Modele mechaniczne kompozytów z udziałem nanorurek węglowych

• Autorzy: Muc, A. , Chwał, M.

Warianty tytułu

EN

Mechanical models of carbon nanotubes based composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kompozyty wzmacniane nanorurkami węglowymi stanowią nową grupę materiałów, których rozwój zapoczątkowało odkrycie nanorurek węglowych przez lijimę w 1991 r. W ostatnich latach obserwujemy gwałtowny rozwój badań tej nowej odmiany alotropowej węgla oraz możliwości jego zastosowania w różnych dziedzinach życia. Do niezwykłych właściwości nanorurek węglowych należy duża wytrzymałość i sztywność przy wymiarach rzędu nanometrów i małej gęstości. Ze względu na skalę opisywanych struktur (nano) często nie wystarczają już klasyczne teorie stosowane w mechanice lub mikromechamce, lecz wymagane jest korzystanie z metod fizyki ciała stałego lub mechaniki kwantowej. Celem pracy jest dokonanie przeglądu stosowanych modeli i koncepcji opisu właściwości mechanicznych nanorurek i kompozytów z udziałem nanorurek węglowych.

EN

The discovery of carbon nanotubes by lijima in 1991 has started experimental and theoretical studies in this area. Many researches have reported excellent mechanical properties of the nanotubes, i.e. high stiffness, high strength, low density and structural perfection. These exceptional properties of carbon nanotubes have opened wide field for using them in technological applications, e.g. as composites reinforcement. Usually the classical mechanical and micromechanical theories are not sufficient to describe nanostructures with the required accuracy so that it is necessary to use either the classical molecular dynamics relations or the quantum mechanics approach. The aim of the present paper is to review the mechanical models of carbon nanotubes (Tab. 3) and carbon nanotubes based composites (Tab. 4). Finally we compare these models by calculation the value of Young modulus for two different volume fraction of nanostructures: 10 and 20% (Fig. 3).

Słowa kluczowe

PL

nanorurka węglowa; kompozyt; wzmacnianie; model mechaniczny

EN

carbon nanotube; carbon nanotube based composite; mechanical model

• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2004
• Tom: R. 4, nr 12
• Strony: 432-438
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Muc, A.

• Politechnika Krakowska, Wydział Mechaniczny, Instytut Konstrukcji Maszyn, al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków

autor

Chwał, M.

• Politechnika Krakowska, Wydział Mechaniczny, Instytut Konstrukcji Maszyn, al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków

Bibliografia

• [1] Iijima S., Helical microtubes of graphitic carbon, Nature 1991.
• [2] Mazurkiewicz S., Tworzywa niemetalowe, Wyd. 2, Kraków 1993.
• [3] Muc A., Mechanika kompozytów włóknistych, Księgarnia Akademicka, Kraków 2003.
• [4] Chou T.-W., Thostenson E.T., Ren Z., Recent advancement in carbon nanotubes and their composites, Proc. ICCM/13, Abstracts, Beijing 2001.
• [5] Govindjee G., Sackman J.L., On the use of continuum mechanics to estimate the properties of nanotubes, Solid State Communications 1999.
• [6] Hyla I., Wybrane zagadnienia z inżynierii materiałów kompozytowych, PWN, Warszawa 1978.
• [7] Królikowski W., Nanokompozyty polimerowe, IV Szkoła Kompozytów, Wisła 2003.
• [8] Srivastava D., Wei Ch., Cho K., Nanomechanics of carbon nanotubes and composites, Appl. Mech. Rev. 2003.
• [9] Huczko A., Fulereny, WN PWN, Warszawa 2000.
• [10] Kwon Y.W., Jung S., Atomistic model for static equilibrium problems, Sixth International Conference on Computational Structures Technology, Scotland 2002.
• [11] Lu J.P., Elastic properties of single and multilayered nanotubes, J. Phys. Chem. Solids 1997.
• [12] Saltysiak B., Johnson W.S., Kumar S., Zeng J., Nanofiber reinforcement of PMMA - the hope and the reality, Proc. 17th ASC Conf., West Lafayette 2002.
• [13] Thostenson E.T., Chou T.W., Aligned multi-walled carbon nanotube-reinforced composites: processing and mechanical characterization, J. Phys. D: Apl. Phys. 2002.
• [14] Thostenson E.T., Chou T.W., Processing, structure and properties of carbon nanotubes-based polymer composites, Proc. 17th ASC Conf., West Lafayette 2002.
• [15] Qian D., Wagner G.J., Liu W.K., Yu M-F., Ruoff R.S., Mechanics of carbon nanotubes, Appl. Mech. Rev. 2002.
• [16] Overney G., Zhong W., Tomanek D., Structural rigidity and low frequency vibrational modes of long carbon tubules, Zeitschrift für Physik 1993.
• [17] Zhou X., Zhou J.J., Ou-Yang Z.C., Strain energy and Young modulus of single-wall carbon nanotubes calculated from energy-band theory, Phys. Rev. 2000.
• [18] Jones J.E., On the determination of molecular fields-i. From the variation of the viscosity of a gas with a temperature, Proc. Roy. Soc. 1924.
• [19] Jones J.E., On the determination of molecular fields-ii, From the equation of state of a gas, Proc. Roy. Soc. 1924.
• [20] Lu H., Roy S., Sampathkumar P., Ma J., Characterization of fracture behaviour of epoxy nanocomposites, Proc. 17th ASC Conf., West Lafayette 2002.
• [21] Pipes R.B., Hubert P., Self-consistent geometry, density and stiffness of carbon nanotubes, 17th ASC Conference, West Lafayette 2002.
• [22] Yacobson B., Samsonidze G., Atomistic theory of mechanical relaxation in fullerene nanotubes, Carbon 2000.
• [23] Hohenberg P., Kohn W., Inhomogeneous electron gas, Phys. Rev. 1964.
• [24] Kohn W., Sham L.J., Self-consistent equations including exchange correlation effects, Phys. Rev. 1965.
• [25] Slater J.C., Koster G.F., Wave functions for impurity levels, Phy. Rev. 1954.