Evaluación de la deformación de una matriz polimérica causada por el cambio en la orientación de los nanotubos de carbono embebidos bajo un campo eléctrico
DOI:
https://doi.org/10.61117/ipsumtec.v8i3.381Palabras clave:
Campo eléctrico, Deformación mecánica, Matriz polimérica, Método de elementos finitos, Nanotubos de carbono (CNT), polímeros electroactivos (PEA)Resumen
Los polímeros electroactivos (EAP) se han convertido en un área de interés hacia el desarrollo de músculos artificiales, sistemas de control, dispositivos médicos, entre otros. Adicionalmente los nanotubos de carbono (CNT) son una excelente opción para esos propósitos por que poseen excelentes propiedades mecánicas y eléctricas, que puede añadir rigidez y conductividad eléctrica a los polímeros. A pesar de que existen numerosos estudios sobre los CNT, en muy pocos de ellos se puede encontrar la deformación de matrices poliméricas causada por la orientación de dichos CNT bajo la acción de un campo eléctrico, por lo que en esta investigación se presenta una primera aproximación sobre la deformación de una matriz de polietileno con inclusiones de CNT. Para lograr esta deformación, la orientación de los CNT se simuló por el método de elementos finitos en el que un campo eléctrico es generado por la aplicación de una diferencia de potencial de 10 volts (de -5 a 5 volts en dos conductores) que generan un campo eléctrico .El campo eléctrico a su vez genera un momento y una polarización sobre los nanotubos haciendo que estos se alineen verticalmente. Los resultados demostraron que la matriz de polietileno presentó una mayor deformación en las regiones donde se encuentran las inclusiones de CNT, mientras que las concentraciones más altas de esfuerzos ocurrieron en los mismos CNT.
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Tang, H., Liang, S.D., Deng, S.Z., Xu, N.S. Comparison of field and thermionic emissions from carbon nanotubes. J. Phys. D 2006, 39, 5280–5284. DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/39/24/026
Chernozatonskii, L.A., Gulyaev, Y.V., Kosakovskaja, Z.J., Sinitsyn, N.I., Torgashov, G.V., Zakharchenko, Yu, F., Fedorov, E.A., Val’chuk, V.P. Electron field emission from nanofilament carbon films. Chem. Phys. Lett. 1995, 233, 63–68. DOI: https://doi.org/10.1016/0009-2614(94)01418-U
De Heer, W.A., Chatelain, A., Ugarte, D. A carbon nanotube field-emission electron source. Science 1995, 270, 1179–1180. DOI: https://doi.org/10.1126/science.270.5239.1179
Rinzler, A.G., Hafner, J.H., Nikolaev, P., Nordlander, P., Colbert, D.T., Smalley, R.E., Lou, L., Kim, S.G. Unraveling nanotubes: Field emission from an atomic wire. Science 1995, 269, 1550–1553. DOI: https://doi.org/10.1126/science.269.5230.1550
Eletskii, A.V. Carbon nanotubes and their emission properties. Phys. Usp. 2002, 45, 369–402. DOI: https://doi.org/10.1070/PU2002v045n04ABEH001033
Eletskii, A.V. Carbon nanotube-based electron field emitters. Phys. Usp. 2010, 53, 863–892. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNe.0180.201009a.0897
Mauger, M., Vu, T.V. Vertically aligned carbon nanotube arrays for giant field emission displays. J. Vac. Sci. Technol. B 2006, 24, 997–1003. DOI: https://doi.org/10.1116/1.2179454
Gutman, G., Strumban, E., Sozontov, E., Jenrow, K. X-ray scalpel—A new device for targeted X-ray brachytherapy and stereotactic radiosurgery. Phys. Med. Biol. 2007, 52, 1757–1770. DOI: https://doi.org/10.1088/0031-9155/52/6/015
Dickler, A. Xoft Axxent electronic brachytherapy—A new device for delivering brachytherapy to the breast. Nat. Rev. Clin. Oncol. 2009, 6, 138–142. DOI: https://doi.org/10.1038/ncponc1319
Schneider, F., Fuchs, H., Steil, F.L.V., Ziglio, F., Kraus-Tiefenbacher, U., Lohr, F., Wenzet, F.
