Superposition approach for description of electrical conductivity in sheared MWNT/polycarbonate melts

The theoretical description of electrical properties of polymer melts, filled with attractively interacting conductive particles, represents a great challenge. Such filler particles tend to build a network-like structure which is very fragile and can be easily broken in a shear flow with shear rates of about 1 s–1. In this study, measured shear-induced changes in electrical conductivity of polymer composites are described using a superposition approach, in which the filler particles are separated into a highly conductive percolating and low conductive non-percolating phases. The latter is represented by separated well-dispersed filler particles. It is assumed that these phases determine the effective electrical properties of composites through a type of mixing rule involving the phase volume fractions. The conductivity of the percolating phase is described with the help of classical percolation theory, while the conductivity of non-percolating phase is given by the matrix conductivity enhanced by the presence of separate filler particles. The percolation theory is coupled with a kinetic equation for a scalar structural parameter which describes the current state of filler network under particular flow conditions. The superposition approach is applied to transient shear experiments carried out on polycarbonate composites filled with multi-wall carbon nanotubes

Establishment, morphology and properties of carbon nanotube networks in polymer melts

As for nanofillers in general, the properties of carbon nanotube (CNT) -polymer composites depend strongly on the filler arrangement and the structure of the filler network. This article reviews our actual understanding of the relation between processing conditions, state of CNT dispersion and structure of the filler network on the one hand, and the resulting electrical, melt rheological and mechanical properties, on the other hand. The as-produced rather compact agglomerates of CNTs (initial agglomerates, >1 μm), whose structure can vary for different tube manufacturers, synthesis and/or purification conditions, have first to be well dispersed in the polymer matrix during the mixing step, before they can be arranged to a filler network with defined physical properties by forming secondary agglomerates. Influencing factors on the melt dispersion of initial agglomerates of multi-walled CNTs into individualized tubes are discussed in context of dispersion mechanisms, namely the melt infiltration into initial agglomerates, agglomerate rupture and nanotube erosion from agglomerate surfaces. The hierarchical morphology of filler arrangement resulting from secondary agglomeration processes has been found to be due to a competition of build-up and destruction for the actual melt temperature and the given external flow field forces. Related experimental results from in-line and laboratory experiments and a model approach for description of shear-induced properties are presented

Параметричний резонанс в ультрахолодній ридбергівській плазмі під впливом акустичної хвилі

