Carbon nanotubes(CNTs) are expected to be ideal reinforcements of metal matrix composite materials used in aircraft and sports industries due to their high strength and low density. In this study, a high pressure torsion(HPT) process at an elevated temperature(473K) was employed to achieve both powder consolidation and grain refinement of aluminummatrix nanocomposites reinforced by 5vol% CNTs. CNT/Al nanocomposite powders were fabricated using a novel molecular-level mixing process to enhance the interface bonding between the CNTs and metal matrix before the HPT process. The HPT processed disks were composed of mostly equilibrium grain boundaries. The CNT-reinforced ultrafine grained microstructural features resulted in high strength and good ductility.
Salah, Numan;Habib, Sami S.;Khan, Zishan H.;Alshahrie, Ahmed;Memic, Adnan;Al-ghamdi, Attieh A.
Carbon letters
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v.19
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pp.23-31
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2016
Carbon rich fly ash was recently reported to have compositions that are ideal for use as a precursor and catalyst for carbon nanotube growth. This fly ash powder is mostly composed of pure carbon, predominantly present as sp2. In this work, the effect of sonication time on the morphology and structural properties of carbon rich fly ash particles is reported. The obtained results show that ultrasound treatment is an effective tool for producing ultrafine particles/fragments with higher porosity, which might be suitable for the adsorption of gasses. Moreover, carbon nanoparticles (CNPs) of this fly ash were produced in parallel using the ball milling technique, and were evaluated as reinforcements for epoxy based composites. These CNPs have almost spherical shapes with particle sizes of around 30 nm. They were found to have strong C=O carbonyl group bonds, which might be generated during the ball milling process. The tensile testing results of a fly ash CNP reinforced epoxy composite showed significant improvements in the mechanical properties, mainly in the stiffness of the polymer. The stiffness value was increased by around 23% of that of neat epoxy. These CNPs with chemically active groups might also be useful for other applications.
Conductive polymers, prepared by mixing electrically conductive fillers with a suitable polymeric formulation, are widely used in applications such as interconnecting materials for high density electronic packaging. However, resins of conductive pastes used as binders and vehicles are generally nonconductive, so that they may prevent the electrical contact between conductive fillers and reduce electron transmission. In this study, we improved conductivity of silver paste by the incorporation of cabon nanotubes. It is important to achieve homogeneous dispersion of CNTs to act as reinforcements efficiently in matrix. We carried out acid treatment on nanotubes for their homogeneous dispersion in silver/conducting polymer matrix. The dispersion states of nanotubes were characterized by raman spectra and filed emission scanning electron microscope. The electrical resistivity of CNTs incorporated silver paste was also measured by 4-point probe method.
Mohammed Houssem Eddine Guerine;Zakaria Belabed;Abdelouahed Tounsi;Sherain M.Y. Mohamed;Saad Althobaiti;Mahmoud M. Selim
Structural Engineering and Mechanics
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v.91
no.1
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pp.1-23
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2024
This paper formulates a new integral shear deformation shell theory to investigate the free vibration response of carbon nanotube (CNT) reinforced structures with only four independent variables, unlike existing shell theories, which invariably and implicitly induce a host of unknowns. This approach guarantees traction-free boundary conditions without shear correction factors, using a non-polynomial hyperbolic warping function for transverse shear deformation and stress. By introducing undetermined integral terms, it will be possible to derive the motion equations with a low order of differentiation, which can facilitate a closed-form solution in conjunction with Navier's procedure. The mechanical properties of the CNT reinforcements are modeled to vary smoothly and gradually through the thickness coordinate, exhibiting different distribution patterns. A comparison study is performed to prove the efficacy of the formulated shell theory via obtained results from existing literature. Further numerical investigations are current and comprehensive in detailing the effects of CNT distribution patterns, volume fractions, and geometrical configurations on the fundamental frequencies of CNT-reinforced nanocomposite shells present here. The current shell theory is assumed to serve as a potent conceptual framework for designing reinforced structures and assessing their mechanical behavior.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2003.10a
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pp.301-301
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2003
In current study, Nanocomposites are reinforced with carbon nanofiber, carbon nanotube and SiC, etc. Since the nano reinforcements have the excellent mechanical, thermal and electrical properties compared with that of existing composites, it has lately attracted considerable attention in the various areas. Cu have been widely used as signal transmission materials for electrical electronic components owing to its high electrical conductivity. However, it's size have been limited to small ones due to its poor mechanical properties. Until now, strengthening of the copper alloy was obtained either by the solid solution and precipitation hardening by adding alloy elements or the work hardening by deformation process. Adding the alloy elements lead to reduction of electrical conductivity. In this aspect, if carbon nanofiber is used as reinforcement which have outstanding mechanical strength and electric conductivity, it is possible to develope Cu matrix nanocomposite having almost no loss of electric conductivity. It is expected to be innovative in electric conducting material market. The unidirectional alignment of carbon nanofiber is the most challenging task developing the cooer matrix composites of high strength and electric conductivity. In this study, the unidirectional alignment of carbon nanofibers which is used reinforced material are controlled by drawing process and align mechanism as well as optimized drawing process parameter are verified via numerical analysis. The materials used in this study were pure copper and the nanofibers of 150nm in diameter and of 10∼20$\mu\textrm{m}$ in length. The materials have been tested and the tensile strength was 75MPa with the elongation of 44% for the copper. it is assumed that carbon nanofiber behave like porous elasto-plastic materials. Compaction test was conducted to obtain constitutive properties of carbon nanofiber Optimal parameter for drawing process was obtained by analytical and numerical analysis considering the various drawing angles, reduction areas, friction coefficient, etc. The lower drawing angles and lower reduction areas provides the less rupture of co tube is noticed during the drawing process and the better alignment of carbon nanofiber is obtained.
