Engineering Science and Materials Commons^™

Direct Ink Write Processing Of Signal Crossovers Using Aerosol Jet Printing Method, Lucas A. Clark

Browse all Theses and Dissertations

Electronics in different applications, such as in medical imaging devices, radar systems, communication transmitters, and optical drives, often require various power and signal lines to be integrated at board level. In such cases, different lines may cross over one another in three-dimensional space for efficient electronic integration. Crossovers are usually achieved by adding additional layers to a PCB. However, these additional layers increase the cost, weight, and complexity of the component. By creating a process and structure to offer board-level heterogenous integration, these factors may be reduced. RF-DC crossovers were designed and additively manufactured using an aerosol jet printer. Benzocyclobutene …

An Efficient And Low-Cost Method To Create High-Density Nitrogen-Vacancy Centers In Cvd Diamond For Sensing Applications., Prem Bahadur Karki, Rupak Timalsina, Mohammadjavad Dowran, Ayodimeji E. Aregbesola, Abdelghani Laraoui, Kapildeb Ambal

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

The negatively charged Nitrogen-Vacancy (NV^-) center in diamond is one of the most versatile and robust quantum sensors suitable for quantum technologies, including magnetic field and temperature sensors. For precision sensing applications, densely packed NV^- centers within a small volume are preferable due to benefiting from 1/√𝑁 sensitivity enhancement (N is the number of sensing NV centers) and efficient excitation of NV centers. However, methods for quickly and efficiently forming high concentrations of NV^- centers are in development stage. We report an efficient, low-cost method for creating high-density NV^- centers production from a relatively …

Correction: Nanoscale Imaging Of Antiferromagnetic Domains In Epitaxial Films Of Cr2o3 Via Scanning Diamond Magnetic Probe Microscopy, Adam Erickson, Syed Qamar Abbas Shah, Ather Mahmood, Ilja Fescenko, Rupak Timalsina, Christian H. Binek, Abdelghani Laraoui

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

Correction for ‘Nanoscale imaging of antiferromagnetic domains in epitaxial films of Cr2O3 via scanning diamond magnetic probe microscopy’ by Adam Erickson et al., RSC Adv., 2023, 13, 178–185, https:// doi.org/10.1039/D2RA06440E

Traversing With Quantitative Fidelity Through The Glass Transition Of Amorphous Polymers: Modeling The Thermodynamic Dilatational Flow Of Polycarbonate, Mehrdad Negahban, Wenlong Li, Jean-Marc Saiter, Laurent Delbreilh, Kyle Strabala, Zheng Li

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

We follow the assumption that the dilatational response of glassy polymers can be characterized by a back-stress type analog that includes a thermal expansion for each elastic component, and with a viscosity that is dependent on the expansion of the elastic back stress component. To this, we add the assumption of an unloaded equilibrium temperature that correlates to the past processing through the viscous flow. After setting this in a thermodynamically consistent structure, the elastic, elastic backstress, thermal expansion, back-stress thermal expansion, heat capacity and viscous damping are evaluated using existing experiments for the response of polycarbonate over the glassy …

Processing And Characterization Of Inkjet Printed Batio3/Su-8 Nanocomposite Dielectrics, Mustapha A. Muhammad

Browse all Theses and Dissertations

The persistent demand for flexible and wearable electronic components in healthcare, aerospace, media, and transit applications has led to a significant shift from traditional electronics processes to printed electronics. Printed electronics are anticipated to establish itself as the industry's dominant force due to their enhanced flexibility, rapid prototyping capabilities, and seamless integration with everyday objects. They are cost-effective and have the scalable option for large-scale production because additive manufacturing techniques are used. Among the various printing methods available, inkjet printing has recently gained popularity for printing electronics, especially capacitors that require precise and complex structures on different substrates. Inkjet printing …

Peridynamic Simulation Of Elastic Wave Propagation By Applying The Boundary Conditions With The Surface Node Method, Francesco Scabbia, Mirco Zaccariotto, Ugo Galvanetto, Florin Bobaru

