Engineering Commons^™

Insights Into The Characterization And Degradation Of Electrospun Polycaprolactone Scaffolds For Tissue Engineering Applications, Caleb B. Wells

Theses and Dissertations

Electrospun polymeric biodegradable scaffolds are essential in tissue engineering, particularly for Engineered Tissue Vascular Grafts (ETVGs), which promise advancements in treating coronary artery disease, peripheral arterial disease, congenital cardiovascular defects, and renal disease. These scaffolds present a solution to issues with autologous graft availability and durability. While large-diameter grafts in low-pressure environments have seen success, small-diameter grafts in high-flow scenarios remain challenging. Understanding polymeric scaffold degradation and behavior during incubation, especially under dynamic mechanical loading, is vital for clinical translation of small-caliber ETVGs.

This research focuses on characterizing the mechanical and microstructural properties of electrospun polycaprolactone (PCL) scaffolds and their …

Kinetic Modeling Of Electrostatic Sieving For Lunar Regolith Beneficiation: Case Studies, Easton Ingram, Emmanuela Amen Eze, Jeffrey Smith, Fateme Rezaei, David Bayless, William Schonberg, Daoru Han

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

A new kinetic particle modeling framework was developed to investigate electrostatic transport of lunar regolith particles with applications to the concept of electrostatic sieving. the new approach is based on kinetic particle dynamics and includes major modules of sampling the particle size distribution, solving electric fields, and tracking motion of charged dust grains. Case studies for a concept of electrostatic sieving were chosen to validate the new model. the simulation achieved similar yields reported in previous works, which served as validation of the model. the new model is computationally efficient and could serve as a design, analysis, and optimization tool.

Progress Of Lisap-Mse: A Concept Of Producing Aluminum In-Situ On The Moon Through Molten Salt Electrolysis, Jacob N. Ortega, David Bayless, Daniel Stutts, Daoru Han, Todd P. Sander, Jeffrey Smith, Fateme Rezaei, William Schonberg

Mechanical and Aerospace Engineering Faculty Research & Creative Works

This paper presents a concept of producing aluminum in-situ on the lunar surface, namely, the Lunar In-Situ Aluminum Production through Molten Salt Electrolysis (LISAP-MSE) method developed at Missouri University of Science and Technology. This paper aims to demonstrate the use of electro-deoxidation to reduce aluminum oxide (i.e., alumina) into aluminum and oxygen gas via electrolysis in a molten salt bath for the production of aluminum on the Moon. It is shown that with a steady supply of hydrogen chloride, this in-situ resource utilization (ISRU) method could supply several necessary materials consumed in the electro-deoxidation process except hydrogen chloride to produce …

Solidification Cracking In Additively Manufactured High Entropy Alloy Nicrcofe With V Or W, Andrew R. Walch

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Recent sustainability efforts have reduced CO2 emissions from electricity generation by increasing operating temperatures and pressures in advanced ultra-supercritical (A-USC) power plants. However, the extreme operating conditions in these A-USC power plants require new high temperature materials. The recent study of nickel-based high-entropy alloys (HEA) represents the latest approach to meet the specifications for A-USC operations. A CALculation PHase Diagram (CALPHAD) driven Bayesian optimization method was used to design the composition of alloys composed of NiCrCoFe with V or W, which were fabricated via wire-based additive manufacturing to enable high throughput development. Although the alloy was designed to minimize solidification …

Heating Capacity And Biocompatibility Of Hybrid Nanoparticles For Magnetic Hyperthermia Treatment, Aline Alexandrina Gomes, Thalita Marcolan Valverde, Vagner De Oliveira Machado, Emanueli Do Nascimento Da Silva, Daniele Alves Fagundes, Fernanda De Paula Oliveira, Erico Freitas, José Domingos Ardisson, José Maria Da Fonte Ferreira, Junnia Alvarenga De Carvalho Oliveira, Eliza Rocha Gomes, Caio Fabrini Rodrigues, Alfredo Miranda De Goes, Rosana Zacarias Domingues, Ângela Leão Andrade