The article considers weakly ionized ultracold Rydberg plasma under the influence of an acoustic wave of the terahertz range. The effect of an acoustic wave on Langmuir oscillations of Rydberg plasma is described using a hydrodynamic approach. The mechanism of the influence of an acoustic wave on Langmuir oscillations in such plasma, which consists in the scattering of electrons by neutral atoms oscillating in a high-frequency acoustic field, is considered. The unitary Kramers—Henneberger transformation in the Schrцdinger equation is used to calculate the cross section for the scattering of electrons by atoms performing high-frequency oscillations in the field of a terahertz acoustic wave. On this basis, a deep analogy is shown between the problem of scattering of an electron in the field of an external electromagnetic wave by a stationary atom and the problem of scattering of an electron by an atom vibrating in an external acoustic field. Numerical calculations demonstrate the oscillatory character of the cross section for the scattering of an electron by a Rydberg atom vibrating in a high-frequency acoustic field. Within the framework of the chosen hydrodynamic model, in view of the time dependence of the cross section for scattering of electrons by plasma atoms, the change in the electron density in such a system is described by the Mathieu equation, well known in mathematical physics. On the basis of this equation, the fundamental possibility of the appearance of parametric resonance, in the form of the buildup of Langmuir oscillations, in such a system is shown theoretically. The conditions for the appearance of resonance in Rydberg plasma initiated by a high-frequency acoustic wave are indicated.Рассмотрена слабоионизованная ультрахолодная ридберговская плазма, находящаяся под воздействием акустической волны терагерцевого диапазона. Влияние акустической волны на ленгмюровские колебания ридберговской плазмы описывается с помощью гидродинамического подхода. Исследован механизм влияния акустической волны на ленгмюровские колебания в такой плазме, заключающийся в рассеянии электронов на нейтральных атомах, совершающих колебания в высокочастотном акустическом поле. Для вычисления сечения рассеяния электронов на атомах, совершающих высокочастотные колебания в поле терагерцевой акустической волны, применяется унитарное преобразование Крамерса-Хеннбергера в уравнении Шредингера. На этой основе показывается глубокая аналогия между задачей о рассеяния электрона в поле внешней электромагнитной волны на стационарном атоме и проблемой рассеяния электрона на атоме, совершающего колебания во внешнем акустическом поле. Численные расчеты демонстрируют осцилляционный характер сечения рассеяния электрона на ридберговском атоме, колеблющемся в высоко- частотном акустическом поле. В рамках выбранной гидродинамической модели, ввиду временной зависимости сечения рассеяния электронов на атомах плазмы, изменение электронной плотности в такой системе описывается хорошо известным в математической физике уравнением Матье. На основе этого уравнения теоретически показана принципиальная возможность возникновения параметрического резонанса в виде раскачки ленгмюровских колебаний в такой системе. Указаны условия возникновения резонанса в ридберговской плазме, инициированного высокочастотной акустической волной.Розглянуто слабоіонізовану ультрахолодну ридбергівську плазму, яка зазнає впливу акустичної хвилі терагерцового діапазону. Вплив акустичної хвилі на ленгмюрівські коливання ридбергівської плазми описують за допомогою гідродинамічного підходу. Досліджено механізм впливу акустичної хвилі на ленгмюрівські коливання у такій плазмі, який полягає у розсіянні електронів на нейтральних атомах, що коливаються у високочастотному акустичному полі. Для обчислення перерізу розсіяння електронів на атомах, які здійснюють високочастотні коливання у полі терагерцової акустичної хвилі, застосовано унітарне перетворення Крамерса-Хеннебергера у рівнянні Шредингера. На цій основі показано глибоку аналогію між задачею про розсіяння електрона в полі зовнішньої електромагнітної хвилі на стаціонарному атомі і проблемою розсіяння електрона на атомі, який коливається у зовнішньому акустичному полі. Числові розрахунки демонструють осциляційний характер перерізу розсіяння електрона на ридбергівському атомі, який коливається у високочастотному акустичному полі. У межах обраної гідродинамічної моделі завдяки часовій залежності перерізу розсіяння електронів на атомах плазми зміну електронної густини у такій системі описуємо добре відомим у математичній фізиці рівнянням Матьє. На основі цього рівняння теоретично показано принципову можливість виникнення параметричного резонансу у вигляді розгойдування ленгмюрівських коливань у такій системі. Наведено умови виникнення резонансу у ридбергівській плазмі, ініційованого високочастотною акустичною хвилею

Effect of Processing Method on Mechanical Properties of PC/ABS-MWCNT Nanocomposites