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

Peridynamics is a novel nonlocal theory able to deal with discontinuities, such as crack initiation and propagation. Near the boundaries, due to the incomplete nonlocal region, the peridynamic surface effect is present, and its reduction relies on using a very small horizon, which ends up being expensive computationally. Furthermore, the imposition of nonlocal boundary conditions in a local way is often required. The surface node method has been proposed to solve both the aforementioned issues, providing enhanced accuracy near the boundaries of the body. This method has been verified in the cases of quasi-static elastic problems and diffusion problems evolving …

Effect Of Platelet Length And Stochastic Morphology On Flexural Behavior Of Prepreg Platelet Molded Composites, Siavash Sattar, Benjamin Beltran Laredo, Sergii G. Kravchenko, Oleksandr G. Kravchenko

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

Prepreg platelet molding compound (PPMC) can be used to create structural grade material with a heterogeneous mesoscale morphology. The present work considered various platelet lengths of the prepreg system IM7/8552 to study the effect of platelet length on the flexural behavior of PPMC composite. A progressive failure finite-element analysis was used to understand competing failure modes in PPMC with the different platelet length. The interlaminar and in-plane damage mechanisms were employed to describe complex failure modes within the mesostructure of PPMCs. Experimental results of the flexural tests of the PPMC with different platelet length sizes were used to validate the …

การศึกษาการตรวจหาเชื้อวัณโรคจากภาพย้อมสีทนกรดโดยใช้การเรียนรู้เชิงลึกด้วยเทคนิคการจำแนกและการตรวจจับวัตถุ, ธีริศรา มิคาระเศรษฐ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การศึกษานี้เป็นการวิเคราะห์ Deep Learning สำหรับตรวจหาเชื้อวัณโรคด้วยวิธีการ Modified Classification และ Object Detection โดยใช้ Pre-Trained Model คือ Enhanced ResNet50 และ AlexNet ในการวิเคราะห์ ซึ่งวิธี Modified Classification มีการนำ Image Processing มาประยุกต์ใช้กับการทดลอง เมื่อ Training ข้อมูล พบว่า ResNet50 เป็น Model ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดได้ค่า Accuracy เท่ากับ 92.71% และ Precision เท่ากับ 92.7% เมื่อจัดกลุ่มใหม่สำหรับการวิเคราะห์ แบบ Suspected Positive Low Confidence และ Suspected Positive High Confidence ผลการทดลองพบว่า ResNet50 ยังคงมีประสิทธิภาพที่ดีที่สุด มีค่า Accuracy เท่ากับ 98.06% ค่า Precision เท่ากับ 98.59% ส่วน Suspected Positive High Confidence มีค่า Accuracy เท่ากับ 94.38% และค่า Precision เท่ากับ 91.41% และในการวิเคราะห์ Deep Learning วิธี Object Detection ได้ค่า Precision เท่ากับ 82.81% และ Mean AP เท่ากับ 36.79% จากการเปรียบเทียบการวิเคราะห์ทั้ง 2 Models พบว่า วิธีวิเคาระห์แบบ Modified Classification ได้ผลลัพทธ์ดีกว่า จึงนำไปตรวจร่วมกับวิธีการตรวจของแพทย์ (Doctor …

Advanced Modeling And Innovative Transcranial Magnetic Stimulation Coil Designs For The Treatment Of Neurological Disorders, Mohannad Tashli

Theses and Dissertations

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, effective and non-invasive treatment for several mental and psychiatric disorders. TMS is an FDA approved treatment and is commonly applied to patients who do not respond to medications for the treatment of clinical depression, smoking cessation, obsessive-compulsive disorder and migraine. Recently, there has been an increase in the development of electromagnetic neuromodulation techniques targeted at enhancing the effectiveness of TMS devices for the treatment of mental diseases. In TMS stimulation, focality is an important factor which determines the specificity of the pulses induced in different brain tissues. The electromagnetic pulses must be confined …

การออกแบบแกนดามกระดูกต้นขาชนิดยาวที่เหมาะสำหรับคนไทย ด้วยหลักการออกแบบหารูปร่างที่เหมาะสมที่สุด, ดวงกมล สายะบุตร

