Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.34
no.4
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pp.262-268
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2021
For the past several decades, various next-generation patterning methods have been developed to obtain well-designed nano-to-micro structures, such as imprint lithography, nanotransfer printing (nTP), directed self-assembly (DSA), E-beam lithography, and so on. Especially, nTP process has much attention due to its low processing cost, short processing time, and good compatibility with other patterning techniques in achieving the formation of high-resolution functional patterns. To transfer functional patterns onto desirable substrates, the use of soft materials is required for precise replication of master mold. Here, we introduce a simple and practical nTP method to create highly ordered structures using various polymeric replica materials. We found that polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), and polyvinylpyridine (PVP) are possible candidates for replica materials for reliable duplication of Si master mold based on systematic analysis of pattern visualization. Furthermore, we successfully obtained well-defined metal and oxide nanostructures with functionality on target substrates by using replica patterns, through deposition and transfer process. We expect that the several candidates of replica materials can be exploited for effective nanofabrication of complex electronic devices.
In this paper, the vibrations of boron nitride nanotubes (BNNTs) are investigated by considering the electric field. To consider the size effect at nanoscale dimensions, the surface elasticity theory is exploited. The equations of motion of the BNNTs are obtained by applying Hamilton's principle, and the clamped-guided boundary conditions are also considered. The governing equations and boundary conditions are discretized using the differential quadrature method (DQM), and the natural frequency is obtained by using the eigenvalue problem solution. The results are compared with the molecular dynamic simulation in order to validate the accurate values of the surface effects. In the molecular dynamics (MD) simulation, the potential between boron and nitride atoms is considered as the Tersoff type. The Timoshenko beam model is adopted to model BNNT. The vibrations of two types of zigzag and armchair BNNTs are considered. In the result section, the effects of chirality, surface elasticity modulus, surface residual tension, surface density, electric field, length, and thickness of BNNT on natural frequency are investigated. According to the results, it should be noted that, as an efficient non-classical continuum mechanic approach, the surface elasticity theory can be used in scrutinizing the dynamic behavior of BNNTs.
Abdelrahman, Alaa A.;Shanab, Rabab A.;Esen, Ismail;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.44
no.2
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pp.255-270
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2022
This manuscript illustrates the dynamic response of nanoscale carbon nanotubes (CNTs) embedded in an elastic media under moving load using doublet mechanics theory, which not considered before. CNTs are modelled by Timoshenko beam theory (TBT) and a bottom to up modelling nano-mechanics is simulated by doublet mechanics theory to capture the size effect of CNTs. To explore the influence of the CNTs configurations on the dynamic behaviour, both armchair and zigzag configurations are considered. The governing equations of motion and the associated boundary conditions are obtained using the Hamiltonian principle. The Navier solution methodology is applied to obtain the solutions for both orientations. Free vibration and forced response under moving loads are considered. The accuracy of the developed procedure is verified by comparing the obtained results with available previous algorithms and good agreement is observed. Parametric studies are conducted to demonstrate effects of doublet length scale, CNTs configurations, moving load velocities as well as the elastic media parameters on the dynamic behaviours of CNTs. The developed procedure is supportive in the design and manufacturing of MEMS/NEMS made from CNTs.
Guojiao Wang;Kun Peng;Hui Zhou;Guangyao Liu;Zhiguo Lou;Feng Pan
Advances in nano research
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v.14
no.6
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pp.541-555
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2023
The extensive use of polymeric matrix composites in the athletic sector may be attributed to its high strength-to-weight ratio, production economy, and a longer lifespan than conventional materials. This study explored the impact of carbon nanotubes on the properties of different composite field sports equipment components. The test specimens were fabricated using the compression molding technique. The insertion of carbon nanotubes increases mechanical properties related to the process parameters to account for an improvement in the stick sections' overall performance. The dynamic response of functionally graded reinforced nanocomposite wire structure is examined in this paper on the bases of high-order hyperbolic beam theory lined to the size-dependent nonclassical nonlocal theory under the external mechanical load due to the physical activities. Finally, the impact of different parameters on the stability of nanocomposite structures is discussed in detail.
Mohammad Reza Halvaeyfar;Ehsanollah Zeighami;S. Mohammad Mirhosseini;Ali Hassani Joshaghani
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.4
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pp.375-389
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2023
In many fiber concrete beams with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP), debonding occurs between the carbon sheets and the concrete due to the low strength of the bonding resin. A total of 42 fiber concrete beams with a cross-section of 10×10 cm with a span length of 50 cm are fabricated and retrofitted with CFRP and subjected to a 4-point bending test. Graphene Oxide (GO) at 1, 2, and 3 wt% of the resin is used to improve the mechanical properties of the bonding resins, and the effect of length, width, and the number of layers of CFRP and resin material are investigated. The crack pattern, failure mode, and stress-strain curve are analyzed and compared in each case. The results showed that adding GO to polyamine resin could improve the bonding between the resin and the fiber concrete beam. Furthermore, the optimum amount of nanomaterials is equal to 2% by the weight of the resin. Using 2% nanomaterials showed that by increasing the length, width, and number of layers, the bearing and stiffness of fiber concrete beams increased significantly.