Michigan Tech Publications

Cancer is one of the deadliest diseases worldwide and has been responsible for millions of deaths. However, developing a satisfactory smart multifunctional material combining different strategies to kill cancer cells poses a challenge. This work aims at filling this gap by developing a composite material for cancer treatment through hyperthermia and drug release. With this purpose, magnetic nanoparticles were coated with a polymer matrix consisting of poly (L-co-D,L lactic acid-co-trimethylene carbonate) and a poly(ethylene oxide)–poly(propylene oxide)–poly(ethylene oxide) triblock copolymer. High-resolution transmission electron microscopy and selected area electron diffraction confirmed magnetite to be the only iron oxide in the sample. Cytotoxicity …

Spinel Oxide Enables High-Temperature Self-Lubrication In Superalloys, Zhengyu Zhang, Eitan Hershkovitz, Qi An, Liping Liu, Xiaqing Wang, Zhifei Deng, Garrett Baucom, Wenbo Wang, Jing Zhao, Ziming Xin, Lowell Moore, Yingqi Yao, Md Rezwan Ul Islam, Xin Chen, Bai Cui, Ling Li, Hongliang Xin, Lin Li, Honggyu Kim, Wenjun Cai

Research, Publications & Creative Work

The ability to lubricate and resist wear at temperatures above 600 °C in an oxidative environment remains a significant challenge for metals due to their high-temperature softening, oxidation, and rapid degradation of traditional solid lubricants. Herein, we demonstrate that high-temperature lubricity can be achieved with coefficients of friction (COF) as low as 0.10-0.32 at 600- 900 °C by tailoring surface oxidation in additively-manufactured Inconel superalloy. By integrating high-temperature tribological testing, advanced materials characterization, and computations, we show that the formation of spinel-based oxide layers on superalloy promotes sustained self-lubrication due to their lower shear strength and more negative formation and …

Advancements And Challenges In Additively Manufactured Functionally Graded Materials: A Comprehensive Review, Suhas Alkunte, Ismail Fidan, Vivekanand Naikwadi, Shamil Gudavasov, Mohammad Alshaikh Ali, Mushfig Mahmudov, Seymur Hasanov, Muralimohan Cheepu

Engineering Technology Faculty Publications

This paper thoroughly examines the advancements and challenges in the field of additively manufactured Functionally Graded Materials (FGMs). It delves into conceptual approaches for FGM design, various manufacturing techniques, and the materials employed in their fabrication using additive manufacturing (AM) technologies. This paper explores the applications of FGMs in diverse fields, including structural engineering, automotive, biomedical engineering, soft robotics, electronics, 4D printing, and metamaterials. Critical issues and challenges associated with FGMs are meticulously analyzed, addressing concerns related to production and performance. Moreover, this paper forecasts future trends in FGM development, highlighting potential impacts on diverse industries. The concluding section summarizes …

Influence Of Nanofiller Surface Treatment On Mechanical Properties Of Pyrolyzed Ceramic Nanocomposites, Laxmi Sai Viswanadha, Chenglin Wu, Jeremy Watts, Mohammad Naraghi

Civil, Architectural and Environmental Engineering Faculty Research & Creative Works

The brittleness and limited plastic deformation of ceramics restrict their applications. In this work, the effects of pristine (CNTP), functionalized (CNTOH, CNTCOOH) and silanized MWCNTs on the mechanical properties of Silicon Carbide obtained by pyrolyzing polycarbosilane SMP-10 were studied. Functionalization with 3-glycidoxypropyltrimethoxy was analyzed through dispersion stability, zeta potential, and EDS analyses, revealing increased silicon content and colloidal stability in silanized MWCNTs. However, silanized MWCNTs led to reduced mechanical properties in composites, while untreated MWCNTs (CNTP, CNTOH, CNTCOOH), showed a substantial increase in modulus by 74.2 %, 86.9 %, and 30.5 %, respectively. The observed enhancement in mechanical properties exceeded …

Production Of Glass-To-Metal Seals Using Additive Manufacturing Techniques, Aaron Read

Masters Theses

"Glass-to-metal (GtM) seals are hermetic barriers between glass and metal components, often used in the electronic and vacuum industries. Creating the seals traditionally requires heating all the components to the glass melting temperature, where the glass will flow and bond to the metal. Due to the manufacturing constraints of the individual components and sealing conditions there are geometric and material restrictions. Additive manufacturing techniques were used to make GtM seals to reduce these restrictions.