Barzoki, Ali Akbar Mosallaie;Loghman, Abbas;Arani, Ali Ghorbanpour
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.3
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pp.497-517
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2015
In this study, nonlocal nonlinear buckling analysis of embedded polymeric temperature-dependent microplates resting on an elastic matrix as orthotropic temperature-dependent elastomeric medium is investigated. The microplate is reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in which the equivalent material properties nanocomposite are estimated based on the rule of mixture. For the carbon-nanotube reinforced composite (CNTRC) plate, both cases of uniform distribution (UD) and functionally graded (FG) distribution patterns of SWCNT reinforcements are considered. The small size effects of microplate are considered based on Eringen's nonlocal theory. Based on orthotropic Mindlin plate theory along with von K$\acute{a}$rm$\acute{a}$n geometric nonlinearity and Hamilton's principle, the governing equations are derived. Generalized differential quadrature method (GDQM) is applied for obtaining the buckling load of system. The effects of different parameters such as nonlocal parameters, volume fractions of SWCNTs, distribution type of SWCNTs in polymer, elastomeric medium, aspect ratio, boundary condition, orientation of foundation orthtotropy direction and temperature are considered on the nonlinear buckling of the microplate. Results indicate that CNT distribution close to top and bottom are more efficient than those distributed nearby the mid-plane for increasing the buckling load.
This paper presents nonlinear vibration analysis of a composite cylindrical shell. The core of the shell is made of functionally graded (FG) porous materials and layers is fabricated of carbon nanotubes (CNTs) reinforced nanocomposites. To increase the accuracy of results, neutral surface position is considered. First-order shear deformation theory is used as displacement field to derive the basic relations of equation motions. In addition, von-Karman nonlinear strains are employed to account geometric nonlinearity and to enhance the results' precision, the exact position of the neutral surface is considered. To governing the partial equations of motion, the Hamilton's principle is used. To reduce the equation motions into a nonlinear motion equation, the Galerkin's approach is employed. After that the nonlinear motion equation is solved by multiple scales method. Effect of various parameters such as volume fraction and distribution of CNTs along the thickness directions, different patterns and efficiency coefficients of porous materials, geometric characteristics and initial conditions on nonlinear to linear ratio of frequency is investigated.
Ahmed Amine Daikh;Ahmed Drai;Mohamed Ouejdi Belarbi;Mohammed Sid Ahmed Houari;Benoumer Aour;Mohamed A. Eltaher;Norhan A. Mohamed
Advances in nano research
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v.16
no.3
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pp.289-301
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2024
In this work, an analytical model employing a new higher-order shear deformation beam theory is utilized to investigate the bending behavior of axially randomly oriented functionally graded carbon nanotubes reinforced composite nanobeams. A modified continuum nonlocal strain gradient theory is employed to incorporate both microstructural effects and geometric nano-scale length scales. The extended rule of mixture, along with molecular dynamics simulations, is used to assess the equivalent mechanical properties of functionally graded carbon nanotubes reinforced composite (FG-CNTRC) beams. Carbon nanotube reinforcements are randomly distributed axially along the length of the beam. The equilibrium equations, accompanied by nonclassical boundary conditions, are formulated, and Navier's procedure is used to solve the resulting differential equation, yielding the response of the nanobeam under various mechanical loadings, including uniform, linear, and sinusoidal loads. Numerical analysis is conducted to examine the influence of inhomogeneity parameters, geometric parameters, types of loading, as well as nonlocal and length scale parameters on the deflections and stresses of axially functionally graded carbon nanotubes reinforced composite (AFG CNTRC) nanobeams. The results indicate that, in contrast to the nonlocal parameter, the beam stiffness is increased by both the CNTs volume fraction and the length-scale parameter. The presented model is applicable for designing and analyzing microelectromechanical systems (MEMS) and nanoelectromechanical systems (NEMS) constructed from carbon nanotubes reinforced composite nanobeams.
Present paper deals with the large amplitude flexural vibration of carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) plates. Distribution of CNTs as reinforcements may be uniform or functionally graded (FG). The equivalent material properties of the composite media are obtained according to a refined rule of mixtures which contains efficiency parameters. To account for the large deformations, von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ type of geometrical nonlinearity is included into the formulation. The matrix representation of the governing equations is obtained according to the Ritz method where the basic shape functions are written in terms of the Chebyshev polynomials. Time dependency of the problem is eliminated by means of the Galerkin method and the resulting nonlinear eigenvalue problem is solved employing a direct displacement control approach. Results are obtained for completely clamped and completely simply supported plates. Results are first validated for the especial cases of FG-CNTRC and cross-ply laminated plates. Afterwards, parametric studies are given for FG-CNTRC plates with different boundary conditions. It is shown that, nonlinear frequencies are highly dependent to the volume fraction and dispersion profiles of CNTs. Furthermore, mode redistribution is observed in both simply supported and clamped FG-CNTRC plates.
An, Yongsan;Kim, Jinsu;Goo, Nam Seo;Park, Miseon;Kim, Yeontae;Park, Jong Kyoo;Yu, Woong-Ryeol
Composites Research
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v.31
no.6
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pp.347-354
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2018
Shape memory polymer composites have been studied for deployable antennas in space because they have advantages of lightweight, large deformability, good processability, and low cost. In this research, shape memory polymer composites (SMPCs) were manufactured using carbon nanotubes (CNTs) as reinforcements and were used to fabricate SMPC antenna. The SMPCs were prepared by dispersing CNTs in the polymer matrix. Various dispersion methods were investigated to determine the most suitable one, focusing on the mechanical properties of SMPCs including their fracture behavior. The shape memory properties of SMPCs were measured and finally, the deployment behavior of the SMPC antenna was analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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