catalyst deposition rate on the types of CNTs grown on the substrate. In general, smaller islands of catalyst occur by agglomeration of a catalyst layer upon annealing as the catalyst layer becomes thinner, which results in the growth of CNTs with smaller diameters. For the same thickness of catalyst, a slower deposition rate will cause a more uniformly thin catalyst layer, which will be agglomerated during annealing, producing smaller catalyst islands. Thus, we can expect that the smaller-diameter CNTs will grow on the catalyst deposited with a lower rate even for the same thickness of catalyst. The 0.5-nm-thick Fe served as a catalyst, underneath which Al was coated as a catalyst support as well as a diffusion barrier on the Si substrate. The catalyst layers were. coated by using thermal evaporation. The deposition rates of the Al and Fe layers varied to be 90, 180 sec/nm and 70, 140 sec/nm, respectively. We prepared the four different combinations of the deposition rates of the AI and Fe layers. CNTs were synthesized for 10 min by flowing 60 sccm of Ar and 60 sccm of $H_2$ as a carrier gas and 20 sccm of $C_2H_2$ as a feedstock at 95 torr and $810^{\circ}C$. The substrates were subject to annealing for 20 sec for every case to form small catalyst islands prior to CNT growth. As-grown CNTs were characterized by using field emission scanning electron microscopy, high resolution transmission electron microscopy, Raman spectroscopy, UV-Vis NIR spectroscopy, and atomic force microscopy. The fast deposition of both the Al and Fe layers gave rise to the growth of thin multiwalled CNTs with the height of ${\sim}680\;{\mu}m$ for 10 min while the slow deposition caused the growth of ${\sim}800\;{\mu}m$ high SWCNTs. Several radial breathing mode (RBM) peaks in the Raman spectra were observed at the Raman shifts of $113.3{\sim}281.3\;cm^{-1}$, implying the presence of SWCNTs (or double-walled CNTs) with the tube diameters 2.07~0.83 nm. The Raman spectra of the as-grown SWCNTs showed very low G/D peak intensity ratios, indicating their low defect concentrations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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