Hermetic, single pin seals were produced using printed metal shells, by selective laser melting (SLM), and digital light processing (DLP) printed glass preforms. Glass preforms were …

Theoretical Modeling And Experimental Investigation Of Phase Selection During Rapid Solidification Of Alloys, Azeez Aremu Akinbo

Masters Theses

"A novel model, rooted in time-dependent nucleation theory, has been created to explore how rapid solidification affects the extended solubility in metal alloys. This model was used to forecast solubility concerning undercooling in multiple binary aluminum (Al) alloys, and its predictions for both eutectic and peritectic systems closely match experimental data. It was demonstrated that this developed model surpasses the T0 line method, which does not consider the kinetic aspects of nucleation. Furthermore, the model can be extended to ternary and multicomponent phases by assuming that the scarcest element or the slowest diffusing component restricts nucleation. Al-Cu and Al-Cr, vital …

A Novel Magnetorheological Pump Concept For Insulin Delivery, Mohammad Towhidul Islam Rimon

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

Over the past 25 years, awareness of type 1 diabetes has significantly increased, leading to a comprehensive understanding of various aspects, including its genetics, epidemiology, and disease burden. According to the Type 1 Diabetic Index, about 8.7 million people around the world live with this long-term autoimmune disease characterized by insulin deficiency and resultant hyperglycemia. However, the increased availability and utilization of artificial pancreas systems could potentially save 673,000 lives by 2040. Although, the advancement of diabetes technology offers Type 1 diabetic patients more tools to enhance glycemic management and achieve effective outcomes, many patients are still hesitant to adopt …

In-Depth Characterization Of The Selective Oxidation Products Of Hafnium Carbide, Jonathan Allen Scott

Doctoral Dissertations

"Materials capable of withstanding oxidative environments at temperatures >2000°C are necessary for hypersonic applications. Hafnium carbide (HfC) shows a combination of properties that lends itself toward these applications; however, its oxidation behavior is poorly understood. At 1300°C, HfC was found to oxidize via the following mechanism: 1) Initial oxidation of both C and Hf present in the system, 2) Formation of an interconnected pore network, whose size is related to the volume of gases being generated during the oxidation process, 3) Growth of the oxide scale to become sufficiently protective, 4) Formation of an initially amorphous “HfO₂C” at …

Dual Airfoil Testing System, Zifeng Yang, Collin Charvat, Jack Stafford, Kyle Mathews, Logan Kelly

Mechanical and Materials Engineering Faculty Publications

A dual airfoil testing system includes a platform including a frame defining a chamber that is configured to receive a horizontal flow of air for testing a first airfoil and a second airfoil contained in the chamber and a control system including a controller to control a first attack angle stepper motor, a second attack angle stepper motor, at least one gap stepper motor, and at least one stagger stepper motor. The controller is configured to automatically control and adjust the stepper motors to control and adjust the attack angle of the first airfoil, the attack angle of the second …

Probiotics-Encapsulated Hydrogel Beadsfor Functional Food Applications, Korlid Thinkohkaew

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

The growing application of probiotics in functional food products has highlighted the need to preserve their viability and stability throughout gastrointestinal transit and storage. This study aims to address these issues by developing and optimizing biopolymer-based hydrogel beads using a vibrational nozzle-assisted ionic gelation method. Initially, probiotics were encapsulated in chitosan-coated alginate/gellan gum microcapsules using a vibrational nozzle-assisted ionic gelation method. The encapsulation process was optimized via response surface methodology, achieving high encapsulation efficiency (97.35%) under optimal conditions (0.6% gellan gum, 1.61% CaCl2, and a flow rate of 9.84 mL/min). The optimized microcapsules demonstrated strong tolerance to simulated gastric fluid …

การสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงโรเดียมโครเมียมออกไซด์/กราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์สำหรับการสลายสารมลพิษอินทรีย์และการผลิตไฮโดรเจน, ศุภาพิชญ์ ทวีผลสมเกียรติ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อพัฒนาประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์ โดยการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมกลุ่มโลหะมีสกุลโรเดียมโครเมียมออกไซด์ (RhCrOx/g-C3N4) เพื่อใช้ในกระบวนการย่อยสลายสารมลพิษอินทรีย์ ซึ่งคือสีย้อมโรดามีนบี และกระบวนการผลิตไฮโดรเจนจากปฏิกิริยาแยกน้ำ โดยใช้วิธีการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงด้วยวิธีการแพร่ซึมและเผาแคลไซน์ร่วมที่อุณหภูมิ 350 องศาเซลเซียส ในงานวิจัยนี้ได้ศึกษาบทบาทของตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม RhCrOx ได้แก่ ปริมาณของตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมและชนิดของตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม ต่อประสิทธิภาพในการเกิดกระบวนการเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงภายใต้การฉายแสงที่ตามองเห็น จากการศึกษาพบว่า การเติมตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพในการสลายสีย้อมโรดามีนบีได้ โดยตัวอย่างของ g-C3N4 ที่มีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม RhCrOx และ RhOx ให้ประสิทธิภาพในการสลายสีย้อมสูงที่สุด โดยมีประสิทธิภาพในการสลายสีย้อมใกล้เคียงกัน แต่การเติมตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม CrOx เพียงชนิดเดียวให้ประสิทธิภาพในการสลายสีย้อมต่ำที่สุด และเมื่อเพิ่มปริมาณของตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม RhCrOx ในการสังเคราะห์ พบว่าจะทำให้มีประสิทธิภาพในการสลายสีย้อมเพิ่มขึ้นด้วย ภายใต้การฉายแสงที่ตามองเห็นในระยะเวลา 10 นาที ตัวอย่างของ RhCrOx/g-C3N4 ที่มีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม 0.30% โดยน้ำหนัก ให้ประสิทธิภาพในการสลายสีย้อมสูงถึง 93.82% เมื่อเทียบกับ g-C3N4 ที่ไม่มีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมที่มีประสิทธิการสลายสีย้อมเพียง 65.69% และจากการศึกษากลไกการสลายสีย้อมโรดามีนบีด้วยการทดสอบการดักจับสารอนุมูล พบว่าสารอนุมูลที่มีบทบาทในการสลายสีย้อมโรดามีนบี ได้แก่ ซูเปอร์ออกไซด์แอนไอออน (O2•-) นอกจากนั้น การศึกษาประสิทธิภาพการผลิตไฮโดรเจนจากการกระบวนการแยกน้ำ โดยมีการเติมสารเอื้อให้เกิดปฏิกิริยา TEOA พบว่าตัวอย่างของ g-C3N4 ไม่ทำให้เกิดการผลิตไฮโดรเจน เช่นเดียวกับตัวอย่างของ CrOx/g-C3N4 แต่สำหรับตัวอย่าง RhOx/g-C3N4 สามารถเกิดปฏิกิริยาการผลิตไฮโดรเจนได้ และการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา RhCrOx/g-C3N4 จะให้ประสิทธิภาพในการผลิตไฮโดรเจนสูงที่สุด โดยเมื่อเพิ่มปริมาณของ RhCrOx ในการสังเคราะห์ขึ้น จะทำให้มีประสิทธิภาพในการผลิตไฮโดรเจนสูงขึ้นด้วย โดยจะมีค่าสูงที่สุดเมื่อใช้ปริมาณของ RhCrOx เท่ากับ 0.40% โดยน้ำหนัก มีอัตราการผลิตไฮโดรเจนเท่ากับ 886.19 ไมโครโมลต่อกรัมต่อชั่วโมง จากผลการศึกษาทำให้สามารถระบุได้ว่า การเติมตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม RhCrOx สามารถพัฒนาประสิทธิภาพการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาของ g-C3N4 ได้ โดยทำให้อัตรารวมกันของอิเล็กตรอนและโฮลลดลง และในปฏิกิริยาแยกน้ำ แม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม CrOx จะไม่สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาการผลิตไฮโดรเจนได้โดยตรง มีบทบาทสำคัญในการยับยั้งการรวมตัวกลับของน้ำเมื่อใช้ร่วมกับ RhOx ทำให้มีประสิทธิภาพในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนสูงขึ้น

ผลของสีสะท้อนความร้อนแสงอาทิตย์ต่ออุณหภูมิของอาคารที่ทำด้วยวัสดุเปเปอร์กรีต, พศวัต นิมิตชัยกิจกุล

