Materials Science and Engineering Commons^™

Interlaminar Damage Detection In Composite Materials, Hariharan Rangarajan

Williams Honors College, Honors Research Projects

Using ceramic matrix composites (CMCs) for high-temperature applications in jet engines increases durability and reduces weight and cooling requirements resulting in improved efficiency and fuel savings. Understanding, detecting, and monitoring different types of damage is essential to achieve optimal performance of CMC components. The Direct Current Potential Drop (DCPD) method is a non-destructive technique of estimating damage in composite materials.

DCPD technique works by measuring nodal potential differences when current is flown through the material. Direct current spreading in different woven and laminate composites is modeled to follow a ladder resistor network in which the nodal voltages decrease exponentially as …

Carbon Fiber Monocoque, Dan Brown, Leland Hoffman

Williams Honors College, Honors Research Projects

The University of Akron’s Human Powered Vehicle Team designed a high performing, fully functioning vehicle that is safe, efficient, and practical for the 2018-2019 season. These objectives were the main priorities when it came to the initial stages of designing the vehicle. In addition, the vehicle was designed in accordance with the ASME 2019 Human Powered Vehicle Challenge guidelines to satisfy all the rules and requirements. Additional priorities have been created to teach practical engineering skills and techniques to the students participating in the project through different points in the production process including research, vehicle design, construction, and testing.

The …

Compression Set Improvement Of Thermoplastic Vulcanizates For High Temperature Tubing, Mitchell Valaitis

Williams Honors College, Honors Research Projects

It was hypothesized that increasing the curative level of the fluorocarbon rubber (FKM) used in manufacturing of thermoplastic vulcanizate (TPV) materials would decrease the compression set values of the TPV enough for it to be suitable as a flexible, lightweight alternative to high operating temperature thermoset rubber tubing currently being used for power steering hose. First, promising TPV formulations were identified by varying the polyamide (PA) and FKM used in a Brabender mixer. Four different types of polyamide and four different types of FKM were investigated, with two of the FKM types and one polyamide type identified as being promising. …

Scanning Probe Microscopy Measurements On 2d Materials And Iridates, Armin Ansary

Theses and Dissertations--Physics and Astronomy

In the past two decades, there has been a quest to understand and utilize novel materials such as iridates and two-dimensional (2D) materials. These classes of materials show a lot of interesting properties both in theoretical predictions as well as experimental results. Physical properties of some of these materials have been investigated using scanning probe measurements, along with other techniques.

One-dimensional (1D) catalytic etching was investigated in few-layer hexagonal boron nitride (hBN) films. Etching of hBN was shown to share several similarities with that of graphitic films. As in graphitic films, etch tracks in hBN commenced at film edges and …

Structural Behavior Of Steel Plate Embedded Hybrid Gfrp Shapes, Piyush R. Soti

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

The civil infrastructure industry has been dominated by traditional materials such as steel, timber, and concrete. Although these materials offer great advantages, they have major durability issues in terms of corrosion, decaying, and cracking. Traditional material-based structures deteriorate frequently and require regular-interval repairs with huge expenditures. To resolve these maintenance and durability issues associated with traditional materials, fiber reinforced polymer (FRP) composites have gained some popularity in the past few decades because of their superior mechanical properties and durability. Carbon-FRPs (CFRPs) and glass-FRP (GFRPs) are the most commonly used FRPs in the market. However, in civil engineering applications, CFRPs are …

A Review: Thermal Stability Of Methylammonium Lead Halide Based Perovskite Solar Cells, Tanzila Tasnim Ava, Abdullah Al Mamun, Sylvain Marsillac, Gon Namkoong

