Name: experimental implementation of a new composite fabrication method: exposing bare fibers on the composite surface by the soft layer method
Uploaded: 2017-10-06T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method at JoVE.com

מחקר זה נתמך על ידי האקלים שינוי מחקר ה-Hub של KAIST (מענק מס N11160012), מובילים זרים מחקר מכון גיוס התוכנית באמצעות קרן המחקר הלאומי של קוריאה במימון משרד המדע, ICT ותכנון העתיד (גרנט מס ' 2011-0030065), מובילים האנושי משאב לתוכנית ההכשרה של ניאו אזורי תעשייה דרך לאומי מחקר קרן של קוריאה (ב- NRF) במימון של משרד המדע, ICT ותכנון העתיד (מענק. לא. NRF-2016H1D5A1910603). אנו מעריכים מאוד את התמיכה שלהם.

1. הכנת חומר <ol><li>הכנת חומר מרוכב הערה: זהירות, נא להתייעץ עם כל גליונות נתונים גשמי בטיחות (MSDS) לפני השימוש. כמה מן הכימיקלים שמשתמשים בהם בשיטות האלה עשויים להיות רעילים ומסרטנים. ננו ייתכן מפגעים נוספים לעומת עמיתיהם בצובר. נא להשתמש כל נוהלי בטיחות המתאים בעת ביצוע ניסוי, כו...

<ol>
	<li>Hwang, I. U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bipolar+plate+made+of+carbon+fiber+epoxy+composite+for+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cells.">Bipolar plate made of carbon fiber epoxy composite for polymer electrolyte membrane fuel cells.</a> J Power Sources. 184 (1), 90-94 (2008).</li><li>Avasarala, B., Haldar, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+surface+roughness+of+composite+bipolar+plates+on+the+contact+resistance+of+a+proton+exchange+membrane+fuel+cell.">Effect of surface roughness of composite bipolar plates on the contact resistance of a proton exchange membrane fuel cell.</a> J Power Sources. 188 (1), 225-229 (2009).</li><li>Yu, H. N., Lim, J. W., Kim, M. K., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+treatment+of+the+carbon+fiber+bipolar+plate+for+PEM+fuel+cell.">Plasma treatment of the carbon fiber bipolar plate for PEM fuel cell.</a> Compos Struct. 94 (5), 1911-1918 (2012).</li><li>Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+composite-metal+hybrid+bipolar+plates+for+PEM+fuel+cells.">Development of composite-metal hybrid bipolar plates for PEM fuel cells.</a> Int J Hydrogen Energy. 37 (17), (2012).</li><li>Kim, B. G., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromagnetic-carbon+surface+treatment+of+composite+bipolar+plate+for+high-efficiency+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cells.">Electromagnetic-carbon surface treatment of composite bipolar plate for high-efficiency polymer electrolyte membrane fuel cells.</a> J Power Sources. 195 (6), 1577-1582 (2010).</li><li>Kim, B. G., Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+single-type+aluminum/composite+hybrid+bipolar+plate+with+surface+modification+for+high+efficiency+PEMFC.">A single-type aluminum/composite hybrid bipolar plate with surface modification for high efficiency PEMFC.</a> Int J Hydrogen Energy. 36 (4), 3087-3095 (2011).</li><li>Yu, H. N., Lim, J. W., Suh, J. D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+graphite-coated+carbon+fiber+epoxy+composite+bipolar+plate+for+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cell.">A graphite-coated carbon fiber epoxy composite bipolar plate for polymer electrolyte membrane fuel cell.</a> J Power Sources. 196 (23), 9868-9875 (2011).</li><li>Kim, K. H., Kim, B. G., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+carbon+composite+bipolar+plate+(BP)+for+vanadium+redox+flow+battery+(VRFB).">Development of carbon composite bipolar plate (BP) for vanadium redox flow battery (VRFB).</a> Compos Struct. 109, 253-259 (2014).</li><li>Lee, D., Lim, J. W., Nam, S., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gasket-integrated+carbon/silicone+elastomer+composite+bipolar+plate+for+high-temperature+PEMFC.">Gasket-integrated carbon/silicone elastomer composite bipolar plate for high-temperature PEMFC.</a> Compos Struct. 128, 284-290 (2015).</li><li>Lee, D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electro-mechanical+properties+of+the+carbon+fabric+composites+with+fibers+exposed+on+the+surface.">Electro-mechanical properties of the carbon fabric composites with fibers exposed on the surface.</a> Compos Struct. 140, 77-83 (2016).</li><li>Lee, D., Lim, J. W., Nam, S., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+for+exposing+carbon+fibers+on+composite+bipolar+plates.">Method for exposing carbon fibers on composite bipolar plates.</a> Compos Struct. 134, 1-9 (2015).</li><li>Lee, D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+composite+bipolar+plate+for+high-temperature+proton+exchange+membrane+fuel+cells+(HT-PEMFCs).">Carbon composite bipolar plate for high-temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFCs).</a> J Power Sources. 327, 119-126 (2016).</li><li>Lee, D., Choe, J., Nam, S., Lim, J. W., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+non-woven+carbon+felt+composite+bipolar+plates+using+the+soft+layer+method.">Development of non-woven carbon felt composite bipolar plates using the soft layer method.</a> Compos struct. 160, 976-982 (2016).</li><li>Lee, D., Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cathode/anode+integrated+composite+bipolar+plate+for+high-temperature+PEMFC.">Cathode/anode integrated composite bipolar plate for high-temperature PEMFC.</a> Compos Struct. 167, 144-151 (2017).</li><li>Lee, D., Oh, Y., Nam, S., Choe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adhesion+Characteristics+of+Fiber-exposed+Glass+Composites.">Adhesion Characteristics of Fiber-exposed Glass Composites.</a> Compos Struct. 165, 9-14 (2017).</li></ol>

