Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제11권2호
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pp.69-72
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2010
This study investigates the thermal and mechanical properties of insulation elements through the mixing of epoxy based micro and nano particles. Regarding their thermal properties, differential scanning calorimeter and dynamic mechanical analyser were used to calculate the cross-linking densities for various types of insulation elements. The mechanical properties of the bending strength, the shape and scale parameters, were obtained using the Weibull plot. This study obtained the best results in the scale parameters, at 0.5 phr, for the bending strength of the epoxy nano-and-micro mixture composites.
Ahmed M. El-Khatib;Mahmoud T. Alabsy;Alaa Y. El-Khatib;Mirvat F. Dib;Mahmoud I. Abbas
Nuclear Engineering and Technology
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제56권10호
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pp.4103-4114
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2024
This research aimed to develop lead-free polymer composites based on poly-methyl methacrylate (PMMA) and embedded with tungsten carbide (WC) micro and nanoparticles for use in radiation protection applications. PMMA was filled with 20 %, 40 %, and 60 % by weight of WC micro- and nanoparticles. The shielding features of the proposed polymer mixtures were evaluated at different radioactive sources of different energies using the HPGe detector. The results revealed that the investigated composites containing micro and nano-structured WC particles showed superior radiation shielding at 81 keV due to the K-edge of the W element occurring at 69.5 keV. The findings also demonstrated that composites loaded with WC nanoparticles were more effective in shielding gamma radiation than those loaded with WC microparticles, even at the same filler wt.%. Furthermore, the sample containing 60 % by weight of nano-WC, coded as P-60nWC, had superior shielding performance than other polymer-based composites reported in the literature. Thus, the proposed nano-WC/PMMA composites can be effectively employed in radiation facilities as alternative environmentally and lead-free radiation shielding materials to protect people and the environment from the harmful risks of gamma radiation.
Dispersions of non-soluble ceramic particles in a metallic matrix can enhance the strength and heat resistance of materials. With the advent of mechanical alloying it became possible to put the theoretical concept into practice by incorporating very fine particles in a flirty uniform distribution into often oxidation- and corrosion- resistant metal matrices. e.g. superalloys. The present paper will give an overview about the mechanical alloying technique as a dry, high energy ball milling process for producing composite metal powders with a fine controlled microstructure. The common way is milling of a mixture of metallic and nonmetallic powders (e.g. oxides. carbides, nitrides, borides) in a high energy ball mill. The heavy mechanical deformation during milling causes also fracture of the ceramic particles to be distributed homogeneously by further milling. The mechanisms of the process are described. To obtain a homogeneous distribution of nano-sized dispersoids in a more ductile matrix (e.g. aluminium-or copper based alloys) a reaction milling is suitable. Dispersoid can be formed in a solid state reaction by introducing materials that react with the matrix either during milling or during a subsequent heat treatment. The pre-conditions for obtaining high quality materials, which require a homogeneous distribution of small dis-persoids, are: milling behaviour of the ductile phase (Al, Cu) will be improved by the additives (e.g. graphite), homogeneous introduction of the additives into the granules is possible and the additive reacts with the matrix or an alloying element to form hard particles that are inert with respect to the matrix also at elevated temperatures. The mechanism of the in-situ formation of dispersoids is described using copper-based alloys as an example. A comparison between the in-situ formation of dispersoids (TiC) in the copper matrix and the milling of Cu-TiC mixtures is given with respect to the microstructure and properties, obtained.
Mechanical alloying is an effective process to finely distribute inert dispersoids in an Al-TM(TM is a transition metal) system. It has been considered that high melting point aluminides are formed by precipitation from supersaturated Al(Ti) powder. This analysis is based on the fact that much higher content of TM than the solubioity can be dissolved in alpha aluminum during the high energy ball milling. Thus, decomposition behavior of Ti in the Al(Ti) was considered very important. But it is confirmed that the higher portion of Ti than Al(Ti) solid solution is existed as nano-sized Ti particles in the MA powders by high energy ball nilling from the XRD spectrum and TEM analysis in this study. Therefore, the role of undissolved TM particles affect the formation of aluminides should be suitably considered. In this study, we present experimental observation on the formation of $Al_3Ti$ fron mechanical alloyed Al-Ti alloys in the hyperperitectic region. This study showed that, in the mechanically alloyed Al-20wt%Ti specimen, intermediate phase of cubic $Al_3Ti$ and tetragonal $Al_{24}Ti_8$ formed at $300{\sim}400^{\circ}C$ and $400{\sim}500^{\circ}C$, respectively, before the MA state reaches to equilibrium at higher temperatures. The formation behavior of $Ll_2-Al_3Ti$ is interpreted by interdiffusion of Al and Ti in solid state based on the fact that large amount of nano-sized Ti particles exist in the milled powder. Present analysis indicated undissolved Ti particles of nanosize should have played an important role initiation the formation of $Al_3Ti$ phase during annealing.
