In this study, we investigated the effectiveness of an ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) technique on the mechanical and wear properties of tungsten carbide (WC). The UNSM technique is a newly developed surface modification technique that increases the mechanical properties of materials by severe plastic deformation. The objective of this study was to improve the wear resistance of press die made of WC by applying the UNSM technique. We observed the microstructures of the untreated and UNSM-treated specimens using a scanning electron microscope (SEM), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) was used to investigate the chemical composition. The SEM observations showed the pore size and the number of pores decreased after the UNSM treatment. We assessed the wear behavior of both the untreated and UNSM-treated specimens using a scratch test. The test results showed that the wear resistance of the UNSM-treated specimens increased by about 46% compared with the untreated specimens. This may be attributed to increased hardness, reduced surface roughness, induced compressive residual stress, and refined grain size following the application of the UNSM technique. In addition, we found that the UNSM treatment increased the carbon concentration to 63% from 33%. We expect that implementing the findings of this study will lead to an increase in the life of press dies.
Fast-paced industrial and agricultural development generates large quantities of hazardous heavy metals (HMs), which are extremely damaging to individuals and the environment. Research in both academia and industry has been spurred by the need for HMs to be removed from water bodies. Advanced materials are being developed to replace existing water purification technologies or to introduce cutting-edge solutions that solve challenges such as cost efficacy, easy production, diverse metal removal, and regenerability. Water treatment industries are increasingly interested in activated carbon because of its high adsorption capacity for HMs adsorption. Furthermore, because of its huge surface area, abundant functional groups on surface, and optimal pore diameter, the modified activated carbon has the potential to be used as an efficient adsorbent. Metal-organic frameworks (MOFs), a novel organic-inorganic hybrid porous materials, sparked an interest in the elimination of HMs via adsorption. This is due to the their highly porous nature, large surface area, abundance of exposed adsorptive sites, and post-synthetic modification (PSM) ability. This review introduces PSM methods for MOFs, chemical modification of activated carbons (ACs), and current advancements in the elimination of Pb2+, Hg2+, and Cd2+ ions from water using modified MOFs and ACs via adsorption.
Nano porous, transparent silica aerogels monoliths were prepared under ambient drying (1 atm, $270^{\circ}C$) condition by the combination of sol-gel process and surface modification with subsequent heat treatment. Three kinds of solvent, n-hexane, n-heptane and xylene, were selected in the point view of low surface tension and vapor pressure in order to restrain a formation of cracks during drying. Crack-free silica aerogels with over 93 % of porosity and below $0.14g/cm^3$ of density were obtained by solvent exchange and surface modification under atmosphere condition. Optimum solvent was confirmed n-heptane among these solvents through estimation of FT-IR, TGA, BET and SEM. Modified silica aerogel exhibited a higher porosity and pore size compare to unmodified aerogels. Hydrophobicity was also controled by C-H and H-OH bonding state in the gel structure and heat treatment over $400^{\circ}C$ effects to the hydrophobicity due to oxidation of C-H radicals.
Structural Dynamics Modification (SDM) is a very effective technique to improve structure's dynamic characteristics by adding or removing auxiliary structures, changing material properties and shape of structure. Among those of SDM technique, the method to change shape of structure has been mostly relied on engineer's experience and trial-and-error process which are very time consuming. In order to develop a systematic method to change structure shape, surface grooving technique is studied. In this work, the shape of base structure was modified to improve its dynamic characteristics such as natural frequencies via surface grooving technique. Grooving shape was formed by mergingthe neighboring small embossing elements after analyzing frequency increment sensitivities of all the neighboring emboss elements. For this process, Criterion Factor was introduced and the initial grooving was started from the element having highest strain energy and the grooving is expanded into neighboring element. The range of targeting grooving area to check its frequency variations restricted to their neighboring area to reduce the computation effort. This surface grooving technique was successfully applied to a hard disk drives (HDD) cover model to raise its natural frequency by giving some groove on its surface.
