This paper deals with free vibration of FG sandwich annular sector plates on Pasternak elastic foundation with different boundary conditions, based on the three-dimensional theory of elasticity. The plates with simply supported radial edges and arbitrary boundary conditions on their circular edges are considered. The influence of carbon nanotubes (CNTs) waviness, aspect ratio, internal pores and graphene platelets (GPLs) on the vibrational behavior of functionally graded nanocomposite sandwich plates is investigated in this research work. The distributions of CNTs are considered functionally graded (FG) or uniform along the thickness of upper and bottom layers of the sandwich sectorial plates and their mechanical properties are estimated by an extended rule of mixture. In this study, the classical theory concerning the mechanical efficiency of a matrix embedding finite length fibers has been modified by introducing the tube-to-tube random contact, which explicitly accounts for the progressive reduction of the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. The core of structure is porous and the internal pores and graphene platelets (GPLs) are distributed in the matrix of core either uniformly or non-uniformly according to three different patterns. The elastic properties of the nanocomposite are obtained by employing Halpin-Tsai micromechanics model. A semi-analytic approach composed of 2D-Generalized Differential Quadrature Method (2D-GDQM) and series solution is adopted to solve the equations of motion. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. Some new results for the natural frequencies of the plate are prepared, which include the effects of elastic coefficients of foundation, boundary conditions, material and geometrical parameters. The new results can be used as benchmark solutions for future researches.
Park, Yong-Jin;Kim, Jae-Hyun;Lee, Kyubock;Lee, Seung-Mo
Korean Chemical Engineering Research
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v.58
no.1
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pp.135-141
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2020
Although the graphene is regarded as a promising material for the electrode of the supercapacitor, its electrochemical performance is still less enough to satisfy the current demand raised in real applications. Here, using a home laser engraver, firstly we performed the prompt and selective reduction of the graphene oxide to produce multilayered and highly porous graphene maintaining high electrical conductivity. Subsequently, the resulting graphene was conformally deposited with pseudocapacitive thin VOx using atomic layer deposition in order to enhance specific capacitance of graphene. We observed that various forms of VOx exist in the VOx/graphene hybrid through XPS analysis. The hybrid showed highly improved specific capacitance (~189 F/g) as compared to the graphene without VOx. We expect that our approach is accepted as one of the alternatives to produce the graphene-based electrode for various energy storage devices.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.27
no.1
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pp.56-60
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2014
The polyimide composite membranes were prepared with polyimide composite solutions including graphenes by using the phase inversion method. The morphologies of these membranes were significantly changed according to the graphene loadings in composite solutions and the solvent systems of the composite solutions. The finger-like macro-voids were formed in the hollow fiber membranes which were prepared in the NMP solvent system with a small amount of ethanol. As increasing the content of the viscous alcohols such as glycerol or 1,3-propanediol in the composite solution, however, the morphologies of the hollow fiber membranes were changed to sponge-like types. In case of flat membranes, the increase of graphene content in polyimide composites causes that their membranes change from the finger-like macro-porous to sponge-like morphologies.
The main purpose of this research work is to investigate the free vibration of conical shell structures reinforced by graphene platelets (GPLs) and the elastic properties of the nanocomposite are obtained by employing Halpin-Tsai micromechanics model. To this end, a shell model is developed based on Donnell's theory. To solve the problem, the analytical Galerkin method is employed together with beam mode shapes as weighting functions. Due to importance of boundary conditions upon mechanical behavior of nanostructures, the analysis is carried out for different boundary conditions. The effects of boundary conditions, semi vertex angle, porosity distribution and graphene platelets on the response of conical shell structures are explored. The correctness of the obtained results is checked via comparing with existing data in the literature and good agreement is eventuated. The effectiveness and the accuracy of the present approach have been demonstrated and it is shown that the Donnell's shell theory is efficient, robust and accurate in terms of nanocomposite problems.
The accurate detection of hydrogen gas molecules is considered to be important for industrial safety. However, the selective detection of the gas using semiconductive metal oxides (SMOs)-based sensors is challenging. Here, we describe the fabrication of H2 sensors in which a nanocellulose/graphene oxide (GO) hybrid membrane is attached to SnO2 nanosheets (NSs). One-dimensional (1D) nanocellulose fibrils are attached to the surface of GO NSs (GONC membrane) by mixing GO and nanocellulose in a solution. The as-prepared GONC membrane is employed as a sacrificial template for SnO2 NSs as well as a molecular sieving membrane for selective H2 filtration. The combination of GONC membrane and SnO2 NSs showed substantial selectivity to hydrogen gas (Rair / Rgas > 10 @ 0.8 % H2, 100 ℃) with noise level responses to interfering gases (H2S, CO, CH3COCH3, C2H5OH, and NO2). These remarkable sensing results are attributed mainly to the molecular sieving effect of the GONC membrane. These results can facilitate the development of a highly selective H2 detector using SMO sensors.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.3
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pp.406-412
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2018
This paper describes the fabrication process of laser induced graphene (LIG) and its transfer method on to a flexible and stretchable PDMS substrate. By irradiating CO2 laser on a polyimide(PI) film surface, a localized high temperature is created, resulting in a three-dimensional porous graphene network structure with good conductivity. This LIG electrode is relatively easy to fabricate and since it is very weak the LIG electrode was transferred to a flexible PDMS substrate to increase the sturdiness as well as possible use in flexible applications. Sheet resistance, thickness, and electrochemical activity of the fabricated in-situ LIG electrodes have been examined and compared with the LIG electrodes after transferring to PDMS elastomer. The properties of the LIG electrodes were also examined depending on the $CO_2$ laser power. As the irradiated laser power increased, the LIG electrode resistance decreases and the LIG electrode thickness increased. At 4.8 W of laser power, the average sheet resistance and thickness of the fabricated LIG electrodes were approximately $31.7{\Omega}/{\Box}$ and $62.67{\mu}m$, respectively. Moreover, the electrochemical activity of the fabricated LIG electrode at 4.8 W of laser power showed a high oxidation current of $28.2{\mu}A$ after transferring to PDMS.