In this study, Cu-based bulk metallic glass (BMG) coatings were deposited by atmospheric plasma spraying (APS) process with different process conditions (with- and without hydrogen gas). As adding the hydrogen gas, thermal energy in the plasma flame increased and induced difference in the melting state of the Cu-based BMG particles. The microstructure and mechanical properties of the coatings were analyzed using a scanning electron microscope (SEM) with an energy dispersive spectroscopy (EDS) and nano-indentation tester in the light of phase analysis. It was elucidated by the nano-indentation tests that un-melted region was a mainly amorphous phase which showed discrete plasticity observed as the flow serrations on the load.displacement (P - h) curves, and the curves of solidified region showed lower flow serrations as amorphous phase mingled with crystalline phase. Oxides produced during the spraying process had the highest hardness value among the phases and were well mixed with other phases resulted from the increase in melting degree.
Nanoparticles have tremendous potential in cancer prevention, detection and augmenting existing treatments. They can target tumors, carry imaging capability to document the presence of tumors, sense pathophysiological defects in tumor cells, deliver therapeutic genes or drugs based on the tumor characteristics, respond to external triggers to release an appropriate agent, document the tumor response, and identify the residual tumor cells. Nanoparticles < 30 nanometers in diameter show unexpected and unique properties. Furthermore, particles < 5 nanometers in size can easily penetrate cells as well as living tissues and organs. This study evaluated the safety of nano materials in a living body and the relationship between the living tissue and synthetic nano materials by examining the in-vitro cytotoxicity of poly(lactic-co-glycolic) acid (PLGA) nano-spheres and fluorescein isothiocynate(FITC)-labeled dendrimers as polymer nanoparticles. PLGA was chosen because it has been used extensively for biodegradable nanoparticles on account of its outstanding bio-compatibility and its acceptance as an FDA approved material. The dendrimer was chosen because it can carry a molecule that recognizes cancer cells, a therapeutic agent that can kill those cells, and a molecule that recognizes the signals of cell death. Cytotoxicity in L929 mouse fibroblasts was monitored using MTT assay. Microscopic observations were also carried out to observe cell growth. All assays yielded meaningful results and the PLGA nanoparticles showed less cytotoxicity than the dendrimer. These nano-particles ranged in size from 10 to 100 nm according to microscopy and spectroscopic methods.
