The effect of nanoparticle volume fraction on the elastic properties of a polymer-based nanocomposite was experimentally investigated and the obtained results were compared with various existing theoretical models. The nanocomposite was consisted of high density polyethylene (HDPE) as polymeric matrix and 0, 0.5, 1 and 1.5 wt.% multi walled carbon nanotubes (MWCNTs) prepared using twin screw extruder and injection molding technique. Nanocomposite samples were molded in injection apparatus according to ASTM-D638 standard. Therefore, in addition to morphological investigations of the samples, tensile tests at ambient temperature were performed on each sample and stress-strain plots, elastic moduli, Poisson's ratios, and strain energies of volume units were extracted from primary strain test results. Tensile test results demonstrated that 1 wt.% nanoparticles presented the best reinforcement behavior in HDPE-MWCNT nanocomposites. Due to the agglomeration of nanoparticles at above 1 wt.%, Young's modulus, yielding stress, fracture stress, and fracture energy were decreased and Poisson's ratio and failure strain were increased.
A composite film of multi-walled carbon nanotube (MWCNT)/sol-gel-derived zinc oxide(ZnO)/Nafion has been utilized as an efficient immobilization matrix for the construction of a highly sensitive and stable tris(2,2'-bipyridyl) ruthenium(II) (Ru(${bpy)_3}^{2+})$ electrogenerated chemiluminescence (ECL) sensor. The electrochemical and ECL behaviors of Ru(${bpy)_3}^{2+})$ ion-exchanged into the composite film were strongly dependent upon the sol-gel preparation condition, the amount of MWCNT incorporated into the ZnO/Nafion composite film, and the buffer solution pH. The synergistic effect of MWCNTs and ZnO in the composite films increased not only the sensitivity but also the long-term stability of the ECL sensor. The present ECL sensor based on the MWCNT/ZnO/Nafion gave a linear response ($R^2$ = 0.999) for tripropylamine concentration from 500 nM to 1.0 mM with a remarkable detection limit (S/N = 3) of 15 nM. The present ECL sensor showed outstanding long-term stability (94% initial signal retained for 5 weeks). Since the present ECL sensor exhibits large response towards NADH, it could be applied as a transduction platform for the ECL biosensor in which the NADH is produced from the dehydrogenase-based enzymatic reaction in the presence of NA$D^+$ cofactor.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.11a
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pp.316-316
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2007
리튬폴리머 전지용 정극활물질인 $LiFePO_4$를 수열법으로 합성하였다. 제조한 정극활물질 $LiFePO_4$는 X-ray 회절분석을 통하여 olivine 구조임을 확인하였다. 전극 제조 시 첨가된 도전재의 종류에 따른 전기화학적 특성변화를 알기 위하여, Acetylene Black, Super-Black, Multi-Walled Carbon Nanotube(MWCNT), SP270을 도전재로 제조된 정극활물질과 PVDF를 결합제로 사용하였다. 셀은 제조된 정극과 고체전해질 $25PVDFLiCIO_4EC_{10}PC_{10}$를 사용하고, 부극은 금속리튬으로 coin 타입의 cell을 조립하여 충방전을 진행하였다. 충방전 진행결과, Multi-Walled Carbon Nanotube(MWCNT)를 도전재로 사용하였을 경우, 초기 방전용량은 94mAh/g, 100cycle 후에는 약 93mAh/g인 기타 도전재를 사용하였을 때보다 안정하고 높은 방전용량을 나타내었다. 이때의 충방전 전류밀도는 0.1mAh/g이고 전압범위 는 2.5~4.3V이었다.
In this work, the effect of multi-walled carbon nanotube (MWCNT) on electromagnetic interference shielding effectiveness (EMI SE) and mechanical properties of MWCNT-reinforced polypropylene (PP) nanocomposites were investigated with varying MWCNT content from 1 to 10 wt%. Electric resistance was tested using a 4-point-probe electric resistivity tester. The EMI SE of the nanocomposites was evaluated by means of the reflection and adsorption methods. The mechanical properties of the nanocomposites were studied through the critical stress intensity factor ($K_{IC}$) measurement. The morphologies were observed by scanning electron microscopy (SEM). From the results, it was found that the EMI SE was enhanced with increasing MWCNT content, which played a key factor to determine the EMI SE. The $K_{IC}$ value was increased with increasing MWCNT content, whereas the value decreased above 5 wt% MWCNT content. This was probably considered that the MWCNT entangled with each other in PP due to an excess of MWCNT.
Kook, Jeong Ho;Jeong, Kwang-Un;Yang, Jong Seok;Park, Dae Hee;Go, Jin Hwan;Nah, Changwoon
Applied Chemistry for Engineering
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v.19
no.2
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pp.161-167
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2008
Multi-walled carbon nanotubes (MWCNT)-reinforced poly(ethylene-co-ethyl acrylate) (EEA) nanocomposites were prepared by both melt and solution mixing methods. The mechanical, thermal, and electrical properties were investigated as a function of type and loading of CNT. The tensile strength and modulus increased, while elongation at break decreased with increasing MWCNT content. The hollow-type MWCNT showed an improved tensile strength and elongation at break compared with a conventional MWCNT. The thermal degradation temperature was increased by around $40^{\circ}C$ with increasing the amount of MWCNT. The melt-mixed composites showed the highest volume resistivity. In the case of solution-mixed composites, the conventional MWCNT was estimated to show much lower volume resistivity than that of hollow MWCNT. The number and length of extruded CNT onto the fractured surface increased by both increasing the content of CNT and employing the tensile strain to the sample. The melt-mixed specimens showed much smaller number and shorter length of extruded CNT.