In order to give pulp surfaces anti-bacterial functionality and photo-catalytic deodorant ability, functional pulps was made using a surface modification method with Ag nano-colloidal solution and $TiO_2$ filler. Hygiene paper was made with the specially modified pulp, and anti-bacterial and deodorant tests were carried out. The Ag nano-colloidal solution was coated on the surface of the pulp using the high pressurized gas phase squirt through the spray nozzle mounted on the hybridization system. The surface modified functional pulp was hybridized with the optimum ratio of $TiO_2$(fine particle) to pulp(core particle) under the condition of $6,000{\sim}10,000$ rpm for $3{\sim}7$ minutes in the system. The anti-bacterial functionality of the hygiene paper was confirmed by the halo test in which the formation of the clear zone around the hygiene paper sample was observed. The inhibition growth test using MIC bioscreen C showed the inhibition growth effect of the bacteria as the reaction time was increased. The photo-catalytic effect measurement of the $TiO_2$ for 4 hours of the reaction showed $50{\sim}60%$ of decomposition rate, reaching over 60% for 5 hours of the reaction.
본 연구에서는 올레산을 표면개질제로 사용하여 수열법을 통해 수산화 마그네슘을 합성하였다. 수산화 마그네슘은 알카리 조건에서 올레인산과의 반응을 통해 표면 개질된 마이크로 크기의 플레이크 형상을 갖는다. 수열합성에서 수산화 마그네슘 입자 생성의 조건은 pH, 온도 그리고 반응시간이 표면개질과 입자 형상의 주요 변수임을 확인하였다. 생성된 수산화 마그네슘 입자는 FE-SEM, XRD, FT-IR 그리고 TGA를 통해 확인하였다. 유기 용매 내에서의 분산성의 확인은 개질되지 않은 수산화 마그네슘과의 침전 테스트 비교를 통해 확인하였다.
Waterborne fluorinated acrylate copolymer (WFAC) for surface modification of textile was synthesized from perfluoroalkyl ethyl acrylate, octadecyl acrylate, glycidyl methacrylate, surfactant and 3,3 methyl-methoxy butanol. The structures of the synthesized WFAC were determinated by FT-IR and $^{19}F-NMR$ analysis. The thermal stability investigated with DSC and TGA was decreased with increasing the content of fluorinated acrylate in the copolymer. However, the particle sizes of WFAC were increased with increasing the content of fluorinated acrylate in the copolymer. The surface energies calculated by contact angles of WFAC were in the range of 29.80$\~$13.41 dyne/cm. On the observing SEM of the textile surface treated with WFAC, the textile was swollen and compacted with increasing the concentration of water repellency agent. WFAC synthesized in this study showed a good water repellency.
Condensation heat transfer characteristics have been investigated experimentally when a water vapor is condensed on the outside of a horizontal copper tube in a condenser. This problem is of particular interest in the design of a LiBr-water absorption system. Hydrophilic surface modification was performed to increase the wettability on the copper tube. The optimum hydrophilic treatment condition using acethylene and nitrogen as reaction gas is also studied in detail. The results obtained indicate that the optimum reaction gas ratio of acethylene to nitrogen for hydrophilic surface modification was found to be 7 : 3 for the best condensation heat transfer. In the wide ranges of coolant inlet temperatures, and coolant mass flow rates, both the condensation heat transfer rate and the condensation heat transfer coefficient of a hydrophilic copper tube are increased substantially, compared with those of a conventional copper tube used in a condenser. It is also found that the condensation heat transfer enhancement by the hydrophilic surface modification still emains even after a hundred cycles of wet/dry processes.
Based on the previous results of the equilibrium and batch adsorptions, the removal efficiency of the two-step surface-modified activated carbon ($2^{nd}AC$) for heavy metal ions such as Pb, Cd, and Cr in fixed column was evaluated by comparing with that of the as-received activated carbon (AC) and the first surface-modified activated carbon ($1^{st}AC$). The order of metal removal efficiency was found as $2^{nd}AC$ > $1^{st}AC$$\gg$ AC, and the efficiency of the $2^{nd}AC$ maintained over 98% from the each metal solution. Increase of the removal efficiency by the second surface modification was contributed to maintain favorable pH condition of bulk solution during adsorption process. The removal of the heavy metals on the $2^{nd}AC$ was selective with Pb being removed in preference to Cr and Cd in multicomponent solutions and slightly influenced by phenol as the organic material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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