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ในงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาสมบัติทางความร้อนของเปเปอร์กรีตที่เตรียมจากเศษกระดาษฉลาก โดยเทียบกับคอนกรีตและไฟเบอร์ซีเมนต์ อีกทั้งยังศึกษาสมบัติทางความร้อนของสีทาบ้านอะคริลิคสะท้อนความร้อนทั้ง 3 ยี่ห้อ ได้แก่ TOA Beger และ Captain เพื่อการใช้เปเปอร์กรีตเป็นวัสดุทางเลือกแทนหลังคาคอนกรีต ผลวิเคราะห์การสะท้อนแสงในช่วงอินฟราเรดย่านใกล้ พบว่าเปเปอร์กรีตมีค่าการสะท้อนแสงอยู่ที่ 58.66% ซึ่งใกล้เคียงกับคอนกรีต และไฟเบอร์ซีเมนต์ซึ่งมีค่าอยู่ที่ 64.95% และ 58.20% ตามลำดับ สี Captain Beger และ TOA มีค่าการสะท้อนแสงอยู่ที่ 17.55% 16.33% และ 7.31% ตามลำดับ ซึ่งมีค่าต่ำกว่าเปเปอร์กรีต ในการวิเคราะห์การนำความร้อนพบว่าเปเปอร์กรีตมีค่าการนำความร้อนสูงที่สุด รองลงมาเป็นคอนกรีตและไฟเบอร์ซีเมนต์ ตามลำดับ โดยมีการนำความร้อนอยู่ที่ 0.825 0.768 และ 0.216 W/m·K ตามลำดับ ส่วนของสีทาบ้านสะท้อนความร้อนพบว่าสี TOA มีค่าการนำความร้อนมากที่สุด รองลงมาเป็น Beger และ Captain ตามลำดับ โดยมีค่าการนำความร้อนอยู่ที่ 0.470 0.315 และ 0.175 W/m·K ตามลำดับ ในการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของสีสะท้อนความร้อนทั้ง 3 ยี่ห้อพบว่าล้วนมีองค์ประกอบหลัก ๆ ที่เหมือนกันนั่นคือ แคลไซต์หรือแคลเซียมคาร์บอเนต และรูไทล์หรือไทเทเนียมไดออกไซด์ โดยที่สีของ Captain มีปริมาณไทเทเนียมไดออกไซด์มากที่สุด ซึ่งสอดคล้องกับค่าการสะท้อนแสงที่มากที่สุด และค่าการนำความร้อนต่ำที่สุด เมื่อทำการตรวจสอบอุณหภูมิของอาคารจำลองบริเวณกลางห้องพบว่า เปเปอร์กรีตมีอุณหภูมิสูงกว่าคอนกรีต 2-3 °C และสูงกว่าไฟเบอร์ซีเมนต์ 1 °C นอกจากนี้เมื่อทำการทาสีของ Captain ลงบนอาคารจำลองเปเปอร์กรีตและไฟเบอร์ซีเมนต์ พบว่าอุณหภูมิของอาคารจำลองทุกบริเวณเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน จากการวิเคราะห์ค่าสี CIE พบว่า คอนกรีตมีความสว่างที่สุด และในสีทั้ง 3 ยี่ห้อสี Beger มีความสว่างที่สุดในสีทั้ง 3 ยี่ห้อ

ผลกระทบของการอบอ่อนซ้ำระหว่างอุณหภูมิวิกฤตต่อโครงสร้างจุลภาค และคุณสมบัติทางกลของเหล็กกล้าดูอัลเฟส, วิชยุตม์ ชูเมือง

