Seo, Yu-Ri;Kim, Jin-Woo;Hoon, Seonwoo;Kim, Jangho;Chung, Jong Hoon;Lim, Ki-Taek
Journal of Biosystems Engineering
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제43권1호
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pp.59-71
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2018
Purpose: Cellulose nanocrystals (CNCs) are natural polymers that have been promoted as a next generation of new, sustainable materials. CNCs are invaluable as reinforcing materials for composites because they can impart improved mechanical, chemical, and thermal properties and they are biodegradable. The purpose of this review is to provide researchers with information that can assist in the application of CNCs extracted from waste agricultural byproducts (e.g. rice husks, corncobs, pineapple leaves). Methods & Results: This paper presents the unique characteristics of CNCs based on agricultural byproducts, and lists processing methods for manufacturing CNCs from agricultural byproducts. Various mechanical treatments (microfluidization and homogenization) and chemical treatments (alkali treatment, bleaching and hydrolysis) can be performed in order to generate nanocellulose. CNC-based composite properties and various applications are also discussed. Conclusions: CNC-based composites from agricultural byproducts can be combined to meet end-use applications such as sensors, batteries, films, food packaging, and 3D printing by utilizing their properties. The review discusses applications in food engineering, biological engineering, and cellulose-based hydrogels.
There is ongoing research to develop lithium ion batteries as sustainable energy sources. Because of safety problems, solid state batteries, where electrolytes are replaced with solids, are attracting attention. Sulfide electrolytes, with a high ion conductivity of 10-3 S/cm or more, have the highest potential performance, but the price of the main materials is high. This study investigated lithium hydride materials, which offer economic advantages and low density. To analyze the change in ion conductivity in polymer electrolyte composites, PVDF, a representative polymer substance was used at a certain mass ratio. XRD, SEM, and BET were performed for metallurgical analyses of the materials, and ion conductivity was calculated through the EIS method. In addition, thermal conductivity was measured to analyze thermal stability, which is a major parameter of lithium ion batteries. As a result, the ion conductivity of LiH was found to be 10-6 S/cm, and the ion conductivity further decreased as the PVDF ratio increased when the composite was formed.
Textile-reinforced concrete composite (TRC) is a new alternative material that can satisfy sustainable development needs in the civil engineering field. Its mechanical behaviour and properties have been identified from the experimental works. However, it is necessary for a numerical approach to consider the effect of the parameters on TRC's behaviour with lower analysis duration and cost related to the experiment. This paper presents obtained results of the numerical modelling for TRC composite using the cracking model for the cementitious matrix in TRC. As a result, the TRC composite exhibited a strain-hardening behaviour with the cracking phase characterized by the drops in tensile stress on the stress-strain curve. This model also showed the failure mode by multi-cracking on the TRC specimen surface. Furthermore, the parametric studies showed the effect of several parameters on the TRC tensile behaviour, as the reinforcement ratio, the length and position of the deformation measurement zone, and elevated temperatures. These numerical results were compared with the experiment and showed a remarkable agreement for all cases of this study.
Rubberwood (Hevea brasiliensis) has excellent physical and mechanical properties and is one of the most widely used species in Southeast Asia. However, it has poor resistance to subterranean termite attacks due to its high sugar and starch contents. The objective of this study was to evaluate the termite resistance of experimental wood-plastic composite (WPC) panels manufactured from rubberwood flour, polyethylene terephthalate, and silica in three different weight ratios (1/2/7, 1/3/6, and 1/4/5). The panels were exposed to Coptotermes curvignathus subterranean termites in a no-choice test under laboratory conditions based on Indonesian standards. Solid rubberwood used as control samples presented poor resistance, exhibiting 23.1% weight loss due to subterranean termite attack, as indicated by low termite mortality and high wood weight loss. In contrast, the WPC samples demonstrated extreme resistance, with weight loss ranging from 0.19% to 0.23%. Based on the findings of this study, the high termite mortality and overall low mass loss of the samples indicate that such manufactured panels could provide a high level of protection with regard to Indonesian standards.
Hydrogen has a high potential to be a renewable substitute for fossil fuels, because of its high gravimetric energy density and environment friendliness. In particular, Magnesium have attracted much interest since their hydrogen capacity exceeds that of known metal hydrides. One of the approaches to improve the kinetic is addition of metal oxide. In this paper, the effect of $Fe_2O_3$ concentration on the kinetics of Mg hydrogen absorption reaction was investigated. $MgH_x-Fe_2O_3$ composites have been synthesized by hydrogen induced mechanical alloying. The powder synthesized was characterized by XRD, SEM and simultaneous TG, DSC analysis. The hydrogenation behaviors were evaluated by using a sievert's type automatic PCT apparatus. Absorption and desorption kinetics of Mg catalyzed with 5,10 mass% $Fe_2O_3$ are determined at 423, 473, 523, 573, 623K.