[EN] Nanocomposites of commercial PC/ABS matrix filled with multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) suspended in ethyl alcohol were compounded on twinscrew co-rotating extruder and subsequently injection molded varying injection speed and temperature. Optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) were used to characterize the morphology of nanocomposites. A presence of fine agglomerates of carbon nanotubes was observed. The elastic modulus and stress at yield point increased with MWCNT content for all nanocomposites. However, higher values of yield stress were obtained for lower injection velocities, due to more homogeneous dispersion at mild injection molding conditions.This work is funded by the European Community's Seventh Framework Programme (FP7-PEOPLE-ITN-2008) within the CONTACT project Marie Curie Fellowship under grant number 238363. Authors would like to thank to Javier Gomez (SCIC, University Jaume I of Castellon) for electron microscopy measurements.Wegrzyn, M.; Galindo, B.; Benedito, A.; Giménez Torres, E. (2012). Effect of Processing Method on Mechanical Properties of PC/ABS-MWCNT nanocomposites. Macromolecular Symposia. 321-322:161-165. https://doi.org/10.1002/masy.201251128161165321-322Li, Y., & Shimizu, H. (2011). High-shear melt processing of polymer–carbon nanotube composites. Polymer–Carbon Nanotube Composites, 133-154. doi:10.1533/9780857091390.1.133Yang, L., Liu, F., Xia, H., Qian, X., Shen, K., & Zhang, J. (2011). Improving the electrical conductivity of a carbon nanotube/polypropylene composite by vibration during injection-moulding. Carbon, 49(10), 3274-3283. doi:10.1016/j.carbon.2011.03.054Skipa, T., Lellinger, D., Böhm, W., Saphiannikova, M., & Alig, I. (2010). Influence of shear deformation on carbon nanotube networks in polycarbonate melts: Interplay between build-up and destruction of agglomerates. Polymer, 51(1), 201-210. doi:10.1016/j.polymer.2009.11.047Villmow, T., Pegel, S., Pötschke, P., & Wagenknecht, U. (2008). Influence of injection molding parameters on the electrical resistivity of polycarbonate filled with multi-walled carbon nanotubes. Composites Science and Technology, 68(3-4), 777-789. doi:10.1016/j.compscitech.2007.08.031Hou, Z., Wang, K., Zhao, P., Zhang, Q., Yang, C., Chen, D., … Fu, Q. (2008). Structural orientation and tensile behavior in the extrusion-stretched sheets of polypropylene/multi-walled carbon nanotubes’ composite. Polymer, 49(16), 3582-3589. doi:10.1016/j.polymer.2008.06.008Koerner, H., Liu, W., Alexander, M., Mirau, P., Dowty, H., & Vaia, R. A. (2005). Deformation–morphology correlations in electrically conductive carbon nanotube—thermoplastic polyurethane nanocomposites. Polymer, 46(12), 4405-4420. doi:10.1016/j.polymer.2005.02.025Abbasi, S., Carreau, P. J., & Derdouri, A. (2010). Flow induced orientation of multiwalled carbon nanotubes in polycarbonate nanocomposites: Rheology, conductivity and mechanical properties. Polymer, 51(4), 922-935. doi:10.1016/j.polymer.2009.12.041Li, Z.-M., Xie, B.-H., Yang, S., Huang, R., & Yang, M.-B. (2004). Morphology-tensile behavior relationship in injection molded poly(ethylene terephthalate)/polyethylene and polycarbonate/polyethylene blends (II) Part II Tensile behavior. Journal of Materials Science, 39(2), 433-443. doi:10.1023/b:jmsc.0000011495.78358.a

Прецизионные ультразвуковые измерители уровня жидкости в закрытых резервуарах

Рассматриваются вопросы измерения уровня жидкости в стальных резервуарах через стенку. При измерениях уровня по времени распространения сигнала лучшая точность достигается при его корреляционно-фазовом приеме. Но прохождение сигнала через упругую стенку приводит к искажениям его фазовой структуры, что ухудшает корреляционно-фазовый прием. Целью работы является определение возможностей выбора сигналов, искажения фазы которых при прохождении через упругую стенку будут малыми. Предложена схема расчетов прохождения сигнала через упругую стенку (и построения ее амплитудно- и фазочастотных характеристик), учитывающая продольные и сдвиговые волны ее толщинных колебаний и стоячие волны резонансных колебаний по длине (диаметру); предложен способ выбора частот зондирующего сигнала в соответствии с характеристиками стенки. При измерении через тонкое, 0,8 мм, дно при частоте сигнала 250-750 кГц и отношении сигнал/шум 0,4 получена точность времени ~0,15 мкс, соответствующая точности уровня ~0,1 мм. Показано, что такая точность должна обеспечиваться в интервале толщин дна 0,3-3,6 мм. Библ. 20, табл. 1, рис. 7