Carbon nanotubes(CNTs), since their first discovery, have been considered as new promising materials in various fields of applications including field emission displays, memory devices, electrodes, NEMS constituents, hydrogen storages and reinforcements in composites due to their extra-ordinary properties. The carbon nanotube reinforced nanocomposites have attracted attention owing to their outstanding mechanical and electrical properties and are expected to overcome the limit of conventional materials. Various application areas are possible for carbon nanotube reinforced nanocomposites through the functionalization of carbon nanotubes. Carbon nanotube reinforced polymer matrix nanocomposites have been fabricated by liquid phase process including surface functionalization and dispersion of CNTs within organic solvent. In case of carbon nanotube reinforced polymer matrix nanocomposites, the mechanical strength and electrical conducting can be improved by more than an order of magnitude. The carbon nanotube reinforced polymer matrix nanocomposites can be applied to high strength polymers, conductive polymers, optical limiters and EMI materials. In spite of successful development of carbon nanotube reinforced polymer matrix nanocomposites, the researches on carbon nanotube reinforced inorganic matrix nanocomposites show limitations due to a difficulty in homogeneous distribution of carbon nanotubes within inorganic matrix. Therefore, the enhancement of carbon nanotube reinforced inorganic nanocomposites is under investigation to maximize the excellent properties of carbon nanotubes. To overcome the current limitations, novel processes, including intensive milling process, sol-gel process, in-situ process and spark plasma sintering of nanocomposite powders are being investigated. In this presentation, current research status on carbon nanotube reinforced nanocomposites with various matrices are reviewed.
Single walled carbon nanotubes were mixed with various metal powders by mechanical ball milling and sintered by spark plasma sintering processes. Two compositional (0.1 and 1 vol%) of the single walled carbon nanotubes were dispersed onto the pure aluminum, 5052 aluminum alloy, pure titanium, Ti6Al4Vanadium alloy, pure copper, and stainless steel 316L. Each composite powders were spark plasma sintered at $600^{\circ}C$ and well synthesized regardless of the matrices. Vickers hardness of the composite materials was measured and they exhibited higher values regardless of the carbon nanotubes composition than those of the pure materials. Moreover, single walled carbon nanotubes reinforced copper matrix composites showed highest enhancement between the other metal matrices system. We believe that low energy mechanical ball milling and spark plasma sintering processes are useful tool for fabricating of the carbon nanotubes-reinforced various metal matrices composite materials. The single walled carbon nanotubes-reinforced various metal matrices composite materials could be used as an engineering parts in many kind of industrial fields such as aviation, transportation and electro technologies etc. However, detail strengthening mechanism should be carefully investigated.
Mo Chan B.;Cha Seung I.;Kim Kyung T.;Lee Kyung H.;Hong Soon H.
한국복합재료학회:학술대회논문집
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한국복합재료학회 2004년도 추계학술발표대회 논문집
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pp.27-30
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2004
Carbon nanotube reinforced alumina matrix nanocomposite was fabricated by sol-gel process and followed by spark plasma sintering process. Homogeneous distribution of carbon nanotubes within alumina matrix can be obtained by mixing the carbon nanotubes with alumina sol and followed by condensation into gel. The mixed gel, consisting of alumina and carbon nanotubes, was dried and calcinated into carbon nanotube/alumina composite powders. The composite powders were spark plasma sintered into carbon nanotube reinforced alumina matrix nanocomposite. The hardness of carbon nanotube reinforced alumina matrix nanocomposite was enhanced due to an enhanced load sharing of homogeneously distributed carbon nanotubes. At the same time, the fracture toughness of carbon nanotube reinforced alumina matrix nanocomposite was enhanced due to a bridging effect of carbon nanotubes during crack propagation.
Surface modified carbon nanotubes were applied into the epoxy composites to investigate its tribological property. Carbon nanotubes reinforced epoxy composites were fabricated by casting. Effects to the tribological property of loading concentrations and types of surface modification of carbon nanotubes were investigated under sliding condition using linear reciprocal sliding wear tester. The results show that the small amount of carbon nanotubes into the epoxy exhibited lower weight loss than the pure epoxy. It is concluded that the effect of an enormous aspect ratio of carbon nanotubes surface area which wider than conventional fillers that react as interface for stress transfer. As increased the contents of carbon nanotubes, the weight loss from the wear test was reduced. And the surface modified carbon nanotubes show better tribological property than as produced carbon nanotubes. It is due that a surface modification of carbon nanotubes increases the interfacial bonding between carbon nanotubes and epoxy matrix through chemical bonding. Changes in worn surface morphology are also observed by optical microscope and SEM for investigating wear behaviors. Carbon nanotubes in the epoxy matrix near the surface are exposed, because it becomes the lubricating working film on the worn surface. It reduces the friction and results in the lower surface roughness morphology in the epoxy matrix as increasing the contents of the carbon nanotubes.