Mofareh Hassan Ghazwani;Ali Alnujaie;Pham Van Vinh;Abdelouahed Tounsi
Advances in nano research
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v.16
no.3
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pp.313-324
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2024
The main aims of this study are to develop a new nonlocal quasi-3D theory for the free vibration behaviors of the functionally graded sandwich nanobeams. The sandwich beams consist of a ceramic core and two functionally graded material layers resting on elastic foundations. The two layers, linear spring stiffness and shear layer, are used to model the effects of the elastic foundations. The size-effect is considered using nonlocal elasticity theory. The governing equations of the motion of the functionally graded sandwich nanobeams are obtained via Hamilton's principle in combination with nonlocal elasticity theory. Then the Navier's solution technique is used to solve the governing equations of the motion to achieve the nonlocal free vibration behaviors of the nanobeams. A deep parametric study is also provided to demonstrate the effects of some parameters, such as length-to-height ratio, power-law index, nonlocal parameter, and two parameters of the elastic foundation, on the free vibration behaviors of the functionally graded sandwich nanobeams.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.100-101
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2012
The plasma damage free and room temperature processedthin film deposition technology is essential for realization of various next generation organic microelectronic devices such as flexible AMOLED display, flexible OLED lighting, and organic photovoltaic cells because characteristics of fragile organic materials in the plasma process and low glass transition temperatures (Tg) of polymer substrate. In case of directly deposition of metal oxide thin films (including transparent conductive oxide (TCO) and amorphous oxide semiconductor (AOS)) on the organic layers, plasma damages against to the organic materials is fatal. This damage is believed to be originated mainly from high energy energetic particles during the sputtering process such as negative oxygen ions, reflected neutrals by reflection of plasma background gas at the target surface, sputtered atoms, bulk plasma ions, and secondary electrons. To solve this problem, we developed the NBAS (Neutral Beam Assisted Sputtering) process as a plasma damage free and room temperature processed sputtering technology. As a result, electro-optical properties of NBAS processed ITO thin film showed resistivity of $4.0{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}m$ and high transmittance (>90% at 550 nm) with nano- crystalline structure at room temperature process. Furthermore, in the experiment result of directly deposition of TCO top anode on the inverted structure OLED cell, it is verified that NBAS TCO deposition process does not damages to the underlying organic layers. In case of deposition of transparent conductive oxide (TCO) thin film on the plastic polymer substrate, the room temperature processed sputtering coating of high quality TCO thin film is required. During the sputtering process with higher density plasma, the energetic particles contribute self supplying of activation & crystallization energy without any additional heating and post-annealing and forminga high quality TCO thin film. However, negative oxygen ions which generated from sputteringtarget surface by electron attachment are accelerated to high energy by induced cathode self-bias. Thus the high energy negative oxygen ions can lead to critical physical bombardment damages to forming oxide thin film and this effect does not recover in room temperature process without post thermal annealing. To salve the inherent limitation of plasma sputtering, we have been developed the Magnetic Field Shielded Sputtering (MFSS) process as the high quality oxide thin film deposition process at room temperature. The MFSS process is effectively eliminate or suppress the negative oxygen ions bombardment damage by the plasma limiter which composed permanent magnet array. As a result, electro-optical properties of MFSS processed ITO thin film (resistivity $3.9{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$, transmittance 95% at 550 nm) have approachedthose of a high temperature DC magnetron sputtering (DMS) ITO thin film were. Also, AOS (a-IGZO) TFTs fabricated by MFSS process without higher temperature post annealing showed very comparable electrical performance with those by DMS process with $400^{\circ}C$ post annealing. They are important to note that the bombardment of a negative oxygen ion which is accelerated by dc self-bias during rf sputtering could degrade the electrical performance of ITO electrodes and a-IGZO TFTs. Finally, we found that reduction of damage from the high energy negative oxygen ions bombardment drives improvement of crystalline structure in the ITO thin film and suppression of the sub-gab states in a-IGZO semiconductor thin film. For realization of organic flexible electronic devices based on plastic substrates, gas barrier coatings are required to prevent the permeation of water and oxygen because organic materials are highly susceptible to water and oxygen. In particular, high efficiency flexible AMOLEDs needs an extremely low water vapor transition rate (WVTR) of $1{\times}10^{-6}gm^{-2}day^{-1}$. The key factor in high quality inorganic gas barrier formation for achieving the very low WVTR required (under ${\sim}10^{-6}gm^{-2}day^{-1}$) is the suppression of nano-sized defect sites and gas diffusion pathways among the grain boundaries. For formation of high quality single inorganic gas barrier layer, we developed high density nano-structured Al2O3 single gas barrier layer usinga NBAS process. The NBAS process can continuously change crystalline structures from an amorphous phase to a nano- crystalline phase with various grain sizes in a single inorganic thin film. As a result, the water vapor transmission rates (WVTR) of the NBAS processed $Al_2O_3$ gas barrier film have improved order of magnitude compared with that of conventional $Al_2O_3$ layers made by the RF magnetron sputteringprocess under the same sputtering conditions; the WVTR of the NBAS processed $Al_2O_3$ gas barrier film was about $5{\times}10^{-6}g/m^2/day$ by just single layer.