Mg 및 Mg합금은 수소 저장량이 7.6wt.%로 비교적 높고 자원도 풍부하여 값이 싼 장점을 가지고 있으나 산화반응성이 높고 활성화 에너지가 크기 때문에 반응온도가 높고 반응시간이 긴 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 일반적으로 Mg 및 Mg합금의 표면 개질화, 금속간 화합물 형성, 전이금속 첨가에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 전이금속인 Nb를 촉매제로 사용하여 수소화 특성을 개선하고자 기계적 합금화법(MA;Mechanical Alloying)을 실시하여 복합재료를 합성한 후 수소화 반응을 평가하였다. XRD, SEM, TEM, PSA, TG/DSC 분석을 수행하였으며 Sievert's 형 PCT를 이용하여 온도 및 압력 변화에 따른 특성평가를 하였다. 전이금속인 Nb의 첨가로 수소화 반응개시온도가 낮아지고 수소 저장량이 향상되는 거동을 보였다. 특히, 5mass%Nb가 10mass%Nb 보다 수소 저장량 및 반응속도가 좋은 결과를 보였다.
셀룰로오스는 자연의 다양한 공급원에서 쉽게 얻을 수 있는 가장 일반적인 천연 고분자이다. 셀룰로오스의 한 형태인 나노셀룰로오스는 셀룰로오스를 처리해 쉽게 얻을 수 있으며, 그 고유 물성이 상당히 우수하여 광범위한 산업 응용 분야에 사용이 가능하다. 이러한 나노 셀룰로오스는 금속 및 세라믹 필러를 포함하는 고분자 복합재료를 능가하는 뛰어난 기계적 물성 및 열적 안정성을 제공하며, 지속가능한 환경 친화적인 복합소재이다. 이러한 특성을 기반으로 필러, 포장지, 에너지, 의료, 코팅산업 등 다양한 분야에서 광범위하게 연구되고 있다. 본 리뷰에서는 나노셀룰로오스 및 나노복합소재 개발 그리고 응용분야에 대한 연구동향에 대해 고찰해보았다.
Engineered cementitious composites with calcined clay limestone cement (LC3-ECC) as a kind of green, low-carbon and high toughness concrete, has recently received significant investigation. However, the complicated relationship between potential influential factors and LC3-ECC compressive strength makes the prediction of LC3-ECC compressive strength difficult. Regarding this, the machine learning-based prediction models for the compressive strength of LC3-ECC concrete is firstly proposed and developed. Models combine three novel meta-heuristic algorithms (golden jackal optimization algorithm, butterfly optimization algorithm and whale optimization algorithm) with support vector regression (SVR) to improve the accuracy of prediction. A new dataset about LC3-ECC compressive strength was integrated based on 156 data from previous studies and used to develop the SVR-based models. Thirteen potential factors affecting the compressive strength of LC3-ECC were comprehensively considered in the model. The results show all hybrid SVR prediction models can reach the Coefficient of determination (R2) above 0.95 for the testing set and 0.97 for the training set. Radar and Taylor plots also show better overall prediction performance of the hybrid SVR models than several traditional machine learning techniques, which confirms the superiority of the three proposed methods. The successful development of this predictive model can provide scientific guidance for LC3-ECC materials and further apply to such low-carbon, sustainable cement-based materials.
The history of polyurethane is relatively shorter compared to that of the other polymers, though its importance has grown rapidly. Due to its unique properties, polyurethanes are widely applied in various fields. In particular, the automotive industry is one of the important application fields. To date, polyols and isocyanates used in the polyurethane industry are generally of petrochemical origin. Recently, owing to the oil crisis, legislation, and growing awareness towards environmental preservation, the demand for more sustainable and eco-friendly raw materials has increased. In this paper, the latest research and development trends in polyurethane applications were reviewed, with a focus on the automobile industry in areas such as seat comfort, noise reduction, light weight, biomass-based polyurethane, and recycling.
In this study a polymer concrete, made up of natural aggregates and an orthophthalic polyester binder, reinforced with natural Alfa fibers has been studied. The results of flexural testing of unreinforced polymer concrete with different rates of charges (marble) showed that the concrete with 20% of marble is stronger and more rigid compared to other grades. Hence, a rate of 20% of marble powder is selected as the optimal value in the development of polymer concrete reinforced Alfa fibers. The fracture results of reinforced polymer concrete with 1 and 2 wt% of chopped untreated or treated Alfa fibers showed that treated Alfa (5% NaOH) fiber reinforced polymer concrete has higher fracture properties than other composites. We believe that this type of concrete provides a very promising alternative for the building industry seeking to achieve the objectives of sustainable development.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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