본 연구에서는 광촉매 nano-ZnO 분말을 수질정화에 사용 후 회수 공정을 생략하기 위해 지지체에 고정화/안정화 시 발생하는 효율 저하를 유기오염물의 수착(sorption)으로 극복하고 복합체로부터 nano-ZnO의 탈리(detachment) 현상을 방지 하고자 실리콘(silicone), ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene), 에폭시(epoxy), 부타디엔 고무(butadiene rubber)를 선정하여 nano-ZnO/Organic composites (NZOCs)를 제조하였다. 또한, 개발된 다양한 NZOCs의 수중 안정성을 규명 하고, 지하수 내 대표적인 난분해성 유기오염물인 1,1,2-trichloroethylene (TCE)를 대상으로 액상에서 제거 실험을 통해 NZOCs의 활용 타당성을 검증하였다. 연구 결과, 내수성실험을 통해 개발된 NZOCs는 수질정화 용도로 장기간 사용이 타당함을 확인하였다. 또한, FE-SEM, EDX, imaging 분석을 통해 Nano-ZnO/Butadiene rubber Composite (NZBC)는 다양한 공극과 균열에 nano-ZnO 분말이 비교적 균질하게 부착된 반면, Nano-ZnO/Silicone Composite (NZSC), Nano-ZnO/ABS Composite (NZAC), Nano-ZnO/Epoxy Composite (NZEC)는 표면에 공극과 균열이 발달되지 않아 불균질한 부착이 이뤄졌음을 확인할 수 있었다. 또한, NZBC는 초기농도 대비 60%의 TCE 수착 능을 보였는데 이는 다른 유기계 지지체와 달리 비결정성 고분자이며, TCE 분자의 소수성 분배가 활발히 발생하였기 때문으로 판단된다. 액상에서 TCE의 제거효율(수착+광분해)은 NZBC가 99% 제거 효율로 가장 우수했으며, 복합체 주입량이 증가할수록 TCE 제거효율이 크게 증가하였다. 이러한 결과는 butadiene rubber의 우수한 수착능과 nano-ZnO의 광촉매 기작이 동시에 발생하였기 때문인 것으로 판단된다. 마지막으로 액상에서 TCE 제거는 선형모델을 활용해서 비교적 잘 모사할 수 있었으며($R^2{\geq}0.936$), NZBC의 총 반응상수($K_{app}$)는 UV에 의한 TCE 분해상수($K_{photolysis}$) 대비 2.64~3.85배로 높은 값으로 확인되어 butadiene rubber가 TCE 수착 효율이 우수하며, 광분해 기작을 억제하지 않는 지지체로 활용 가능한 것으로 판단하였다.
This study examined the size and shape of the nano-silver particle through the analysis of electrical resistance when synthesizing nano-sized silver by using the chemical liquid reduction. Changes in particle behaviors formed according to the changes in electronic characteristics by electric resistance in each time period in the beginning of reduction reaction in a course of synthesizing the nano-silver particle formation were studied. In addition, analysis was conducted on particle behaviors according to the changes in concentration of $AgNO_3$ and in temperature at the time of reduction and nucleation and growth course when synthesizing the particles based on the particle behaviors were also examined. As the concentration of $AgNO_3$ increased, the same amount of resistance of approximately $5{\Omega}$ was increased in terms of initial electronic resistance. Furthermore, according to the result of formation of nuclear growth graph and estimation of slope based on estimated resistance, slops of $6.25{\times}10^{-3}$, $2.89{\times}10^{-3}$, and $1.85{\times}10^{-3}$ were derived from the concentrations of 0.01 M, 0.05 M, and 0.1 M, respectively. As the concentration of $AgNO_3$ increased, the more it was dominantly influenced by the nuclear growth areas in the initial phase of reduction leading to increase the size and cohesion of particles. At the time of reduction of nano-silver particle, the increases of initial resistance were $4{\Omega}$, $4.2{\Omega}$, $5{\Omega}$, and $5.3{\Omega}$, respectively as the temperature increased. As the temperature was increased into $23^{\circ}C$, $40^{\circ}C$, $60^{\circ}C$, and $80^{\circ}C$, slopes were formed as $4.54{\times}10^{-3}$, $4.65{\times}10^{-3}$, $5.13{\times}10^{-3}$, and $5.42{\times}10^{-3}$ respectively. As the temperature increased, the particles became minute due to the increase of nuclear growth area in the particle in initial period of reduction.
A precipitation behavior of nano-oxide particle in Fe-$5Y_2O_3$ alloy powders is studied. The mechanically alloyed Fe-$5Y_2O_3$ powders are pressed at $750^{\circ}C$ for 1h, $850^{\circ}C$ for 1h and $1150^{\circ}C$ for 1h, respectively. The results of Xray diffraction pattern analysis indicate that the $Y_2O_3$ diffraction peak disappear after mechanically alloying process, but $Y_2O_3$ and $YFe_2O_4$ complex oxide precipitates peak are observed in the powders pressed at $1150^{\circ}C$. The differential scanning calorimetry study results reveal that the formation of precipitates occur at around $1054^{\circ}C$. Based on the transmission electron microscopy analysis result, the oxide particles with a composition of Y-Fe-O are found in the Fe-$5Y_2O_3$ alloy powders pressed at 1150oC. It is thus conclude that the mechanically alloyed Fe-$5Y_2O_3$ powders have no precipitates and the oxide particles in the powders are formed by a high temperature heat-treatment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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