Yong Man Yang;Do Hoon Shin;Ho Joon Choi;Ji Hyun Sung;Seong Pyo Hong;Myoung Kwan Nam;Young In Kim;Seung-Mok Jeon
Journal of Aerospace System Engineering
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v.18
no.5
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pp.15-26
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2024
Additive manufacturing (AM) is a process that creates products by layering various materials based on 3D digital data. The most significant feature of this process is its ability to produce complex parts and increase design flexibility. As additive manufacturing becomes recognized as one of the critical production processes in the aviation sector, particularly in Urban Air Mobility (UAM), limitations related to its application of qualification and certification systems have emerged. This paper compared a newly established certification system for additive manufacturing with a pre-existing material qualification system for composite materials, identified key components of additive manufacturing, and proposed solutions to challenges faced by qualification and certification systems.
Seungjun Yeo;Soyoon Moon;Donghyeon Lee;Dong-Jun Kwon;Mantae Kim
Journal of Adhesion and Interface
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v.25
no.3
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pp.82-87
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2024
There is a growing interest in eco-friendly materials to achieve carbon neutrality, and many studies have been published on the use of functional nanoparticles in natural fibers as smart composites. This study is about the optimization of manufacturing parameters for carbon nanotube (CNT) growth by chemical vapor deposition (CVD) on the surface of basalt fiber. Co-Cu-based metal catalysts were prepared by co-precipitation method for CNT growth on the surface of basalt fiber. The catalyst was fixed to basalt fibers through a spray process. The effect of heat treatment temperature conditions and fiber surface conditions on the growth of CNT was evaluated. The growth of CNT was investigated using transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM) to observe changes in their shape and diameter. The tensile strength of the composites using CNT/basalt fiber fabrics and amine-based epoxy as the base material prepared at different heat treatment temperatures was compared and evaluated according to ASTM D3039. We have observed that stable CNT are manufactured at temperatures above 600℃, while carbon nanofibers (CNF) are fabricated at temperatures above 400℃. The sizing material present on the surface of the basalt fiber was a hindrance to CNT growth.
Self-sensing was evaluated for carbon nanofiber (CNF)/epoxy composites with two different aspect ratios via electro-micromechanical technique and wettability test. Volumetric electrical resistance was measured to evaluate the comparative dispersion degree indirectly and it decreased due to the increase of electric contacts with increasing CNF concentration. The dispersion degree was evaluated indirectly by calculating coefficient of variation (COV) of volumetric electrical resistance. The CNF type A with a high aspect ratio showed better self-sensing than the case of CNF type B with a short aspect ratio. The CNF type B/epoxy composite showed little self-sensing at a concentration higher than 2 vol% probably due to poor dispersion. The apparent modulus of CNF type B was higher than that of CNF type A due to the orientation effect and the high surface area. The thermodynamic work of adhesion was consistent with the result of apparent modulus.
Currently, e-textile market is rapidly expanding and the emerging area of e-textiles requires electrically conductive threads for diverse applications, including wearable innovative e-textiles that can transmit/receive and display data with a variety of functions. This study introduces hybrid nano-structures which may help increase the conductivity of the textile threads for use in wearable and flexible smart apparels. For this aim, Ag was selected as a conductive material, and yarn treatment was implemented where silver nanowire (AgNW) and graphene flake (GF) hybrid structures overcome the limitations of the AgNW alone. The yarn treatment includes several treatment conditions, e.g., annealing temperature, annealing time, binder material such as polyurethane (PU), coating time, in order to search for the optimum method to form stable conductive nano-scale composite materials as thin film on the surface of textile yarns. Treatedyarns showed improved electrical resistance readings. The functionality of the spandex yarn as a stretchable conductive thread was also demonstrated. When the yarn specimens were treated with colloid of AgNW/GF, relatively good electrical conductivity value was obtained. During the extension and recovery cycles of the treated yarns, the initial resistance values did not deteriorate significantly, since the network of nanowire structure with the support of GF and polyurethane stayed flexible and stable. Through this research, it was found that when one-dimensional structure of AgNW and two-dimensional structure of GF were mixed as colloids and treated on the surface of textile yarns, flexible and stretchable electrical conductor could be formed.
Graphene flakes are generally mass-produced by converting graphene oxide into reduced graphene oxide using chemical or thermal reduction. These graphene flakes can be stacked to form a free-standing graphene paper, which can be used for various applications. However, a graphene paper lacks stretchability, which hinders its application in stretchable devices. In this work, we introduced wrinkles in a graphene paper to make it stretchable. A graphene paper fabricated by vacuum-filtering a graphene dispersion was placed on a pre-stretched adhesive film. When the pre-stretched adhesive film returned to the original state, the graphene paper was wrinkled. The effect of the pre-stretching and wet condition of the graphene papers was experimentally investigated by using scanning electron microscopy. In addition, we observed the change of the period of the wrinkles in the graphene paper depending on the pre-stretching.
