Published July 6, 2020
| Version v1
Publication
Open
Synthesis, microstructure, multifunctional properties of mayenite Ca12Al14O33 (C12A7) cement and graphene oxide (GO) composites
Creators
- 1. King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang
- 2. Kyoto University
Description
Abstract The Pristine Mayenite Ca 12 Al 14 O 33 (C12A7) Cement was simply synthesized by using solid-state reaction. The C12A7 and Graphene Oxide (GO) composites (C12A7_GO-x) with various contents of the GO suspension loading (x = 0 wt%, 1 wt%, 2 wt%, 3 wt%, and 4 wt%) were directly prepared by mixing the C12A7 and GO. X-ray diffraction results of pristine C12A7 and all C12A7_GO composites indicated a pure phase corresponding to the standard of C12A7 cement. Raman spectroscopy confirmed the existence of GO in all C12A7_GO samples. Scanning Electron Microscopy (SEM) showed the micrometer grain sizes and the occurrence of grain boundary interfaces for GO incorporation in all C12A7_GO samples. UV–Vis spectroscopy revealed the absorption value of all C12A7_GO samples and red shift near longer wavelengths when increasing the GO concentrations. The dielectric constant of C12A7_GO composites can be explained by the high density of free electron charges for the interfacial polarization on the GO surface. The maximum specific capacitance of C12A7_GO-4 electrode of 21.514 at a current density of 0.2 A g −1 can be attributed to the increase in the electrochemically active surface area for the formation of the electrical double layer capacitors behavior and the effects of high surface area GO connections. Also, the mechanical properties exhibited an increase in Vickers indenter hardness ( HV ) values with increasing GO contents. The highest HV value was 117.8 H V/2 kg at the C12A7_GO-4 sample. These results showed that the composite materials of the pristine C12A7 cement with GO were highly efficient. All in all, the GO material contained a high potential for enhancing low-cost cement materials in multifunctional properties such as optical, dielectric, electrochemical, and mechanical properties.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
خلاصة تم تصنيع أسمنت الماينيت البكر Ca 12 Al 14 O 33 (C12A7) ببساطة باستخدام تفاعل الحالة الصلبة. تم تحضير مركبات C12A7 وأكسيد الجرافين (GO) (C12A7_GO - x) بمحتويات مختلفة من تحميل معلق GO (x = 0 ٪ بالوزن، 1 ٪ بالوزن، 2 ٪ بالوزن، 3 ٪ بالوزن، و 4 ٪ بالوزن) مباشرة عن طريق خلط C12A7 و GO. أشارت نتائج حيود الأشعة السينية لـ C12A7 البكر وجميع المواد المركبة C12A7_GO إلى طور نقي يتوافق مع معيار الأسمنت C12A7. أكد مطياف رامان وجود GO في جميع عينات C12A7_GO. أظهر الفحص المجهري الإلكتروني (SEM) أحجام حبيبات الميكرومتر وحدوث واجهات حدود الحبوب لتضمين GO في جميع عينات C12A7_GO. كشف التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية قيمة الامتصاص لجميع عينات C12A7_GO والإزاحة الحمراء بالقرب من الأطوال الموجية الأطول عند زيادة تركيزات GO. يمكن تفسير ثابت العزل الكهربائي للمواد المركبة C12A7_GO بالكثافة العالية لشحنات الإلكترون الحرة للاستقطاب البيني على سطح GO. يمكن أن تعزى السعة القصوى النوعية للإلكترود C12A7_GO -4 البالغة 21.514 بكثافة تيار تبلغ 0.2 أمبير جم −1 إلى الزيادة في مساحة السطح النشطة كهروكيميائيًا لتكوين سلوك المكثفات الكهربائية ذات الطبقة المزدوجة وتأثيرات وصلات GO ذات المساحة السطحية العالية. كما أظهرت الخواص الميكانيكية زيادة في قيم صلابة فيكرز ( HV ) مع زيادة محتويات GO. كانت أعلى قيمة HV 117.8 HV/2 kg في عينة C12A7_GO -4. أظهرت هذه النتائج أن المواد المركبة من الأسمنت C12A7 البكر مع GO كانت عالية الكفاءة. بشكل عام، احتوت مادة GO على إمكانات عالية لتعزيز المواد الأسمنتية منخفضة التكلفة في خصائص متعددة الوظائف مثل الخصائص البصرية والكهربائية والكهروكيميائية والميكانيكية.Translated Description (French)
Résumé Le ciment Pristine Mayenite Ca 12 Al 14 O 33 (C12A7) a été simplement synthétisé en utilisant une réaction à l'état solide. Les composites C12A7 et oxyde de graphène (GO) (C12A7_GO-x) avec divers contenus de la charge de suspension GO (x = 0 % en poids, 1 % en poids, 2 % en poids, 3 % en poids et 4 % en poids) ont été directement préparés en mélangeant le C12A7 et le GO. Les résultats de diffraction des rayons X du C12A7 vierge et de tous les composites C12A7_GO indiquaient une phase pure correspondant à la norme du ciment C12A7. La spectroscopie Raman a confirmé l'existence de GO dans tous les échantillons C12A7_GO. La microscopie électronique à balayage (MEB) a montré la taille des grains micrométriques et l'apparition d'interfaces de joints de grains pour l'incorporation de GO dans tous les échantillons C12A7_GO. La spectroscopie UV–Vis a révélé la valeur d'absorption de tous les échantillons C12A7_GO et le décalage vers le rouge près des longueurs d'onde plus longues lors de l'augmentation des concentrations de GO. La constante diélectrique des composites C12A7_GO peut s'expliquer par la forte densité de charges d'électrons libres pour la polarisation interfaciale sur la surface GO. La capacité spécifique maximale de l'électrode C12A7_GO-4 de 21,514 à une densité de courant de 0,2 A g −1 peut être attribuée à l'augmentation de la surface électrochimiquement active pour la formation du comportement des condensateurs électriques à double couche et aux effets des connexions GO à surface élevée. En outre, les propriétés mécaniques présentaient une augmentation des valeurs de dureté Vickers indenter ( HV ) avec l'augmentation des teneurs en GO. La valeur HV la plus élevée était de 117,8 H V/2 kg à l'échantillon C12A7_GO-4. Ces résultats ont montré que les matériaux composites du ciment C12A7 vierge avec GO étaient très efficaces. Dans l'ensemble, le matériau GO contenait un potentiel élevé pour améliorer les matériaux de ciment à faible coût dans des propriétés multifonctionnelles telles que les propriétés optiques, diélectriques, électrochimiques et mécaniques.Translated Description (Spanish)