השיטה שכבה רכה מספק יתרונות משמעותיים בהשוואה עם שיטות קונבנציונליות, ועם עלות הייצור נמוכה יותר. שלושת סוגי תערובות המיוצרים בשיטת שכבה רכה מראים מאפיינים ייחודיים במונחים תכונות חשמליות, תכונות מכניות, חדירות גזים ומאפיינים אדהזיה.
מדידות המאפיין חשמל, שימש שיטה 4 נקודו?...

לוח דו קוטבית is a רכיב מפתח רב תפקודי מערכות ההמרה אנרגיה ומערכות אחסון אנרגיה כגון תאי דלק וסוללות. הדרישות הפונקציונליות מפתח של צלחת דו-קוטבית הם כדלקמן: מוליכות חשמלית גבוהה בכיוון דרך-עובי כדי להפחית את תכונות מכניות ohmic-הפסד, גבוהה כדי לעמוד בפני לחץ הדחיסה גבוהה השפעות חיצוניות, ואני גבוהה פרודוקטיביות לייצור המוני.
בהשוואה של גרפיט, מתכות שאומצו כמקובל כמו חומרים עבור לוח דו קוטבי, אפוקסי סיב פחמן מרוכבים יש כוח מסוים גבוה יותר, נוקשות, אשר מציין כי ניתן להפחית במידה רבה המשקל של המערכת על ידי החלפת החומרים קונבנציונאלי צלחת דו קוטבי עם מרוכבים1. אולם, קונבנציונאלי אפוקסי פחמן מרוכבים יש מוליכות חשמלית המסכן לכיוון דרך-עובי, שתוצאתה התנגדות ספציפית אמיתיות (ASR) גדול, בשל השכבה שרף-עשיר נוצרת על פני השטח composite. השכבה שרף-עשיר בידוד מונע מגע ישיר בין סיבי פחמן מוליך לבין רכיבים סמוכים, כגון עוד צלחת דו-קוטבי, גז פעפוע שכבה (GDL), והרגשתי פחמן האלקטרודה (CFE).
מחקרים רבים נערכו כדי לפתור את ASR גבוהה עקב השכבה שרף-עשיר. הגישה הראשונה היה שיטות טיפול פני שטח כדי להסיר באופן סלקטיבי את שכבת שרף-עשיר. לדוגמה, בשחיקה מכני בוצע ניסיון להסיר השרף על פני2. עם זאת, סיבי פחמן גם נפגעו, אשר גרמו ASR המסכן. פלזמה טיפול3,4 , מיקרוגל הטיפול בשיטות5,6 פותחו גם כדי למנוע נזק סיבים, אך הם גרמו פריון נמוך ואחידות. הגישה השניה, בשיטות ציפוי שכבת מוליך, כולל גרפיט המורחב ציפוי7,8. שיטה זו בהצלחה מופחתת של ASR, יש נחשב שיטה סטנדרטית לייצור צלחת דו קוטבי ללא הפרדות צבע. עם זאת, הוא יקר ויש עמידות ובעיות delamination עקב חוזק מכני נמוך.
במחקר זה, "שכבה רכה השיטה", רומן ייצור השיטה יכולה לחשוף את סיבי פחמן על פני צלחת דו קוטבי ללא הפרדות צבע, הוא הפגין. המטרה העיקרית של שיטה זו הוא לקבל ASR נמוך עם עלות הייצור נמוך. השיטה שכבה רכה מאמצת שכבה דקה רך כגון סרט שחרור פולימר בין דחיסה עובש צלחת הפרעה דו קוטבית. לאחר ריפוי ב כייר דחיסה וניתוק של השכבה הרכה, הצלחת דו קוטבית מפוברק מציג סיבי פחמן נחשף על פני השטח ללא כל טיפול פוסט-פני השטח. שיטה זו לא רק ירידה של ASR אבל משמעותי גם גדל התכונות המכאניות, פתר את הבעיה חדירות גזים. יכול להיות מיושם בשיטה זו למטרות רבות אחרות: הפיתוח של צלחת מוליכות חשמלית, הייצור של שילוב דק, הזיוף של דבק משותפת ללא טיפול פני שטח.