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การรักษากระดูกต้นขาหักมักใช้วิธีผ่าตัดใส่แกนดามกระดูก โดยแกนดามกระดูกที่ใช้ในปัจจุบันถูกออกแบบโดยอิงจากกายวิภาคของชาวคอเคเชียน ซึ่งไม่เหมาะสมสำหรับประชากรชาวเอเชียเนื่องจากความโค้งของโพรงกระดูกไม่เหมาะสมกัน ซึ่งอาจนำไปสู่การทะลุของปลายแกนดามกระดูกได้ งานวิจัยนี้จะนำวิธีการทำ shape optimiztion มาใช้ในการออกแบบแกนดามกระดูกต้นขาชนิดยาวให้เหมาะสมกับกระดูกต้นขาคนไทย โดยจะเลือกกลุ่มตัวอย่างกระดูกต้นขา 10 กระดูกจากกลุ่มประชากรกระดูกต้นขาคนไทย 60 กระดูก โดยเลือกให้ครอบคลุมกลุ่มประชากรกระดูกต้นขาที่มีรูปร่างหลากหลาย โดยใช้วิธีการจัดกลุ่มแบบ k-means clustering แกนดามกระดูกจะถูกทำการ optimize ในกระดูกกลุ่มตัวอย่างทั้ง 10 กระดูกพร้อม ๆ กัน โดยความเค้นที่เกิดในกระดูกทุกชิ้น จะถูกใช้ในการปรับรูปร่างของแกนดามกระดูกดีไซน์ถัดไป ทำวนไปเรื่อย ๆ จนสามารถลดความเค้นในกระดูกทุกชิ้นได้ แกนดามกระดูกที่ออกแบบใหม่นี้ สามารถทำให้ความเค้นที่เกิดขึ้นในกระดูกต้นขาต่ำลงอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเทียบกับแกนดามกระดูกต้นขาในท้องตลาดที่มีรัศมีความโค้ง 1275, 1500, และ 2000 มิลลิเมตร โดยลดลงเฉลี่ย 96.82%, 98.31%, และ 99.15% ตามลำดับ นอกจากนี้ยังทำการทดสอบความแข็งแรงด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ พบว่าแกนดามกระดูกที่ออกแบบใหม่มีความแข็งแรง สามารถพัฒนาต่อยอดเพื่อไปใช้ในผู้ป่วยจริงได้ในอนาคต

Post-Weld Heat Treatment Effects On Microstructure, Crystal Structure, And Mechanical Properties Of Donor Stir–Assisted Friction Stir Welding Material Of Aa6061-T6 Alloy, Aiman H. Al-Allaq, Manish Ojha, Yousuf S. Mohammed, Srinivasa N. Bhukya, Zhenhua Wu, Abdelmageed A. Elmustafa

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

Friction stir welding (FSW) technology combines heat input from friction and extreme plastic deformation to produce high-quality joints in aluminum and other alloy systems. This necessitates examining the final welded joint’s mechanical and structural properties. Post-weld heat-treated AA6061-T6 alloy that resulted from the application of a Cu donor stir–assisted (CDSA) friction stir welding (FSW) material was examined for crystal structure and mechanical properties. CDSA FSW samples were tested at a constant tool rotational speed of 1400 rpm and a welding translational speed of 1 mm/s. CDSA samples of 20% and 60% thickness of the AA6061-T6 base alloy were selected to …

Elastic Properties Of The Non-Mixing Copper Donor Assisted Material In Friction Stir Welding Of Aluminum Alloys Using Nanoindentation, M. Ojha, A. H. Al-Allaq, Y. S. Mohammed, S. N. Bhukya, Z. Wu, A. A. Elmustafa

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

Friction stir welding of high-strength materials such as steels is the impeded by the lack of the vast heat input needed to start the process. Contact friction is considered the most dominant source of heat generation for FSW steels which tends to cause severe wear conditions of the tool hear. To relieve the extreme wear conditions that occur on the tool heads because of FSW steels, we introduce the non-mixing Cu donor stir material to friction stir welding of aluminum alloys. The elastic properties of the Cu donor assisted friction stir welded aluminum alloys are measured using nanoindentation. The hardness …

Attrition Study Of Copper-Supplemented Iron-Based Oxygen Carrier For Chemical Looping Combustion, Neng Huang