Resumen El cemento de mayenita prístina Ca 12 Al 14 O 33 (C12A7) se sintetizó simplemente utilizando una reacción en estado sólido. Los compuestos de C12A7 y óxido de grafeno (GO) (C12A7_GO-x) con diversos contenidos de la carga de suspensión de GO (x = 0% en peso, 1% en peso, 2% en peso, 3% en peso y 4% en peso) se prepararon directamente mezclando C12A7 y GO. Los resultados de difracción de rayos X de C12A7 prístino y todos los compuestos C12A7_GO indicaron una fase pura correspondiente al estándar del cemento C12A7. La espectroscopia Raman confirmó la existencia de GO en todas las muestras de C12A7_GO. La microscopía electrónica de barrido (SEM) mostró los tamaños de grano micrométricos y la aparición de interfaces de límite de grano para la incorporación de GO en todas las muestras de C12A7_GO. La espectroscopía UV–Vis reveló el valor de absorción de todas las muestras de C12A7_GO y el desplazamiento al rojo cerca de longitudes de onda más largas al aumentar las concentraciones de GO. La constante dieléctrica de los compuestos C12A7_GO se puede explicar por la alta densidad de cargas de electrones libres para la polarización interfacial en la superficie de GO. La capacitancia específica máxima del electrodo C12A7_GO-4 de 21.514 a una densidad de corriente de 0.2 A g −1 se puede atribuir al aumento del área de superficie electroquímicamente activa para la formación del comportamiento de los condensadores eléctricos de doble capa y los efectos de las conexiones GO de área de superficie alta. Además, las propiedades mecánicas mostraron un aumento en los valores de dureza indentadora ( HV ) de Vickers con el aumento del contenido de GO. El valor de HV más alto fue 117.8 H V/2 kg en la muestra C12A7_GO-4. Estos resultados mostraron que los materiales compuestos del cemento C12A7 prístino con GO fueron altamente eficientes. En general, el material de GO contenía un alto potencial para mejorar los materiales de cemento de bajo costo en propiedades multifuncionales tales como propiedades ópticas, dieléctricas, electroquímicas y mecánicas.Files
s41598-020-68073-4.pdf.pdf
Files
(8.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:3b91e7c409ed078d77dcefe842696a8d
|
8.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التركيب والبنية المجهرية والخصائص متعددة الوظائف لمركبات الأسمنت وأكسيد الجرافين Ca12Al14O33 (C12A7)
- Translated title (French)
- Synthèse, microstructure, propriétés multifonctionnelles des composites de ciment mayénite Ca12Al14O33 (C12A7) et d'oxyde de graphène (GO)
- Translated title (Spanish)
- Síntesis, microestructura, propiedades multifuncionales de compuestos de cemento de mayenita Ca12Al14O33 (C12A7) y óxido de grafeno (GO)
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3038518981
- DOI
- 10.1038/s41598-020-68073-4
References
- https://openalex.org/W1542630147
- https://openalex.org/W1608396944
- https://openalex.org/W1971365351
- https://openalex.org/W1972208790
- https://openalex.org/W1972807592
- https://openalex.org/W1981239532
- https://openalex.org/W1981610198
- https://openalex.org/W1992023766
- https://openalex.org/W2004083068
- https://openalex.org/W2006487215
- https://openalex.org/W2014685498
- https://openalex.org/W2015699357
- https://openalex.org/W2034822175
- https://openalex.org/W2040066063
- https://openalex.org/W2040915519
- https://openalex.org/W2042673459
- https://openalex.org/W2055408136
- https://openalex.org/W2065042357
- https://openalex.org/W2065506472
- https://openalex.org/W2073578912
- https://openalex.org/W2077548056
- https://openalex.org/W2091750259
- https://openalex.org/W2108376819
- https://openalex.org/W2108952693
- https://openalex.org/W2109589428
- https://openalex.org/W2124469076
- https://openalex.org/W2152832683
- https://openalex.org/W2153275906
- https://openalex.org/W2168904174
- https://openalex.org/W2232006119
- https://openalex.org/W2272648204
- https://openalex.org/W2307308728
- https://openalex.org/W2324282985
- https://openalex.org/W2332130569
- https://openalex.org/W2580115410
- https://openalex.org/W2588793851
- https://openalex.org/W2620470278
- https://openalex.org/W2754572935
- https://openalex.org/W2768754192
- https://openalex.org/W2779971391
- https://openalex.org/W2783222854
- https://openalex.org/W2784669554
- https://openalex.org/W2792674954
- https://openalex.org/W2800869469
- https://openalex.org/W2806045726
- https://openalex.org/W2908502081
- https://openalex.org/W2910888681
- https://openalex.org/W2922044530
- https://openalex.org/W2946336697
- https://openalex.org/W2947984665
- https://openalex.org/W2955012770
- https://openalex.org/W2993873071
- https://openalex.org/W3028488672