Double walled carbon nanotube/polymer composites via in-situ nitroxide mediated polymerisation of amphiphilic block copolymers

Because of their unique physical, chemical, and structural properties, carbon nanotubes (CNT) are playing an increasingly important role in the development of new engineering materials [1]. Across many different applications, CNT/polymer composites have been extensively studied [2] S.B. Sinnot and R. Andrews, Carbon nanotubes: synthesis, properties, and applications, Crit Rev Solid State Mater Sci 26 (2001), pp. 145–249.[2]. The key problem for CNT/polymer composite elaboration is the dispersion, compatibilization, and stabilization of the CNT in the polymer matrix. To solve this problem, a structure with di-block copolymers, one with a good affinity to CNT (monomer M1), the other being the matrix (monomer M2), is proposed in this study, as shown on the two steps mechanism of Fig. 1

Composite materials: Tomorrow for the day after tomorrow

A description is given of the history of the use of composite materials in the aerospace industry. Research programs underway to obtain exact data on the behavior of composite materials over time are discussed. It is concluded that metal composites have not yet replaced metals, but that that this may be a future possibility

Etude en rupture d'un composite à fibres végétales d'Alfa

National audienceThe behavior under monotonic loading of reinforced natural fibre composites begins to be fairly well known today. However, the fracture behavior is still poorly controlled. This work describes a numerical approach developed to simulate the propagation mechanism of a matrix crack in natural fibre reinforced composites.To this end, the fracture behavior of a REV; constituted of alfa fibre, with linear anisotropic behavior, surrounded by a matrix with non-linear viscoelastic behavior, was investigated using a finite element model. The analysis of the fracture behavior of the composite alfa fibre / epoxy resin shows that under uniaxial longitudinal or transverse load to the fibre, a crack initiated in the matrix is propagated perpendicularly to the direction of the load. Near the interface, the energy release rate decreases and this energy is higher in the presence of interfacial debonding areas generated by problems of fibre wettability. Reaching the interface, the crack is either blocked or deflected. Once deflected, the crack propagates along the interface and causes the complete debonding of the fibre.Le comportement sous chargement monotone des composites renforcés par des fibres naturelles commence à être assez bien connu aujourd'hui. Cependant, le comportement à la rupture est encore mal maîtrisé. Le présent travail décrit une approche numérique développée pour simuler le mécanisme de propagation d'une fissure matricielle à l'interface fibre végétale alfa / résine époxy dans les composites à matrice polymère. A cette fin, le comportement à la rupture d'un VER constitué d'une fibre unitaire d'alfa, de comportement linéaire anisotrope, entourée d'une matrice de comportement non linéaire viscoélastique, a été étudié à l'aide d'un modèle éléments finis. L'analyse du comportement à la rupture du composite fibre alfa/résine époxy montre que sous l'action d'un chargement uniaxial, longitudinal ou transversal par rapport à la fibre, une fissure initiée dans la matrice se propage perpendiculairement au sens de la sollicitation. Au voisinage de l'interface, le taux de restitution d'énergie diminue et ce taux est plus élevé en présence de zones de non adhésion générées par des problèmes de mouillages. Arrivée à l'interface, la fissure est soit bloquée soit déviée. Une fois déviée, la fissure se propage le long de l'interface et entraîne la décohésion de la fibre

Impact du broyage des granulats de PET sur les propriétés à l'état frais d'un composite cimentaire

National audienceThe works presented herein deal with the recycling of post-consumer packaging made of polyethylene terephthalate (PET) without further transformation beyond crushing. Several crushers are used to obtain PET aggregates with different sizes. The PET particles are substituted to sand according a same volume fraction. 25, 50 and 75% are the substitution rates chosen. Each composition contains only one type of PET grain size. Optical imaging has allowed to observe that the 2 mm-crushed PET exhibited lots of fine particles. Moreover the water absorption rate of industrial PET is lower than 2 mm-crushed PET one. The Water/Cement (W/C) rate decreases with the volume percentage of industrial PET increase while this rate increases with the increase in volume percentage of 2 mm-crushed PET.Les travaux présentés ici portent sur la recyclabilité d'emballages de post consommation à base de polyéthylène téréphtalate (PET) avec comme seule technique de transformation le broyage. Différents broyeurs sont utilisés pour obtenir des granulats de PET de différentes tailles. Les particules de PET ont été substituées au sable selon une même fraction volumique. Les taux de substitution choisis sont 25, 50 et 75%. Un seul type de granulométrie de PET a été utilisé dans chaque composition. On a observé par imagerie optique que le PET broyé à 2 mm présentait beaucoup de fines particules. De plus l'absorption d'eau du PET industriel est plus faible que celle du PET broyé à 2 mm. Le rapport Eau/Ciment (E/C) diminue lorsque le pourcentage volumique du PET industriel augmente tandis que ce rapport augmente avec l'augmentation du pourcentage volumique du PET broyé à 2 mm

Percolation d'agrégats multi-échelles de sphères et de fibres – Application aux nanocomposites