Zhao, Li-Cai;Chen, Shi-Shuenn;Khajehzadeh, Mohammad;Yousif, Mariwan Araz;Tahouneh, Vahid
Steel and Composite Structures
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v.43
no.1
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pp.91-106
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2022
This paper has focused on presenting a three dimensional theory of elasticity for free vibration of 3D-graphene foam reinforced polymer matrix composites (GrF-PMC) cylindrical panels resting on two-parameter elastic foundations. The elastic foundation is considered as a Pasternak model with adding a Shear layer to the Winkler model. The porous graphene foams possessing 3D scaffold structures have been introduced into polymers for enhancing the overall stiffness of the composite structure. Also, 3D graphene foams can distribute uniformly or non-uniformly in the shell thickness direction. The effective Young's modulus, mass density and Poisson's ratio are predicted by the rule of mixture. Three complicated equations of motion for the panel under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. Because of using two-dimensional generalized differential quadrature method, the present approach makes possible vibration analysis of cylindrical panels with two opposite axial edges simply supported and arbitrary boundary at the curved edges. It is explicated that 3D-GrF skeleton type and weight fraction can significantly affect the vibrational characteristics of GrF-PMC panel resting on two-parameter elastic foundations.
This paper has focused on presenting vibration analysis of trapezoidal sandwich plates with 3D-graphene foam reinforced polymer matrix composites (GrF-PMC) core and FG wavy CNT-reinforced face sheets. The porous graphene foam possessing 3D scaffold structures has been introduced into polymers for enhancing the overall stiffness of the composite structure. Also, 3D graphene foams can distribute uniformly or non-uniformly in the plate thickness direction. The effective Young's modulus, mass density and Poisson's ratio are predicted by the rule of mixture. In this study, the classical theory concerning the mechanical efficiency of a matrix embedding finite length fibers has been modified by introducing the tube-to-tube random contact, which explicitly accounts for the progressive reduction of the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. The First-order shear deformation theory of plate is utilized to establish governing partial differential equations and boundary conditions for trapezoidal plate. The governing equations together with related boundary conditions are discretized using a mapping-generalized differential quadrature (GDQ) method in spatial domain. Then natural frequencies of the trapezoidal sandwich plates are obtained using GDQ method. Validity of the current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature. It is explicated that 3D-GrF skeleton type and weight fraction, carbon nanotubes (CNTs) waviness and CNT aspect ratio can significantly affect the vibrational behavior of the sandwich structure. The plate's normalized natural frequency decreased and the straight carbon nanotube (w=0) reached the highest frequency by increasing the values of the waviness index (w).
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.17
no.1
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pp.23-29
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2007
Pitch-coated anatase $TiO_2$ typed was prepared by $CCl_4$ solvent mixing method with different mixing ratios. Since the carbon layers derived from pitch on the $TiO_2$ particles were porous, the pitch-coated $TiO_2$ sample series showed a good adsorptivity and photo decomposition activity. The BET surface area for the carbon layer in the sample increases to increasing with pitch contents. The SEM results present to the characterization of porous texture on the pitch-coated $TiO_2$ sample and pitch distributions on the surfaces for all the materials used. From XRD data a weak and broad carbon peak of graphene with pristine anatase peaks were observed in the X-ray diffraction patterns for the pitch-coated $TiO_2$. The EDX spectra show the presence of C, O and S with strong Ti peaks. Most of these samples are richer in carbon and major Ti metal than any other elements. Finally, the excellent photocatalytic activity of pitch-coated $TiO_2$ with slope relationship between relative concentration of MB ($c/c_o$) and t could be attributed to the homogeneous coated pitch on the external surface by $CCl_4$ solvent method.
The nitrogen doped porous carbon nanopolyhedrons (N-PCNPs)-multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) hybrid materials were prepared for the first time. Combining the excellent catalytic activities, good electrical conductivities and high surface areas of N-PCNPs and MWCNTs, the simultaneous determination of hydroquinone (HQ), catechol (CC) and resorcinol (RE) with good analytical performance was achieved at the N-PCNPs-MWCNTs modified electrode. The linear response ranges for HQ, CC and RE are 0.2-455 ${\mu}M$, 0.7-440 ${\mu}M$ and 3.0-365 ${\mu}M$, respectively, and the detection limits (S/N = 3) are $0.03{\mu}M$, $0.11{\mu}M$ and $0.38{\mu}M$, respectively. These results are much better than that obtained on some graphene or CNTs-based materials modified electrodes. Furthermore, the developed sensor was successfully applied to simultaneously detect HQ, CC and RE in the local river water samples.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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