Electrical & Computer Engineering Faculty Publications

Perovskite solar cells have achieved photo-conversion efficiencies greater than 20%, making them a promising candidate as an emerging solar cell technology. While perovskite solar cells are expected to eventually compete with existing silicon-based solar cells on the market, their long-term stability has become a major bottleneck. In particular, perovskite films are found to be very sensitive to external factors such as air, UV light, light soaking, thermal stress and others. Among these stressors, light, oxygen and moisture-induced degradation can be slowed by integrating barrier or interface layers within the device architecture. However, the most representative perovskite absorber material, CH_{3 …}

A Multiscale Model Of Protein Adsorption On A Nanoparticle Surface, David Power, Ian Rouse, Stefano Poggio, Erik Brandt, Hender Lopez, Alexander Lyubartsev, Vladimir Lobaskin

Articles

We present a methodology to quantify the essential interactions at the interface between inorganic solid nanoparticles (NPs) and biological molecules. Our model is based on pre-calculation of the repetitive contributions to the interaction from molecular segments, which allows us to efficiently scan a multitude of molecules and rank them by their adsorption affinity. The interaction between the biomolecular fragments and the nanomaterial are evaluated using a systematic coarse-graining scheme starting from all-atom molecular dynamics simulations. The NPs are modelled using a two-layer representation, where the outer layer is parameterized at the atomistic level and the core is treated at the …

Rapid Fabrication Of Silver Nanoparticle/Polydopamine Functionalized Polyester Fibers, Yanfen Zhou, Liang Jiang, Ya Guo, Zhenhua Sun, Zhiqing Jiang, Shaojuan Chen, Jianwei Ma, Stephen Jerrams

Articles

In this paper, silver nanoparticles functionalized poly(ethylene terephthalate) (PET) fibers with antimicrobial activity, electrical conductivity and good coating stability are reported. Firstly, silver plated PET fibers were fabricated by rapid polydopamine (PDA) modification followed by electroless plating. Secondly, the surface morphologies and compositions of PDA modified and silver coated PET fibers were characterized by employing scanning electron microscopy, atomic force microscopy, X-ray diffraction and energy dispersive spectrometry. Finally, the antimicrobial properties and electrical conductivity of the silver plated PET fibers were investigated. The results showed that the silver coated PET fibers exhibited excellent antimicrobial activity to both Escherichia coli and …

Study On Spinnability Of Pp/Pu Blends And Preparation Of Pp/Pu Bi-Component Melt Blown Nonwovens, Yanfen Zhou, Liang Jiang, Huiying Jia, Xiaolu Xing, Zhenhua Sun, Shaojuan Chen, Jianwei Ma, Stephen Jerrams

Articles

Melt blown polymer blends offers a good way to combine two polymers in the same fiber generating nonwovens with new and novel properties. In this study, polypropylene (PP) and polyurethane (PU) were blended to prepare PP/PU bicomponent melt blown nonwovens. The spinnability of PP/PU composites was investigated and PP/PU bi-component nonwovens with compositions of 95/5, 90/10, 80/20 and 70/30 were prepared by using the melt blowing technique. The melt blown fibers exhibited a ‘sea-island’ structure with PP as the continuous phase and PU as the dispersed phase. When the content of PU in the blend was above 40 %, PP/PU …

Melt Property Variation In Gese2-As2se3-Pbse Glass Ceramics For Infrared Gradient Refractive Index (Grin) Applications, Anupama Yadav, Andrew Buff, Myungkoo Kang, Laura Sisken, Charmayne Smith (Lonergan), Jason Lonergan, Cesar Blanco, Michael Antia, Megan Driggers, Andrew Kirk, Clara Rivero-Baleine, Theresa Mayer, Andrew Swisher, Alexej Pogrebnyakov, A. R. Hilton, Greg Whaley

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Melt size-dependent physical property variation is examined in a multicomponent GeSe₂-As₂Se₃-PbSe chalcogenide glass developed for gradient refractive index applications. The impact of melting conditions on small (40 g) prototype laboratory-scale melts extended to commercially relevant melt sizes (1.325 kg) have been studied and the role of thermal history variation on physical and optical property evolution in parent glass, the glass' crystallization behavior and post heat-treated glass ceramics, is quantified. As-melted glass morphology, optical homogeneity and heat treatment-induced microstructure following a fixed, two-step nucleation and growth protocol exhibit marked variation with melt size. These attributes …