Nonlinear vibration analysis of composite beam reinforced by carbon nanotubes resting on the nonlinear viscoelastic foundation is investigated in this study. The material properties of the composite beam is considered as a polymeric matrix by reinforced carbon nanotubes according to different distributions. With using Hamilton's principle, the governing nonlinear partial differential equations are derived based on the Euler-Bernoulli beam theory. In the nonlinear kinematic assumption, the Von Kármán nonlinearity is used. The Galerkin's decomposition technique is utilized to discretize the governing nonlinear partial differential equation to nonlinear ordinary differential equation and then is solved by using of multiple time scale method. The nonlinear natural frequency and the nonlinear free response of the system is obtained. In addition, the effects of different patterns of reinforcement, linear and nonlinear damping coefficients of the viscoelastic foundation on the nonlinear vibration responses and phase trajectory of the carbon nanotube reinforced composite beam are investigated.
This paper deals with the static and dynamic behavior of Functionally Graded Carbon Nanotubes (FG-CNT)-reinforced porous sandwich (PMPV) polymer plate. The model of nanocomposite plate is investigated within the first order shear deformation theory (FSDT). Two types of porous sandwich plates are supposed (sandwich with face sheets reinforced / homogeneous core and sandwich with homogeneous face sheets / reinforced core). Functionally graded Carbon Nanotubes (FG-CNT) and uniformly Carbon Nanotubes (UD-CNT) distributions of face sheets or core porous plates with uniaxially aligned single-walled carbon nanotubes are considered. The governing equations are derived by using Hamilton's principle. The solution for bending and vibration of such type's porous plates are obtained. The detailed mathematical derivations are provided and the solutions are compared to some cases in the literature. The effect of the several parameters of reinforced sandwich porous plates such as aspect ratios, volume fraction, types of reinforcement, number of modes and thickness of plate on the bending and vibration analyses are studied and discussed. On the question of porosity, this study found that there is a great influence of their variation on the static and vibration of porous sandwich plate.
In the present work, the buckling analysis of micro sandwich plate with an isotropic/orthotropic cores and piezoelectric/polymeric nanocomposite face sheets is studied. In this research, two cases for core of micro sandwich plate is considered that involve five isotropic Devineycell materials (H30, H45, H60, H100 and H200) and an orthotropic material also two cases for facesheets of micro sandwich plate is illustrated that include piezoelectric layers reinforced by carbon and boron-nitride nanotubes and polymeric matrix reinforced by carbon nanotubes under temperature-dependent and hydro material properties on the elastic foundations. The first order shear deformation theory (FSDT) is adopted to model micro sandwich plate and to apply size dependent effects from modified strain gradient theory. The governing equations are derived using the minimum total potential energy principle and then solved by analytical method. Also, the effects of different parameters such as size dependent, side ratio, volume fraction, various material properties for cores and facesheets and temperature and humidity changes on the dimensionless critical buckling load are investigated. It is shown from the results that the dimensionless critical buckling load for boron nitride nanotube is lower than that of for carbon nanotube. It is illustrated that the dimensionless critical buckling load for Devineycell H200 is highest and lowest for H30. Also, the obtained results for micro sandwich plate with piezoelectric facesheets reinforced by carbon nanotubes (case b) is higher than other states (cases a and c).The results of this research can be used in aircraft, automotive, shipbuilding industries and biomedicine.
This investigation presents nonlinear free vibration of a carbon nanotube reinforced composite beam based on the Von Kármán nonlinearity and the Euler-Bernoulli beam theory The material properties of the structure is considered as made of a polymeric matrix by reinforced carbon nanotubes according to different material distributions. The governing equations of the nonlinear vibration problem is delivered by using Hamilton's principle and the Galerkin's decomposition technique is utilized to discretize the governing nonlinear partial differential equation to nonlinear ordinary differential equation and then is solved by using of multiple time scale method. The nonlinear natural frequency and the nonlinear free response of the system is obtained with the effect of different patterns of reinforcement.
Based on the third-order shear deformation theory, the wave propagations in doubly curved spherical- and cylindrical- panels reinforced by carbon nanotubes (CNTs) are firstly investigated in present work. The coupled equations of wave propagation for the carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) doubly curved panels are established. Then, combined with the harmonic balance method, the eigenvalue technique is adopted to simulate the velocity-wave number curves of the CNTRC doubly curved panels. In the end, numerical results are showed to discuss the effects of the impact of key parameters including the volume fraction, different shell types (including spherical (R1=R2=R) and cylindrical (R1=R, R2=→∞)), wave number as well as modal number on the sensitivity of elastic waves propagating in CNTRC doubly curved shells.
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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제16권3호
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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