<table width="891">
	<tbody>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Unidirectional carbon/epoxy prepreg</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">SK Chemicals</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">USN020</td>
			<td class="xl66" style="width:264pt" width="352">Used to fabricate unidirectional carbon composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Plain weave carbon fabric/epoxy prepreg</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">SK Chemicals</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">WSN 1k</td>
			<td class="xl66">Used to fabricate fabric carbon composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Plain weave carbon fabric</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">SK Chemicals</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">C-112</td>
			<td class="xl66">Used to fabricate fabric carbon composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Non-woven carbon felt</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">Newell</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">Graphite felt 3 mm</td>
			<td class="xl66">Used to fabricated felt carbon composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Film type epoxy resin</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">SK Chemicals</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">K51</td>
			<td class="xl66">Used as a matrix of the composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Acetone 99.5%</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">Samchun</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">67-64-1</td>
			<td class="xl66">Used to cleanse the carbon fiber and the soft layers</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Mold release</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">ShinEtsu</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">KF-96</td>
			<td class="xl66">Used to coat the mold</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Release film</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">Airtech</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">A4000V</td>
			<td class="xl66">Used as a soft layer</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Compression mold</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">N/A</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">N/A</td>
			<td class="xl66">Machined in lab. Material: NAK80</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Hot press</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">Hydrotek 100</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">N/A</td>
			<td class="xl66">Used to apply pressure and heat</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Scanning electron microscope</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">FEI Compnay</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">Magellan 400</td>
			<td class="xl66">Used to investigate the surface of the composite</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental implementation of a new composite fabrication method: exposing bare fibers on the composite surface by the soft layer method

לוח דו קוטבי הוא רכיב מפתח פרוטון חילופי דלק תאים הממברנה (PEMFCs), זרימה סוללות ונדיום חמצון-חיזור (VRFBs). זה מרכיב רב תפקודי צריך מוליכות חשמלית גבוהה, גבוהה תכונות מכניות, פרודוקטיביות גבוהה.
בהקשר זה, ניתן ללא הפרדות צבע של שרף אפוקסי סיבי פחמן חומר אידיאלי כדי להחליף את הצלחת דו קוטבית גרפיט קונבנציונאלי, אשר מובילה לעיתים קרובות כשל קטסטרופי של המערכת כולה בגלל שלה פריכות הטבועה. אבל הפרדות צבע אפוקסי פחמן יש תכונות מכניות גבוהה והוא קל לייצר, מוליכות חשמלית בכיוון דרך-עובי הוא עני בגלל השכבה שרף-עשיר מתפתח על פני השטח שלו. לכן, ציפוי מבטל גרפיט המורחב אומצה לפתרון הבעיה מוליכות חשמלית. עם זאת, הציפוי גרפיט המורחב לא רק מגביר את עלויות הייצור אלא יש גם תכונות מכניות המסכן.
במחקר זה, הוכח שיטה לחשוף סיבים על פני השטח composite. ישנן שיטות רבות כיום זה יכול לחשוף סיבים על ידי טיפול פני שטח לאחר הזיוף של הפרדות צבע. שיטה חדשה, עם זאת, אינו מצריך טיפול פני שטח כי הסיבים נחשפים במהלך הייצור של הפרדות צבע. על ידי חשיפת סיבי פחמן חשופות על פני השטח, מוליכות חשמלית, חוזק מכני רב, הפרדות צבע הם עלה באופן דרסטי.