Microstructural Evaluation Of Aluminium Alloy A365 T6 In Machining Operation, Bankole I. Oladapo, S. Abolfazl Zahedi, Francis T. Omigbodun, Edwin A. Oshin, Victor A. Adebiyi, Olaoluwa B. Malachi

Electrical & Computer Engineering Faculty Publications

The optimum cutting parameters such as cutting depth, feed rate, cutting speed and magnitude of the cutting force for A356 T6 was determined concerning the microstructural detail of the material. Novel test analyses were carried out, which include mechanical evaluation of the materials for density, glass transition temperature, tensile and compression stress, frequency analysis and optimisation as well as the functional analytic behaviour of the samples. The further analytical structure of the particle was performed, evaluating the surface luminance structure and the profile structure. The cross-sectional filter profile of the sample was extracted, and analyses of Firestone curve for the …

Improving Base Metal Electrowinning, Charles Ebenezer Abbey

Doctoral Dissertations

"In zinc electrowinning, Mn oxidizes to form MnO₂ on Pb-Ag anodes, cell walls and pipes. MnO₂ reduces anode corrosion but also leads to short circuits and maintenance issues. MnO₂ is thought to interact with chloride ions and produce oxidized chlorine species. The interactions between Mn and Cl are not well understood. Bench scale experiments were conducted to investigate the effects of the manganese to chloride ratio on anode corrosion rate and electrolyte chemistry using rolled Pb-Ag anodes. Increasing the average Mn/Cl^- ratio from ~7:1 to ~11:1 reduced the anode corrosion rate. Anode scales produced with Mn/Cl …

Nanomorphology Dependent Optical And Mechanical Properties Of Aerogels, Chandana Mandal

Doctoral Dissertations

"Aerogels are very low density, light weight open pore materials. A hypothesis that is under intense current investigation by the scientific community states that the mechanical properties of nanostructured polymers depend on their nanomorphology. Aerogels are nanostructured ultra-lightweight nanoporous materials with skeletal frameworks that can display a wide range of nanomorphologies. Thereby aerogels comprise a suitable platform for testing not only that hypothesis but also a wide range of other properties such as light scattering for applications, for example, in thermally insulating windows.

To study the mechanical properties of nanostructured matter as a function of nanomorphology, various shape-memory polyurethane aerogels …

Development And Characterization Of Nanostructured Steels And High Entropy Alloys For Nuclear Applications, Andrew Kalevi Hoffman

Doctoral Dissertations

"Nuclear reactor materials are subjected to a harsh environment including high temperatures and radiation fluences. In order to extend the lifetime of current light water reactors (LWRs) and realize the development of advanced Gen IV nuclear reactors new materials must be developed which can withstand such an environment. This thesis involves two approaches to solving this materials problem: advanced manufacturing of current commercial alloys using severe plastic deformation (SPD) and the development of new advanced high entropy alloys (HEAs).

Because SPD is effective at achieving grain refinement, this technique was used to obtain material having a high volume fraction of …

Molecular Dynamics Study Of Creep Deformation In Nickel-Based Superalloy, Sabila Kader Pinky

Graduate Theses/Dissertations

The present study employs molecular dynamics simulations of Ni-based superalloy to investigate the creep behavior under uniaxial compression test. Dislocation dynamics is analyzed for the nickel-based single crystal superalloy with the presence of void and with varying the distribution of gamma-prime phase The results show that multiple-void systems are more prone to yield than single-void systems and single-void systems are more prone to yield than the system without void. From the simulations, it has been determined that the creep mechanism in Ni/Ni3Al is subject to change on the applied stress depending on the distribution of gamma-prime phases change. Dislocation behavior …