Kim, Hee-Yeon;Oh, H.J.;Ahn, S.W.;Ryu, Mee-Yi;Lim, J.Y.;Shin, S.H.;Kim, S.Y.;Song, J.D.
Journal of the Korean Vacuum Society
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v.19
no.3
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pp.211-216
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2010
The luminescence properties of $In_{0.5}Ga_{0.5}As/In_{0.5}Al_{0.5}As$ multiple quantum wells (MQWs) grown on $In_{0.5}Al_{0.5}As$ buffer layers have been studied by using photoluminescence (PL) and time-resolved PL measurements. A$1-{\mu}m$ thick $In_{0.5}Al_{0.5}As$ buffer layers were deposited on a 500 nm thick GaAs layer, followed by the deposition of the InGaAs/InAlAs MQWs. In order to investigate the effects of InAlAs buffer layer on the optical properties of the MQWs, four different temperature sequences are used for the growth of InAlAs buffer layer. The growth temperature for InAlAs buffer layer was varied from 320^{\circ}C to $580^{\circ}C$. The MQWs consist of three $In_{0.5}Ga_{0.5}$As wells with different well thicknesses (2.5 nm, 4.0 nm, and 6.0 nm thick) and 10 nm thick $In_{0.5}Al_{0.5}$As barriers. The PL spectra from the MQWs with InAlAs layer grown at lower temperature range ($320-580^{\circ}C$) showed strong peaks from 4 nm QW and 6 nm QW. However, for the MQWs with InAlAs buffer grown at higher temperature range ($320-480^{\circ}C$), the PL spectra only showed a strong peak from 6 nm QW. The strongest PL intensity was obtained from the MQWs with InAlAs layer grown at the fixed temperature of $480^{\circ}C$, while the MQWs with buffer layer grown at higher temperature from $530^{\circ}C$ to $580^{\circ}C$ showed the weakest PL intensity. From the emission wavelength dependence of PL decay times, the fast and slow decay times may be related to the recombination of carriers in the 4 nm QW and 6 nm QW, respectively. These results indicated that the growth temperatures of InAlAs layer affect the structural and optical properties of the MQWs.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.3
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pp.287-292
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2007
In general, the response of bulk material is independent of its size when it comes to considering classical elasticity theory. Because the surface to bulk ratio of the large solids is very small, the influence of surface can be negligible. But the surface effect plays important role as the surface to bulk ratio becomes larger, that is, the contribution of the surface effect must be considered in nano-size elements such as thin film or beam structure. Molecular dynamics computation has been a conventional way to analyze these ultra-thin structures but this method is limited to simulate on the order of $10^6{\sim}10^9$ atoms for a few nanoseconds, and besides, very time consuming. Analysis of structures in submicro to micro range(thin-film, wire etc.) is difficult with classical molecular dynamics due to the restriction of computing resources and time. Therefore, in this paper, the continuum-based method is considered to simulate the overall physical and mechanical properties of the structures in nano-scale, especially, for the thin-film.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.413-413
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2014
In this paper, we present a fabrication method of functionalized gold nanostructures on flexible substrate that can be implemented for plasmonic sensing application. For biomolecular sensing, many researchers exploit unconventional lithography method like nanoimprint lithography (NIP), contact transfer lithography, soft lithography, colloidal transfer printing due to its usability and easy to functionalization. In particular, nanoimprint and contact transfer lithography need to have anti-adhesion layer for distinctive metallic properties on the flexible substrates. However, when metallic thin film was deposited on the anti-adhesion layer coated substrates, we discover much aggravation of the mold by repetitive use. Thus it would be impossible to get a high quality of metal nanostructure on the transferred substrate for developing flexible electronics based transfer printing. Here we demonstrate a method for nano-pillar mold and transfer the controllable nanoparticle array on the flexible substrates without an anti-adhesion layer. Also functionalization of gold was investigated by the different length of thiol applied for effectively localized surface plasmonic resonance sensing. First, a focused ion beam (FIB) and ICP-RIE are used to fabricate the nanoscale pillar array. Then gold metal layer is deposited onto the patterned nanostructure. The metallic 130 nm and 250 nm nanodisk pattern are transferred onto flexible polymer substrate by bi-layer functionalized contact imprinting which can be tunable surface energy interfaces. Different thiol reagents such as Thioglycolic acid (98%), 3-Mercaptopropionic acid (99%), 11-Mercaptoundecanoic acid (95%) and 16-Mercaptohexadecanoic acid (90%) are used. Overcoming the repeatedly usage of the anti-adhesion layer mold which has less uniformity and not washable interface, contact printing method using bi-layer gold array are not only expedient access to fabrication but also have distinctive properties including anti-adhesion layer free, functionalized bottom of the gold nano disk, repeatedly replicate the pattern on the flexible substrate. As a result we demonstrate the feasibility of flexible plasmonic sensing interface and anticipate that the method can be extended to variable application including the portable bio sensor via mass production of stable nanostructure array and other nanophotonic application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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