דגימות מפוברק שנצפו באמצעות מיקרוסקופיית אלקטרונים סריקה (SEM) (איור 1). כי השכבה שרף-עשיר המכסה העליון של הסיבים הוא רק בעובי כמה מיקרומטר, תמונה מיקרוסקופית אופטי נצפתה בחלק העליון של הדגימה אינה הולמת תמונת SEM שנצפה על ידי הטיית הדגימה על ידי 5° מספק תמונת ...

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method at JoVE.com

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

פרוטוקול לחשוף סיבי חשופות על פני השטח composite על ידי ביטול אזור עשיר שרף מוצג. הסיבים נחשפים במהלך ייצור של הפרדות צבע, לא על ידי טיפול פני שטח פוסט. לוחות על בסיס פחמן חשוף התערוכה מוליכות חשמלית גבוהה כיוון דרך-עובי, המאפיין מכנית גבוהה.

יישום ניסיוני של שיטת ייצור ללא הפרדות צבע חדשה: חשיפת סיבי חשופות על פני השטח Composite בשיטת שכבה רכה

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

ייצור ואפיון של סיבים אופטיים הפרעות פולימר ללוקליזציה רוחבית אנדרסון אור

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

חקירת Layer פליטה ספקטרליים Boundary במהלך פולשני חומר בדיקה ב Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Testing of Nanoparticle Release from a Composite Containing Nanomaterial Using a Chamber System

בדיקה של שחרור Nanoparticle מתוך Composite המכיל nanomaterial באמצעות מערכת קאמרית

With the rapid development of nanotechnology as one of the most important technologies in the 21st century, interest in the safety of consumer products ...

Strain Sensing Based on Multiscale Composite Materials Reinforced with Graphene Nanoplatelets

חישה מבוססת עומס על מחוזק חומרים מרוכבים Multiscale עם גראפן Nanoplatelets

The electrical response of NH2-functionalized graphene nanoplatelets composite materials under strain was studied. Two different manufacturing methods are ...

A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy

ייצור ושיטת מדידה לרכיב Ferroelectric גמיש בהתבסס על ואן דר Waals Heteroepitaxy

Flexible non-volatile memories have received much attention as they are applicable for portable smart electronic device in the future, relying on ...

Magnet Assisted Composite Manufacturing: A Flexible New Technique for Achieving High Consolidation Pressure in Vacuum Bag/Lay-Up Processes

מגנט בסיוע ייצור מורכבים: גמיש טכניקה חדשה להשגת קונסולידציה גבוהה בלחץ בתהליכים ואקום שקית/Lay-Up

This work demonstrates a protocol to improve the quality of composite laminates fabricated by wet lay-up vacuum bag processes using the recently developed ...

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing (CCM) System

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing CCM System

מבצע של מערכת הייצור המשולב שיתופי (CCM)

The automated tape placement and the automated fiber placement (AFP) machines provide a safer working environment and reduce the labor intensity of ...

Fabrication of Surface Acoustic Wave Devices on Lithium Niobate

הייצור של התקנים גל אקוסטי לפני השטח על ליתיום Niobate

Manipulation of fluids and particles by acoustic actuation at small scale is aiding the rapid growth of lab-on-a-chip applications. Megahertz-order ...

Solution Blow Spinning of Polymeric Nano-Composite Fibers for Personal Protective Equipment

פתרון סחיטה של סיבים ננו-מרוכבים פולימריים לציוד מגן אישי

Light-weight, protective armor systems typically consist of high modulus (&#62;109 MPa) and high-strength polymeric fibers held in place with an elastic ...

Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes for Capacitive Pressure Sensing

Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes and Their Application in Capacitive Pressure Sensing

Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes and Their Application in Capacitive Pressure Sensing (Video) | JoVE 

אלקטרודות רכות מבוססות תעלה מיקרופלואידית ויישומן בחישת לחץ קיבולי

Flexible and stretchable electrodes are essential components in soft artificial sensory systems. Despite recent advances in flexible electronics, most ...