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ในการศึกษานี้ ได้มีการประยุกต์การอบอ่อนซ้ำระหว่างอุณหภูมิวิกฤตเพื่อปรับเปลี่ยนสมบัติทางกลของเหล็กกล้าดูอัลเฟสที่มีส่วนผสม 0.107%C-2.39%Mn-0.453%Si ผลการอบอ่อนซ้ำระหว่างอุณหภูมิวิกฤต (IC2) ถูกตรวจสอบโดยการสังเกตโครงสร้างจุลภาค การทดสอบแรงดึงและการทดสอบความแข็งแบบวิกเกอร์ แล้วจึงเปรียบเทียบผลกับชิ้นงานที่อบอ่อนระหว่างอุณหภูมิวิกฤตครั้งเดียว (IC1) โดยพบว่าการเพิ่มอุณหภูมิการอบอ่อนระหว่างอุณหภูมิวิกฤตส่งผลให้ความเค้นคราก ความต้านทานแรงดึง และความแข็งเพิ่มขึ้นในขณะที่ความเหนียวลดลงเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของปริมาณมาร์เทนไซต์เป็นหลัก หลังจาก IC2 ส่งผลให้ชิ้นงานมีขนาดเกรนเฟร์ไรต์และปริมาณมาร์เทนไซต์ลดลงเล็กน้อย และจากผลการทดสอบแรงดึงพบว่า IC2 สามารถเพิ่มความเหนียวโดยไม่ส่งผลให้ความแข็งแรงลดลงอย่างมีนัยสำคัญ จากผลลัพธ์ที่ได้บ่งบอกว่าสามารถใช้วิธีการอบอ่อนซ้ำระหว่างอุณหภูมิวิกฤต เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของเหล็กกล้าดูอัลเฟสได้ โดยไม่เพิ่มความซับซ้อนให้กับกระบวนการผลิตมากเกินไป

Fabrication Of Smooth Sac305 Thin Film Via Magnetron Sputtering, M. Ojha, A. A. Elmustafa

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

SAC305 (96.5 wt% Sn, 3 wt% Ag, 0.5 wt%Cu) solder is increasingly becoming popular due to its reliability good characteristics and performance in addition to the environmental concerns and regulations that restrict the use of lead in nano/microelectronic products. In nano/microelectronics, manufacturing smooth solder coatings free of defects such as voids and cracks, which can compromise joint reliability is crucial. Magnetron sputtering offers a high degree of control over film thickness and composition, resulting in films with excellent uniformity and adhesion. Despite these advantages, fabricating continuous and robust SAC305 films using magnetron sputtering remains a difficult task with limited research …

A Comprehensive Review Of Piezoelectric Ultrasonic Motors: Classifications, Characterization, Fabrication, Applications, And Future Challenges, Sidra Naz, Tian-Bing Xu

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

Piezoelectric ultrasonic motors (USMs) are actuators that use ultrasonic frequency piezoelectric vibration-generated waves to transform electrical energy into rotary or translating motion. USMs receive more attention because they offer distinct qualities over traditional magnet-coil-based motors, such as miniaturization, great accuracy, speed, non-magnetic nature, silent operation, straightforward construction, broad temperature operations, and adaptability. This review study focuses on the principle of USMs and their classifications, characterization, fabrication methods, applications, and future challenges. Firstly, the classifications of USMs, especially, standing-wave, traveling-wave, hybrid-mode, and multi-degree-of-freedom USMs, are summarized, and their respective functioning principles are explained. Secondly, finite element modeling analysis for design and …

Solvent-Free Manufacturing Of Lithium-Ion Battery Electrodes Via Cold Plasma, Zhiming Liang, Tianyi Li, Holden Chi, Joseph Ziegelbauer, Kai Sun, Ming Wang, Wei Zhang, Tuo Liu, Yang-Tse Cheng, Zonghai Chen, Xiaohong Gayden, Chunmei Ban

Chemical and Materials Engineering Faculty Publications

Slurry casting has been used to fabricate lithium-ion battery electrodes for decades, which involves toxic and expensive organic solvents followed by high-cost vacuum drying and electrode calendering. This work presents a new manufacturing method using a nonthermal plasma to create inter- particle binding without using any polymeric binding materials, enabling solvent-free manufacturing electrodes with any electrochemistry of choice. The cold-plasma-coating technique enables fabricating electrodes with thickness (>200 lm), high mass loading (>30 mg cm^-2), high peel strength, and the ability to print lithium-ion batteries in an arbitrary geometry. This crosscutting, chemistry agnostic, platform technology would increase energy density, …

Effect Of Resin Bleed Out On Compaction Behavior Of The Fiber Tow Gap Region During Automated Fiber Placement Manufacturing, Von Clyde Jamora, Virginia Rauch, Sergii G. Kravchenko, Oleksandr G. Kravchenko

