Carbon nanotubes(CNTs), since their first discovery, have been considered as new promising materials in various fields of applications including field emission displays, memory devices, electrodes, NEMS constituents, hydrogen storages and reinforcements in composites due to their extra-ordinary properties. The carbon nanotube reinforced nanocomposites have attracted attention owing to their outstanding mechanical and electrical properties and are expected to overcome the limit of conventional materials. Various application areas are possible for carbon nanotube reinforced nanocomposites through the functionalization of carbon nanotubes. Carbon nanotube reinforced polymer matrix nanocomposites have been fabricated by liquid phase process including surface functionalization and dispersion of CNTs within organic solvent. In case of carbon nanotube reinforced polymer matrix nanocomposites, the mechanical strength and electrical conducting can be improved by more than an order of magnitude. The carbon nanotube reinforced polymer matrix nanocomposites can be applied to high strength polymers, conductive polymers, optical limiters and EMI materials. In spite of successful development of carbon nanotube reinforced polymer matrix nanocomposites, the researches on carbon nanotube reinforced inorganic matrix nanocomposites show limitations due to a difficulty in homogeneous distribution of carbon nanotubes within inorganic matrix. Therefore, the enhancement of carbon nanotube reinforced inorganic nanocomposites is under investigation to maximize the excellent properties of carbon nanotubes. To overcome the current limitations, novel processes, including intensive milling process, sol-gel process, in-situ process and spark plasma sintering of nanocomposite powders are being investigated. In this presentation, current research status on carbon nanotube reinforced nanocomposites with various matrices are reviewed.
Mo Chan B.;Cha Seung I.;Kim Kyung T.;Lee Kyung H.;Hong Soon H.
한국복합재료학회:학술대회논문집
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한국복합재료학회 2004년도 추계학술발표대회 논문집
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pp.27-30
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2004
Carbon nanotube reinforced alumina matrix nanocomposite was fabricated by sol-gel process and followed by spark plasma sintering process. Homogeneous distribution of carbon nanotubes within alumina matrix can be obtained by mixing the carbon nanotubes with alumina sol and followed by condensation into gel. The mixed gel, consisting of alumina and carbon nanotubes, was dried and calcinated into carbon nanotube/alumina composite powders. The composite powders were spark plasma sintered into carbon nanotube reinforced alumina matrix nanocomposite. The hardness of carbon nanotube reinforced alumina matrix nanocomposite was enhanced due to an enhanced load sharing of homogeneously distributed carbon nanotubes. At the same time, the fracture toughness of carbon nanotube reinforced alumina matrix nanocomposite was enhanced due to a bridging effect of carbon nanotubes during crack propagation.
This paper presents an investigation about superharmonic and subharmonic resonances of a carbon nanotube reinforced composite beam subjected to lateral harmonic load with damping effect based on the modified couple stress theory. As reinforcing phase, three different types of single walled carbon nanotubes (CNTs) distribution are considered through the thickness in polymeric matrix. The governing nonlinear dynamic equation is derived based on the von Kármán nonlinearity with using of Hamilton's principle. The Galerkin's decomposition technique is utilized to discretize the governing nonlinear partial differential equation to nonlinear ordinary differential equation and then is solved by using of multiple time scale method. Effects of different patterns of reinforcement, volume fraction, excitation force and the length scale parameter on the frequency-response curves of the carbon nanotube reinforced composite beam are investigated. The results show that volume fraction and the distribution of CNTs play an important role on superharmonic and subharmonic resonances of the carbon nanotube reinforced composite beams.
Nonlinear free vibration and stability responses of a carbon nanotube reinforced composite beam under temperature rising are investigated in this paper. The material of the beam is considered as a polymeric matrix by reinforced the single-walled carbon nanotubes according to different distributions with temperature-dependent physical properties. With using the Hamilton's principle, the governing nonlinear partial differential equation is derived based on the Euler-Bernoulli beam theory. In the nonlinear kinematic assumption, the Von Kármán nonlinearity is used. The Galerkin's decomposition technique is utilized to discretize the governing nonlinear partial differential equation to nonlinear ordinary differential equation and then is solved by using of multiple time scale method. The critical buckling temperatures, the nonlinear natural frequencies and the nonlinear free response of the system is obtained. The effect of different patterns of reinforcement on the critical buckling temperature, nonlinear natural frequency, nonlinear free response and phase plane trajectory of the carbon nanotube reinforced composite beam investigated with temperature-dependent physical property.