The attachment of 2-aminobenzamide to carboxylated multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs)-COOH was achieved through the formation of amide bonds. Then, the functionalized MWCNTs, MWCNT-amide, were treated by phosphoryl chloride to produce MWCNT-quin. The products were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis, derivative thermogravimetric, steady-state fluorescence spectroscopy, and solubility testing. MWCNT-quin showed photo-electronic properties, which is due to the attachment of the 4-hydroxyquinazoline groups to them as proved by steady-state fluorescence spectroscopy. This suggests intramolecular interactions between the tubes and the attached 4-hydroxyquinazoline. The toxicity of the samples was evaluated in human embryonic kidney HEK293 and human breast cancer SKBR3 cell lines, and the viable cell numbers were measured by 3-(4,5-dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) after the cells were cultured for 24 h. Cellular investigations showed that the modified MWCNTs, particularly MWCNT-quin, have considerably significant toxic impact on SKBR3 as compared to HEK293 at the concentration of 5 µg/mL.
Kim, Dong-Ae;Kim, Han-Sem;Shin, Ueon-Sang;Lee, Hae-Hyoung
Korean Journal of Dental Materials
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v.43
no.1
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pp.43-50
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2016
The aim of this study was to investigate the effect of multiwall carbon nanotube functionalized with carboxyl group (MWCNT-COOH) on the mechanical properties of dental glassionomer cement (GIC). MWCNT-COOH was prepared by the acid oxidative method. The MWCNT-COOH was incorporated into a commercial GIC powder or liquid at 0.5 wt% or 1.0 wt%. The net setting time of the cements was measured in accordance with ISO 9917 (Dental water-based cement). Specimens for compressive strength ($4mm{\varphi}{\times}6mm$), diametral tensile strength ($6mm{\varphi}{\times}4mm$) and flexure strength with modulus ($2mm{\times}2mm{\times}25mm$) were prepared by mixing with the cement liquid and kept in water bath of $(37{\pm}1)^{\circ}C$. Mechanical tests were conducted in 1 d, 7 d, and 14 days at a cross-head speed of 1 mm/min. Compressive strength of GIC mixed with 0.5 wt% MWCNT-COOH increased significantly at 7 d. However, overall mechanical properties of GIC modified with MWCNT were not significantly increased with a delayed setting time, in comparison with control cement. Overall results indicated that the MWCNT/GIC composite cements showed a limited strengthening effect for dental glassionomer cement.
Kim, Yeon-Yi;Yun, Ju-Mi;Lee, Young-Seak;Kim, Hyung-Il
Carbon letters
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v.11
no.3
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pp.211-215
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2010
Multi-walled carbon nanotube (MWCNT)/poly(vinyl alcohol) (PVA) nanocomposite hydrogels were prepared by freezingthawing method for the electro-responsive transdermal drug delivery. MWCNTs were used as the functional ingredient to improve both mechanical and electrical properties of MWCNT/PVA nanocomposite hydrogels. The morphology of nanocomposites revealed the uniform distribution of MWCNTs and the good interfacial contact. The compression moduli of hydrogel matrices increased greatly from 40 to 1500 kPa by forming MWCNT/PVA nanocomposites. The swelling ratio of MWCNT/PVA nanocomposites decreased as the content of MWCNTs increased under no electric voltage applied. However, the swelling ratio of MWCNT/PVA nanocomposites increased as the content of MWCNTs increased under electric voltage applied and the applied electric voltage increased. The drug was released in the electro-responsive manner through the skin due to the electro-sensitive swelling characteristics of MWCNT/PVA nanocomposite hydrogels.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.31
no.3
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pp.188-192
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2018
In this study, we fabricated an $NO_X$ gas sensor using a composite film of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT)/zinc oxide (ZnO). Carbon nanotubes (CNTs) show good electronic conductivity and chemical-stability, and zinc oxide (ZnO) is a wide band gap semiconductor with a large exciton binding energy. Gas sensors require characteristics such as high speed, sensitivity, and selectivity. The fabricated gas sensor was used to detect $NO_X$ gas at different $NO_X$ concentrations. The sensitivity of the gas sensor increased with increasing gas concentrations. Additionally, while changing the temperature inside the chamber containing the MWCNT/ZnO gas sensor, we obtained the sensitivity and normalized responses for detecting $NO_X$ gas in comparison to ZnO and MWCNT film gas sensors. From the experimental results, we confirmed that the gas sensor sensing mechanism was enhanced in the composite-film gas-sensor and that the electronic interaction between MWCNT and ZnO contributed to the improved sensor performance.
Lithium thionyl chloride (Li/SOCl2) batteries exhibit the highest energy densities seen in commercially available primary batteries because of their high operating voltages and discharge capacities. They are widely used in various extreme environments; however, they show signs of degradation at high discharge currents. The discharge performance of Li/SOCl2 is considered to be greatly dependent on the carbon materials used in the cathode. Therefore, suitable carbon materials must be chosen to improve discharge performances. In this work, we investigated the discharge properties of Li/SOCl2 batteries in which the cathodes contained various ratios of acetylene black (AB) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) at high discharge currents. It was confirmed that the MWCNTs were effectively dispersed in the mixed AB/MWCNT cathodes. Moreover, the discharge capacity and operating voltage improved at high discharge currents in these mixed cathodes when compared with pure AB cathodes. It was found that the mesopores present in the cathodes have a strong impact on the discharge capacity, while the macropores present on the cathode surface influence the discharge properties at high discharge rates in Li/SOCl2 batteries. These results indicate that the ratio of mesopores and macropores in the cathode is key to improving the discharge performance of Li/SOCl2 batteries, as is the dispersion of the MWCNTs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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