Effect Of Zirconium On Physical Properties And Corrosion Resistance Of Chromium And Chromium Nitride Films, Kumpon Leelaruedee

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Corrosion is a common phenomenon which usually undergoes on metal surface leading to structural failure. Consequently, this topic has attracted many researchers to look for ways to prevent corrosion and extend lifetime of service. Coating with chromium (Cr) or chromium nitride (CrN) is the one popular technique, given the high corrosion resistance and obviating whole part replacement. However, the conventional film’s properties might not provide enough resistance for using in some severe environments. Tailoring structure to amorphous is usually considered for improve corrosion resistance. Thin amorphous featureless of CrZr-film was successfully fabricated by magnetron co-sputtering. The suitable composition (46 %at.Zr) …

Preparation Of Ag-Cnts And Ag-Graphene Nanocomposite And Their Combination With Mno2 Bath Deposition For Flexible Supercapacitor Development., Norawich Keawploy

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Nowadays, researchers have made great efforts on the development of flexible and light weight energy storage devices for their practical applications and the advancement of modern electronic devices. Owing to the promising feathers of high specific power, high rate capability, and long-term cycling life, the supercapacitors (SCs) are considered as highly suitable for various flexible applications. In general, the carbon-based nanomaterials such as carbon nanotubes and graphene nanosheets, exhibit good supercapacitor performance. Manganese dioxide (MnO2) are widely studied for pseudocapacitors owing to their high specific capacitance, high power, and energy density. Thus, MnO2 was applied to increase the supercapacitor performance …

ผลของการเติมแอลคาไลซิลิเกตที่มีต่อการเผาผนึกแบบมีเฟสของเหลวของเซรามิกอะลูมินาที่ขึ้นรูปด้วยวิธีการอัดรีด, กัญญภัค ศิริไพศาลทวี

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มุ่งเน้นที่จะศึกษาผลของการเติมแอลคาไลซิลิเกตที่มีต่อการเผาผนึกแบบมีเฟสของเหลวของเซรามิกอะลูมินาเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์อะลูมินาที่มีประสิทธิภาพสูง แอลคาไลซิลิเกตที่ละลายน้ำได้ถูกนำมาใช้ในการขึ้นรูปแบบพลาสติกของชิ้นงานอะลูมินา และเกิดการเผาผนึกแบบมีเฟสของเหลวเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์อะลูมินาที่ผ่านการเผาแล้วที่มีความแข็งแรงสูง ปริมาณอะลูมินาสูง และการดูดซึมน้ำต่ำ วิธีการศึกษาประกอบด้วยการผสมสารละลายตัวเชื่อมประสานเข้ากับสารละลายโซเดียมซิลิเกตและโพแทสเซียมซิลิเกตปริมาณ 0-20 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ซึ่งใช้เป็นสารตัวเติมในการเผาผนึกแบบมีเฟสของเหลว แมกนีเซียมคาร์บอเนตปริมาณ 0-1 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ที่ใช้เป็นสารยับยั้งการเติบโตของเกรนเติมเข้าไปในส่วนผสมของเหลวและตามด้วยผงอะลูมินา นวดส่วนผสมเข้าด้วยกันจนสม่ำเสมอจนได้เป็นเนื้อดินปั้น ชิ้นงานอะลูมินาที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มิลลเิมตร ได้จากการขึ้นรูปด้วยการอัดรีด จากนั้นจึงอบแห้งที่อุณหภูมิ 110 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 24 ชั่วโมง และเผาผนึกที่ 1600 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 2 ชั่วโมง ผลการศึกษาพบว่าการเติมสารตัวเติมในการเผาผนึกแบบมีเฟสของเหลวได้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นของชิ้นงานหลังการเผาผนึกในขณะที่การดูดซึมน้ำมีค่าลดลง ผลิตภัณฑ์อะลูมินาที่มีค่าการดูดซึมน้ำต่ำถึง 0.19 เปอร์เซ็นต์ สามารถเตรียมได้มาจากเทคนิคการขึ้นรูปด้วยการอัดรีดด้วยการเติมแมกนีเซียมคาร์บอเนต 0.5 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก และ โซเดียมซิลิเกต 10 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก

การควบคุมพฤติกรรมการเปลี่ยนสีของวัสดุเชิงประกอบระดับนาโนเมตรพอลิไดแอเซทิลีน/ซิงก์(Ii)ไอออน/ซิลิกา โดยการปรับเปลี่ยนค่าพีเอช, ชนะชล แก้วลิ่น

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้นำเสนอวิธีการเตรียมวัสดุเชิงประกอบชนิดใหม่ของพอลิไดแอเซทิลีนเวสิเคิลกับอนุภาคนาโนซิลกาโดยมีการเติมซิงก์(II)ไอออนร่วมด้วย และทำการปรับเปลี่ยนค่าพีเอชในการเตรียม สำหรับประยุกต์ในเทคโนโลยีด้านการตรวจวัด โดยใช้ปริมาณอนุภาคนาโนซิลิการ้อยละ 10 โดยน้ำหนักของไดแอเซทิลีนมอนอเมอร์ 10,12-เพนตะโคซะไดอิโนอิกแอซิด อนุภาคนาโนซิลิกาและซิงก์(II)ไอออนในวัสดุเชิงประกอบจะทำหน้าที่เป็นซับสเตรตให้ไดแอเซทิลีนมอนอเมอร์ยึดเกาะและจัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบ เมื่อทำการฉายแสงยูวีเพื่อให้เกิดกระบวนการพอลิเมอไรเซชันจะเกิดเป็นวัสดุเชิงประกอบระดับนาโนเมตรพอลิไดแอ เซทิลีน/ซิงก์(II)ไอออน/ซิลิกา ที่มีสีน้ำเงินได้และเมื่อศึกษาพฤติกรรมการตอบสนองโดยการเปลี่ยนสีเมื่อได้รับการกระตุ้นจากอุณหภูมิ ความเป็นกรด – เบส กรดและเบสอินทรีย์ พบว่าวัสดุเชิงประกอบมีพฤติกรรมการเปลี่ยนสีที่แตกต่างไปจากพอลิไดแอเซทิลีน/ซิลิกา อย่างมาก ในขณะที่ฟิล์มพอลิไดแอเซทิลีน/ซิลิกา เกิดการเปลี่ยนสีแบบผันกลับไม่ได้ โดยเปลี่ยนเป็นสีแดงที่อุณหภูมิประมาณ 60 องศาเซลเซียส ฟิล์มวัสดุเชิงประกอบพอลิไดแอเซทิลีน/ซิงก์(II)ไอออน/ซิลิกาจะเกิดการเปลี่ยนสีเป็น 2 ระดับเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น คือกระบวนการผันกลับได้ในช่วงอุณหภูมิห้องถึง 170 องศาเซลเซียส และเกิดกระบวนการผันกลับไม่ได้ที่อุณหภูมิ 175 องศาเซลเซียสขึ้นไป สำหรับการศึกษาพฤติกรรมการเปลี่ยนสีเมื่อได้รับการกระตุ้นจากความเป็นกรด - เบส พบว่าวัสดุเชิงประกอบระดับนาโนเมตรพอลิไดแอเซทิลีน/ซิงก์(II)ไอออน/ซิลิกา เปลี่ยนจากสีน้ำเงินเป็นสีม่วงที่ค่าพีเอชประมาณ 3.04 และ 11.98 ตามลำดับ และเมื่อทำการศึกษาการตอบสนองต่อกรดและเบสอินทรีย์พบว่าวัสดุเชิงประกอบระดับนาโนเมตรพอลิไดแอเซทิลีน/ซิงก์(II)ไอออน/ซิลิกา สามารถตอบสนองโดยการเปลี่ยนสีกับกรดซาลิซิลิกและออกทิลเอมีนได้