Theses and Dissertations--Mechanical and Aerospace Engineering

Chemical looping combustion (CLC) is a promising technology that can mitigate the carbon emissions for power generation. The cost of oxygen carriers (OCs) impedes the scale up of CLC. Compared to synthetic iron-based OCs, red mud (RM), an abundant iron-based solid waste from industry, is a cost-effective choice due to its intrinsic inclusion of both inert and catalytic phases that are crucial for CLC. It was anticipated that the addition of copper oxide to RM using a mechanical mixing method that can be easily scaled up would enhance both reactivity and oxygen transport capacity (OTC), and the heat of reaction …

Fem Eem Dataset: Optimising Retrofitted Insulation For Irish Residential Building Walls, Rakshit D. Muddu, Aimee Byrne, Anthony Robinson Dr.

Datasets

A large number of combinations of Irish wall types, insulation materials, and heating fuel types were produced to compare the multiple variables which influence Optimal Insulation Thickness values. The total cost (TC) and carbon emission (CE) at optimum insulation thickness (OIT) for all combinations of insulation material and three types of fuel are considered. The dataset presents OIT for solid wall, cavity wall and cavity block wall types located in Monaghan, Dublin, and Kerry.

Hdd Dataset: Optimising Retrofitted Insulation For Irish Residential Building Walls, Rakshit D. Muddu, Aimee Byrne, Anthony James Robinson

Datasets

In this study, a thermal-economic analysis was conducted to determine the optimum insulation thickness of retrofitted insulation walls in different regions in Ireland. This was based on the Heating Degree Day method (HDD). This dataset contains optimum insulation thickness, payback period, cost savings and carbon emission for all 25 counties in the Republic of Ireland

Understanding The Feasibility Of Improving Interfacial Properties In Direct Ink Writing Of Silicone-Polyurethane Resin Hybrid Material, Ayobami Samuel Akinfenwa

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

The progress in materials engineering and the ability to make various models possible have made soft robotics a popular alternative to traditional robotics. Still, soft robots need various parts, like Printed Circuit Boards (PCBs), batteries, cables, fittings, and more, to work correctly or to get attached to other complex parts. These parts can have different material properties, like elastic moduli, strength, etc. Because of these differences, mechanical failures happen at the points where two materials meet, making soft robots less durable and less lasting in real-life situations due to failure. Conventionally, the fabrication of soft robot parts is through moulding. …

Pinch Force Generation During Scaling By Dental Professionals: A Systematic Review, Jessica R. Suedbeck, Emily A. Ludwig

Dental Hygiene Faculty Publications

Objective

The objective of this review was to examine the impact of instrument designs on pinch force generation during scaling by dental professionals.

Methods

Three databases were utilized from September 2019 to November 2021 in addition to hand-searching specific journals and reference lists. Research articles that examined pinch force generation in dental professionals during scaling with manual instruments only were included. Bias was assessed in the individual articles.

Results

Six research articles were included with sample populations that varied from 12 to 24 participants. Four articles evaluated instrument designs in relation to pinch force generation during scaling by dental professionals. …