Na, Seung Chan;Lee, Hyeon-Jong;Lim, TaeGyeong;Yun, Jeongmin;Suk, Ji Won
Composites Research
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v.35
no.4
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pp.283-287
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2022
Stretchable strain sensors have been developed for potential future applications including wearable devices and health monitoring. For practical implementation of stretchable strain sensors, their stability and repeatability are one of the important aspects to be considered. In this work, we utilized 3D printed polymer structures having kirigami patterns to improve the stretchability and reduce the hysteresis. The polymer structures were coated with graphene/carbon nanofiber hybrids to make a robust electrical network. The stretchable strain sensors showed a high gauge of 36 at a strain of 32%. Because of the kirigami structures and the robust graphene/carbon nanofiber coating, the sensors also exhibited stable resistance responses at various strains ranging from 1% to 30%.
There has been increasing demand for real-time monitoring of body and ambient temperatures using wearable devices. Graphene-based thermistors have been developed for high-performance flexible temperature sensors. In this study, the temperature coefficient of resistance (TCR) of monolayer graphene was controlled by coating polyethylenimine (PEI) on graphene surfaces to enhance its temperature-sensing performances. Monolayer graphene grown by chemical vapor deposition (CVD) was wet-transferred onto a target substrate. To facilitate the interfacial doping by PEI, the hydrophobic graphene surface was altered to be hydrophilic by oxygen plasma treatments while minimizing defect generation. The effect of PEI doping on graphene was confirmed using a back-gated field-effect transistor (FET). The CVD-grown monolayer graphene coated with PEI exhibited an improved TCR of -0.49(±0.03) %/K in a temperature range of 30~50℃.
This study evaluated the relative efficiency of mobile emission reduction countermeasures through a Data Envelopment Analysis (DEA) approach and determined the priority of countermeasures based on the efficiency. Ten countermeasures currently applied for reducing greenhouse gases and air pollution materials were selected to make a scenario for evaluation. The reduction volumes of four air pollution materials(CO, HC, NOX, PM) and three greenhouse gases($CO_2$, $CH_4$, $N_2O$) for the year 2027, which is the last target year, were calculated by utilizing both a travel demand forecasting model and variable composite emission factors with respect to future travel patterns. To estimate the relative effectiveness of reduction countermeasures, this study performed a super-efficiency analysis among the Data Envelopment Analysis models. It was found that expanding the participation in self car-free day program was the most superior reduction measurement with 1.879 efficiency points, followed by expansion of exclusive bus lanes and promotion of CNG hybrid bus diffusion. The results of this study do not represent the absolute data for prioritizing reduction countermeasures for mobile greenhouse gases and air pollution materials. However, in terms of presenting the direction for establishing reduction countermeasures, this study may contribute to policy selection for mobile emission reduction measures and the establishment of systematic mid- and long-term reduction measures.
Kim, Myungsoo;Sung, Dae Han;Park, Young-Bin;Park, Kiwon
Composites Research
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v.30
no.1
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pp.26-34
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2017
This research presents studies on an improved method to predict the thermal conductivity of woven fabric composites, the effects of geometric structures of woven fabric composites on thermal conductivity, and structural optimization to improve the thermal conductivity using a genetic algorithm. The geometric structures of woven fabric composites were constructed numerically using the information generated on waviness, thickness, and width of fill and warp tows. Thermal conductivities of the composites were obtained using a thermal-electrical analogy. In the genetic algorithm, the chromosome string consisted of thickness and width of the fill and warp tows, and the objective function was the maximum thermal conductivity of woven fabric composites. The results confirmed that an improved method to predict the thermal conductivity was built successfully, and the inter-tow gap effect on the composite's thermal conductivity was analyzed suggesting that thermal conductivity of woven fabric composites was reduced as the gap between tows increased. For structural design, optimized structures for improving the thermal conductivity were analyzed and proposed. Generally, axial thermal conductivity of the fiber tow contributed more to thermal conductivity of woven fabric composites than transverse thermal conductivity of the tows.
Matrix dominant properties of composites are largely degraded under harmful environments such as temperature and humidity. Therefore we should consider the harmful environmental factors in the design of an UAV integral fuel tank subjected to high temperature and high humidity. The harmful environment experiment was performed for carbon/epoxy composites made of a unidirectional prepreg USN175B, and a plain woven fabric prepreg WSN3. The immersion experiment was performed under $90^{\circ}C$. The specimens were tested when the weight gam of specimen was saturated. The specimens were tested under $74^{\circ}C$ to obtain tensile and inplane shear properties. The results showed that the matrix dominant properties were extremely degraded by hygrothermal environment. To consider the variability of load, the anti-optimization method was applied. By using this method, the worst load case was found by comparing the load convex model and stability boundary. The stability boundary was obtained by analysis of the integral wing fuel tank of UAV using degraded properties. To do this, it was known that the worst load case of the integral wing fuel tank was the hovering mode load case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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