การย้อมสีและการเพิ่มสมบัติต้านแบคทีเรียแก่เส้นด้ายไหมโดยการเคลือบด้วยอนุภาคนาโนซิลเวอร์และไททาเนีย, ชนิกานต์ มูลรัตน์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้ทำการศึกษาการเตรียมอนุภาคนาโนซิลเวอร์ในรูปแบบคอลลอยด์หลากสีและหาสภาวะที่เหมาะสมในการนำไปย้อมสีและเพิ่มสมบัติต้านแบคทีเรียแก่เส้นด้ายไหม จากนั้นศึกษาผลของการเติมไททาเนียต่อสมบัติต่างๆของเส้นไหม โดยอนุภาคนาโนซิลเวอร์สังเคราะห์ได้จากกระบวนการเคมีรีดักชัน ที่มีโซเดียมบอโรไฮไดรด์เป็นตัวรีดิวซ์ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นตัวออกซิไดซ์ และไตรโซเดียมซิเตรตเป็นตัวป้องกันหน้าผลึก {111} ของอนุภาค ซึ่งการเติมปริมาณโซเดียมบอโรไฮไดรด์ที่แตกต่างกัน ทำให้ได้ซิลเวอร์คอลลอยด์สีสันหลากหลาย เนื่องจากอนุภาคนาโนซิลเวอร์ที่ได้มีขนาดหรือรูปร่างที่แตกต่างกัน จากการศึกษาพบว่าสภาวะที่เหมาะสมต่อการเคลือบเส้นด้ายไหมด้วยอนุภาคนาโนซิลเวอร์และไททาเนีย คือที่ซิลเวอร์คอลลอยด์ทมีค่าความเป็นกรด - ด่างเท่ากับ 5 อัตราส่วนระหว่างปริมาณคอลลอยด์ต่อน้ำหนักเส้นด้ายไหมต่อน้ำหนักไททาเนีย (P25) คือ 200:1:0.05 โดยเส้นด้ายไหมถูกแช่ในซิลเวอร์คอลลอยด์ที่มีการเติมไททาเนียเป็นเวลา 45 นาที ณ อุณหภูมิห้อง นำเส้นด้ายไหมที่เคลือบด้วยอนุภาคนาโนซิลเวอร์และไททาเนียไปผ่านน้ำปราศไอออนเพื่อกำจัดอนุภาคส่วนเกิน แล้วนำไปอบให้แห้งที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 4 ชั่วโมง จากนั้นเคลือบผิวด้วยกรดพอลิอะคริลิกปริมาณร้อยละ 5 ของน้ำหนักเส้นด้ายไหม โดยการแช่เส้นด้ายไหมเป็นเวลา 20 นาทีที่อุณหภูมิอยู่ระหว่าง 30 – 40 องศาเซลเซียส แล้วนำไปบ่มที่อุณหภูมิ 130 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 3 นาที จากผลการทดลอง พบว่าสามารถย้อมสีเส้นด้ายไหมโดยการเคลือบด้วยอนุภาคนาโนซิลเวอร์และไททาเนียได้ ซึ่งเส้นด้ายไหมที่เตรียมได้ดังกล่าวมีความสามารถในการยับยั้งแบคทีเรียชนิด E. coli. และ S. aureus. ได้ดีเยี่ยม ทั้งนี้ไททาเนียช่วยส่งเสริมสมบัติการต้านแบคทีเรียและความสามารถในการป้องกันรังสียูวีแก่เส้นด้ายไหมได้ดี นอกจากนี้การเคลือบด้วยกรดพอลิอะคริลิกจะช่วยเพิ่มความคงทนของสีต่อการซักล้างด้วยน้ำและด้วยน้ำสบู่ให้แก่เส้นด้ายไหมที่เคลือบด้วยอนุภาคนาโนซิลเวอร์และไททาเนีย