International audienceRESUME: Les nanocomposites comportant des sphères de noir de carbone ou des nanotubes de carbone de découverte récente [1] permettent d'élaborer des composites présentant des propriétés mécaniques, électriques et chimiques remarquables, essentiellement grâce à leur seuil de percolation très faible. L'agencement spatial des charges présente généralement plusieurs échelles: agrégats de nanoparticules, et zones de répulsion entre agrégats. Nous présentons une méthode de construction rapide et efficace, permettant de simuler la microstructure de matériaux composites de ce type, et d'estimer leur seuil de percolation. Cette méthode permet de simuler une distribution aléatoire 3D multi-échelle de sphères, ou de sphéro-cylindres de facteur de forme variable et d'orientation non uniforme, correspondant à des situations rencontrées dans les composites. A fraction volumique de charges donnée, il est possible d'abaisser significativement leur seuil de percolation, et d'optimiser les propriétés de nanocomposites. La percolation joue un rôle crucial concernant les propriétés macroscopiques effectives des matériaux composites hétérogènes. Ce rôle est dotant plus fort lorsque les constituants présentent un fort contraste de propriétés. Ces matériaux peuvent avoir une structure complexe de par leur processus de fabrication faisant intervenir un mélange non homogène des constituants. Leur morphologie présente alors plusieurs échelles de répartition des charges, comme par exemple des regroupements en agrégats, ou des zones complètement vide de charges. Nous présenterons une méthode rapide et efficace permettant de modéliser ces structures complexes et d'estimer leur seuil de percolation. Nous l'appliquerons à des modèles aléatoire multi-échelles de sphères et de sphéro-cylindres, ainsi qu'à des matériaux de structure complexe dont les charges sont modélisables par des sphères. Nous donnerons des estimations des seuils de percolation pour des distributions homogènes et non homogènes, que nous comparerons à d'autres méthodes analytiques et numériques

Caractérisation expérimentale de l'endommagement dans les minicomposites SiC/SiC

National audienceLes composites SiC/SiC sont étudiés pour leur usage potentiel comme matériau de gainage dans les réacteurs nucléaires de génération future. Afin de valider un modèle multiéchelle d'endommagement à l'échelle microscopique, une caractérisation expérimentale de l'endommagement à l'échelle du toron est mise en œuvre. Des essais de traction in-situ sur minicomposite permettent d'obtenir des données statistiques sur la cinétique d'apparition des fissures matricielles et l'évolution de leur ouverture en fonction de la contrainte. Ces observations de surface sont complétées par des observations microtomographiques réalisées à l'ESRF sur un minicomposite en traction. L'analyse des images 3D permet alors d'étudier la propagation des fissures matricielles au sein du minicomposite. Les ruptures de fibres sont également observables grâce à cette technique d'observation

Damage-imperfection indicators for the assessment of multi-leaf masonry walls under different conditions

The complexity of multi-leaf masonry walls suggests further researches on the dy- namic behaviour mainly characterized by incoherent response between the different layers. The intrinsic discontinuity and the manufacturing imperfections are amplified by the incre- mental damage that triggers different failure mechanisms that affect the dynamic parameters, such as modal shapes, frequencies and damping ratios. The dynamic identification with out- put only methodology has been proposed in this work on different multi-leaf masonry walls subjected to uniaxial compressive load. The responses of full infill, damaged infill and strengthened infill masonry panels with different widespread damage have been recorded. The evolution of the damage scenario changes the modal shapes, the related frequencies and the damping ratios that through the comparison with the data of the initial conditions can de- tect the anomalies and then the intrinsic vulnerabilities. Through the curvature modal shape methods and the structural irregularity indices applied to different phases, it was possible evaluate the imperfection and the induced damage entity

Localization, Coulomb interactions and electrical heating in single-wall carbon nanotubes/polymer composites

Low field and high field transport properties of carbon nanotubes/polymer composites are investigated for different tube fractions. Above the percolation threshold f_c=0.33%, transport is due to hopping of localized charge carriers with a localization length xi=10-30 nm. Coulomb interactions associated with a soft gap Delta_CG=2.5 meV are present at low temperature close to f_c. We argue that it originates from the Coulomb charging energy effect which is partly screened by adjacent bundles. The high field conductivity is described within an electrical heating scheme. All the results suggest that using composites close to the percolation threshold may be a way to access intrinsic properties of the nanotubes by experiments at a macroscopic scale.Comment: 4 pages, 5 figures, Submitted to Phys. Rev.

Surface characterization and properties of ordered arrays of CeO2 nanoparticles embedded in thin layers of SiO2

We demonstrated the surface composite character down to the nanometer scale of SiO2-CeO2 composite high surface area materials, prepared using 5 nm colloidal CeO2 nanoparticle building blocks. These materials are made of a homogeneous distribution of CeO2 nanoparticles in thin layers of SiO2, arranged in a hexagonal symmetry as shown by small-angle X-ray scattering and transmission electron microscopy. Since the preparation route of these composite materials was selected in order to produce SiO2 wall thickness in the range of the CeO2 nanoparticle diameter, these materials display surface nanorugosity as shown by inverse chromatography. Accessibility through the porous volume to the functional CeO2 nanoparticle surfaceswasevidenced throughanorganic acid chemisorption technique allowing quantitative determination of CeO2 surface ratio. This surface composite nanostructure down to the nanometer scale does not affect the fundamental properties of the functional CeO2 nanodomains, such as their oxygen storage capacity, but modifies the acid-base properties of the CeO2 surface nanodomains as evidenced by Fourier transform IR technique. These arrays of accessible CeO2 nanoparticles displaying high surface area and high thermal stability, along with the possibility of tuning their acid base properties, will exhibit potentialities for catalysis, sensors, etc