การพัฒนาชุดทดสอบความล้าดัดสำหรับตะไบทางทันตกรรม, ธีรเมธ เกศโร

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

วิทยานิพนธ์นี้มุ่งเน้นไปที่การออกแบบและสร้างชุดทดสอบความล้าดัดสำหรับตะไบทางทันตกรรม ที่สามารถวัดจำนวนรอบที่ทำให้เสียหายของตะไบได้โดยตรงผ่านการวิเคราะห์สัญญาณในระบบควบคุมวงปิดของมอเตอร์ โดยที่ไม่จำเป็นต้องใช้วิธีดั้งเดิม ซึ่งเป็นการคำนวณหาจำนวนรอบที่ทำให้เสียหาย ภายใต้สมมติฐานที่ว่าอัตราเร็วในการหมุนของตะไบคงที่ ทั้งที่ในทางปฏิบัติ ตะไบอาจจะไม่ได้หมุนด้วยอัตราเร็วคงที่เสมอไป นอกจากนี้ ในวิทยานิพนธ์ ก็ได้มีการตรวจสอบความน่าเชื่อถือหรือการใช้งานได้ของชุดทดสอบที่ถูกพัฒนาขึ้นมาในแง่มุมต่าง ๆ ผ่านการนำไปทดสอบกับชิ้นงานจริง โดยตะไบรุ่น Zenflex จำนวน 100 ชิ้น ได้ถูกนำไปทดสอบในคลองรากฟันเทียมทั้งหมด 5 รูปร่างที่มีรัศมีความโค้งและมุมโค้งแตกต่างกัน ณ อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิร่างกาย ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่า ชุดทดสอบสามารถทำให้ตะไบเสียหายจากความล้าดัดได้ เนื่องจากบนพื้นผิวแตกหักและด้านข้างจุดแตกหักพบลักษณะที่เป็นเอกลักษณ์ของกลไกการเสียหายล้า แต่ไม่พบร่องรอยจากการเสียหายบิด และชุดทดสอบก็สามารถควบคุมให้ตะไบแตกหักที่ตำแหน่งใกล้เคียงกันได้ ไม่ว่าตะไบเหล่านั้นจะถูกทดสอบภายใต้เงื่อนไขใด เนื่องจากตะไบส่วนที่หักมีความยาวใกล้เคียงกันทั้งหมดและใกล้เคียงกับค่าที่ออกแบบไว้ ส่วนแนวโน้มของจำนวนรอบที่ทำให้เสียหายเมื่อแปรค่าตัวแปรต่าง ๆ ในการทดสอบไป ก็มีความสอดคล้องกับแนวโน้มเดียวกันจากงานวิจัยที่ผ่านมา จึงอาจกล่าวได้ว่า ชุดทดสอบมีความน่าเชื่อถือเพียงพอ ในฐานะชุดทดสอบความล้าดัดสำหรับตะไบ นอกจากนี้ จำนวนรอบที่ทำให้เสียหายจากชุดทดสอบหลัก ก็ได้ถูกนำมาเปรียบเทียบกับจำนวนรอบที่ทำให้เสียหายที่คำนวณได้จากวิธีดั้งเดิม โดยข้อมูลที่นำมาคำนวณจะถูกเก็บควบคู่ไปกับการทดสอบหลัก ซึ่งผลปรากฏว่า จำนวนรอบที่ทำให้เสียหายจากวิธีดั้งเดิมมีค่าสูงกว่าจำนวนรอบที่ทำให้เสียหายจากชุดทดสอบหลักที่วัดรอบที่ตะไบหมุนได้โดยตรง

Cold-Formed Steel Strength Predictions For Combined Bending And Torsion, Yu Xia, Robert S. Glauz, Benjamin W. Schafer, Michael Seek, Hannah B. Blum

Engineering Technology Faculty Publications

Locally slender cross-section members, such as cold-formed steel Cee and Zee sections, are susceptible to significant twisting and high warping torsion stresses. Torsion considerations are complicated by whether it is derived as a first-order effect from loading or a second-order effect from instability. The current design for combined bending and torsion interaction has some limitations, including only considering the first yield in torsion and ignoring the cross-section slenderness in torsion. Previous work has derived a simple uniform equation to predict the bimoment capacity and two bimoment strength curves for local and distortional buckling under torsion only. This work is extended …

Temperature Dependence Of Crystal Growth Behavior Of Aln On Ni–Al Using Electromagnetic Levitation And Computer Vision Technique, Benjamin G. Pierce, Ahmad M. Karimi, Roger H. French

Faculty Scholarship

Bulk AlN single crystal has a great demand as a substrate material for AlGaN-based optical and electronic devices such as deep ultraviolet light-emitting diodes and high-power transistors. We have previously proposed a novel solution-growth method using Ni–Al solution with an in-situ observation system for solution growth of AlN crystal using electromagnetic levitation. In this paper, to investigate AlN formation behavior on 40 mol%Al–Ni droplets, two precisely synchronized high-speed cameras from the horizontal and vertical directions were installed. AlN formation behavior was evaluated quantitatively using computer vision image processing techniques. Based on the results, we demonstrated the growth of thick AlN …