A novel device for intravaginal electronic brachytherapy. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2009, 74, 1298–1305. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrobp.2009.01.082
Rivard, M.J., Davis, S.D., De Werd, L.A., Rusch Thomas, W., Axelrod, S. Calculated and measured brachytherapy dosimetry parameters in water for the Xoft Axxent X-Ray Source: An electronic brachytherapy source. Med. Phys. 2006, 33, 4020– 4032. DOI: https://doi.org/10.1118/1.2357021
Kim, H.J., Ha, J.M., Heo, S.H., Choy, S.O. Small-sized flat-tip CNT emitters for miniaturized X-ray tubes. J. Nanomater. 2012, 2012, doi:10.1155/2012/854602. DOI: https://doi.org/10.1155/2012/854602
Zhang, J., Yang, G., Lee, Y.Z., Lu, J.P., Zhou, O. Multiplexing radiography using a carbon nanotube-based X-ray source. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, doi:10.1063/1.2234744. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2234744
Kawakita, K., Hata, K., Sato, H., Saito, Y. Development of microfocused X-ray source by using carbon nanotube field emitter. J. Vac. Sci. Technol. B 2006, 24, 950–952. DOI: https://doi.org/10.1116/1.2183785
Obraztsov, A.N., Kleshch, V.I. Cold and laser stimulated electron emission from nanocarbons.
J. Nanoelectron. Optoelectron. 2009, 4, 207–219.
Croci, M., Arfaoui, I., Stöckli, T., Chatelain, A., Bonard, J.-M. A fully sealed luminescent tube based on carbon nanotube field emission. Microelectron. J. 2004, 35, 329–336. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mejo.2003.07.003
Antony, J., Qiang, Y. Cathodoluminescence from a device of carbon nanotube-field emission display with ZnO nanocluster phosphor. Nanotechnology 2007, 18, doi:10.1088/09574484/18/29/295703. DOI: https://doi.org/10.1088/0957-4484/18/29/295703
Bonard, J., Stöckli, T., Noury, O., Châtelain, A. Field emission from cylindrical carbon nanotube cathodes: Possibilities for luminescent tubes. Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 2775–2777. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1367903
Teo, K.V.K., Minoux, E., Hudanski, L., Peauger, F., Schnell, J.-P., Gangloff, L., Legagneux, P., Dieumegard, D., Amaratunga, G.A.J., Milneet, W.I. Microwave devices: Carbon nanotubes as cold cathodes. Nature 2005, 437, 968–96 DOI: https://doi.org/10.1038/437968a
Milne, W.I., Teo, K.B.K., Minoux, E., Groening, O., Gangloff, L., Hudanski, L., Schnell, J.-P., Dieumegard, D., Peauger, F., Bu, I.Y.Y., et al. Aligned carbon nanotubes/fibers for applications in vacuum microwave amplifiers. J. Vac. Sci. Technol. B 2006, 24, 345–348. DOI: https://doi.org/10.1116/1.2161223
Walters D A et al 2001 Chem. Phys. Lett. 338 14
Shao-Jie, M.A., Guo, W.L. Mechanism of carbon nanotubes aligning along applied electric field. Chin. Phys. Lett. 2008, 25, 270–273. DOI: https://doi.org/10.1088/0256-307X/25/1/073
Bocharov, G.S., Knizhnik, A.A., Eletskii, A.V., Sommerer, T.J. Influence of the electric field on the alignment of carbon nanotubes during their growth and emission. Tech. Phys. 2012, 57, 270–278. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063784212020065
Baughman, R. H., et al. "Carbon nanotube actuators." Science 297.5589 (2002): 787–792. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1060928
Tavakkol, M., et al. "Electric field-induced deformation of CNT/polymer nanocomposites." Composites Science and Technology 104 (2014): 93–99.
Li, C., & Chou, T.-W. "A structural mechanics approach for the analysis of carbon nanotubes." International Journal of Solids and Structures 40.10 (2003): 2487–2499. DOI: https://doi.org/10.1016/S0020-7683(03)00056-8
Yang et al., 2018 "Electric field induced alignment of MWCNTs during the processing of PP/MWCNT composites" . DOI: https://doi.org/10.1515/polyeng-2017-0333
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