Carbon nanotubes (CNTs) have received increased interest in reinforcing research for polymer matrix composites due to their exceptional mechanical characteristics. Its high surface area/volume ratio and aspect ratio enable polymer-based composites to make the most of its features. This study focuses on the experimental tensile testing and fabrication of carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) beams, exploring various micromechanical models. By examining the performance of these models alongside experimental results, the research aims to better understand and optimize the mechanical properties of CNTRC materials. Tensile properties of neat epoxy and 0.3%; 0.4% and 0.5% by CNT reinforced laminated single layer (0°/90°) carbon fiber composite beams were investigated. The composite plates were produced in accordance with ASTM D7264 standard. The tensile test was performed in order to see the mechanical properties of the composite beams. The results showed that the optimum amount of CNT was 0.3% based on the tensile capacity. The capacity was significantly reduced when 0.4% CNT was utilized. Moreover, the experimental results are compared with Finite Element Models using ABAQUS. Hashin Failure Criteria was utilized to predict the tensile capacity. Good conformance was observed between experimental and numerical models. More importantly is that Young' Moduli of the specimens is compared with the prediction Halpin-Tsai and Mixture-Rule. Although Halpin-Tsai can accurately predict the Young's Moduli of the specimens, the accuracy of Mixture-Rule was significantly low.
In this paper Timoshenko beam theory is employed to investigate the vibration characteristics of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) Beams with a stiff core in thermal environment. The material characteristic of carbon nanotubes (CNT) are supposed to change in the thickness direction in a functionally graded form. They can also be calculated through a micromechanical model where the CNT efficiency parameter is determined by matching the elastic modulus of CNTRCs calculated from the rule of mixture with those gained from the molecular dynamics simulations. The differential transform method (DTM) which is established upon the Taylor series expansion is one of the effective mathematical techniques employed to the differential governing equations of sandwich beams. Effects of carbon nanotube volume fraction, slenderness ratio, core-to-face sheet thickness ratio, different thermal environment and various boundary conditions on the free vibration characteristics of FG-CNTRC sandwich beams are studied. It is observed that vibration response of FG-CNTRC sandwich beams is prominently influenced by these parameters.
This paper presents nonlinear oscillations of a carbon nanotube reinforced composite beam subjected to lateral harmonic load with damping effect based on the modified couple stress theory. As reinforcing phase, three different types of single walled carbon nanotubes distribution are considered through the thickness in polymeric matrix. The non-linear strain-displacement relationship is considered in the von Kármán nonlinearity. The governing nonlinear dynamic equation is derived with using of Hamilton's principle.The Galerkin's decomposition technique is utilized to discretize the governing nonlinear partial differential equation to nonlinear ordinary differential equation and then is solved by using of multiple time scale method. The frequency response equation and the forced vibration response of the system are obtained. Effects of patterns of reinforcement, volume fraction, excitation force and the length scale parameter on the nonlinear responses of the carbon nanotube reinforced composite beam are investigated.
This paper investigates the buckling behavior of carbon nanotube-reinforced composite plates supported by Kerr foundation model. In this foundation elastic of Kerr consisting of two spring layers interconnected by a shearing layer. The plates are reinforced by single-walled carbon nanotubes with four types of distributions of uniaxially aligned reinforcement material. The analytical equations are derived and the exact solutions for buckling analyses of such type's plates are obtained. The mathematical models provided, and the present solutions are numerically validated by comparison with some available results in the literature. Effect of various reinforced plates parameters such as aspect ratios, volume fraction, types of reinforcement, parameters constant factors of Kerr foundation and plate thickness on the buckling analyses of carbon nanotube-reinforced composite plates are studied and discussed.
The paper presents the thermo-mechanically induced non-linear response of multiwall carbon nanotube reinforced laminated composite beam (MWCNTRCB) supported by elastic foundation using higher order shear deformation theory and von-Karman non-linear kinematics. The elastic properties of MWCNT reinforced composites are evaluated using Halpin-Tsai model by considering MWCNT reinforced polymer matrix as new matrix by dispersing in it and then reinforced with E-glass fiber in an orthotropic manner. The laminated beam is supported by Pasternak elastic foundation with Winkler cubic nonlinearity. A generalized static analysis is formulated using finite element method (FEM) through principle of minimum potential energy approach.
Nonlinear vibration analysis of composite beam reinforced by carbon nanotubes resting on the nonlinear viscoelastic foundation is investigated in this study. The material properties of the composite beam is considered as a polymeric matrix by reinforced carbon nanotubes according to different distributions. With using Hamilton's principle, the governing nonlinear partial differential equations are derived based on the Euler-Bernoulli beam theory. In the nonlinear kinematic assumption, the Von Kármán nonlinearity is used. The Galerkin's decomposition technique is utilized to discretize the governing nonlinear partial differential equation to nonlinear ordinary differential equation and then is solved by using of multiple time scale method. The nonlinear natural frequency and the nonlinear free response of the system is obtained. In addition, the effects of different patterns of reinforcement, linear and nonlinear damping coefficients of the viscoelastic foundation on the nonlinear vibration responses and phase trajectory of the carbon nanotube reinforced composite beam are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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