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

Automated fiber placement is a state-of-the-art manufacturing method which allows for precise control over layup design. However, AFP results in irregular morphology due to fiber tow deposition induced features such as tow gaps and overlaps. Factors such as the squeeze flow and resin bleed out, combined with large non-linear deformation, lead to morphological variability. To understand these complex interacting phenomena, a coupled multiphysics finite element framework was developed to simulate the compaction behavior around fiber tow gap regions, which consists of coupled chemo-rheological and flow-compaction analysis. The compaction analysis incorporated a visco-hyperelastic constitutive model with anisotropic tensorial prepreg viscosity, which …

Parametric Optimization Of Friction Stir Welding Of Aa6061-T6 Samples Using The Copper Donor Stir-Assisted Material Method, Aiman H. Al-Allaq, Joseph Maniscalco, Srinivasa Naik Bhukya, Zhenhua Wu, Abdelmageed Elmustafa

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

This study presents an optimization of the process parameters for the effect of copper (Cu) donor material percentage on the friction stir welding (FSW) of AA6061-T6 alloy. Extensive factorial experiments were conducted to determine the significance of the rotational speed (ω), the transverse speed (v), the interface coefficient of friction (μ), and the Cu donor material percentage in the plunge, left, right, and downstream zones. Design Expert 13 software was used to identify the number of simulation experiments to be conducted using the Abaqus simulation software. From Design Expert 13, which is a thorough multi-objective optimization analysis software, we were …

Effect Of Post-Cured Through Thickness Reinforcement On Disbonding Behavior In Skin-Stringer Configuration, Jimesh D. Bhagatji, Christopher Morris, Yogaraja Sridhar, Bodhisatwa Bhattacharjee, Krishnanand N. Kaipa, Oleksandr G. Kravchenko

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

An experimental investigation of interlaminar toughness for post-cured through-thickness reinforcement (PTTR) skin-stringer sub-element is presented. The improvement in the crack resistance capability of skin-stringer samples was shown through experimental testing and finite element analysis (FEA) modeling. The performance of PTTR was evaluated on a pristine and initial-disbond of the skin-stringer specimen. A macro-scale pin-spring modeling approach was employed in FEA using a non-linear spring to capture the pin failure under the mixed-mode load. The experimental results showed a 15.5% and 20.9% increase in strength for the pristine-PTTR and initial-disbond PTTR specimens, respectively. The modeling approach accurately represents the overall structural …

A Review On Biochar As An Adsorbent For Pb(Ii) Removal From Water, Pushpita Kumkum, Sandeep Kumar

Civil & Environmental Engineering Faculty Publications

Heavy metal contamination in drinking water is a growing concern due to its severe health effects on humans. Among the many metals, lead (Pb), which is a toxic and harmful element, has the most widespread global distribution. Pb pollution is a major problem of water pollution in developing countries and nations. The most common sources of lead in drinking water are lead pipes, faucets, and plumbing fixtures. Adsorption is the most efficient method for metal removal, and activated carbon has been used widely in many applications as an effective adsorbent, but its high production costs have created the necessity for …

Mechanisms Of Dendritic Shorting In Lithium Metal Batteries With Li7la3zr2o12 Solid Electrolytes, Lukas Karapin-Springorum

Pomona Senior Theses

Energy storage will play a crucial role in efforts to mitigate the effects of climate change caused by greenhouse gas emissions from human activity. Lithium metal batteries using solid electrolytes like Li₇La₃Zr₂O₁₂ have higher energy density than lithium-ion batteries, which may enable a more rapid and complete electrification of transportation. However, lithium metal batteries suffer from undesirable short-circuiting when metallic lithium deposits connect the two electrodes. It has been debated whether these lithium dendrites generally grow directionally from the anode or are generated by the reduction of lithium ions inside the solid electrolyte, …

B(C₆F₅)₃ Co-Catalyst Promotes Unconventional Halide Abstraction From Grubbs I To Enhance Reactivity And Limit Decomposition, Austin W. Medley, Diya Patel, Calvin Utne, Trandon A. Bender

Chemistry & Biochemistry Faculty Publications

Ruthenium based Grubbs metathesis has become a commonplace reaction for synthetic chemists. Development of new generations of catalysts evolving from Grubbs I (GI) have led to greater stability, functional group compatibility, and superior reactivities. However, these advancements lead to increased costs. To this end, we report here how the addition of the commercially available tris(pentafluorophenyl)borane Lewis acid, which has become a common place catalyst in its own right, leads to enhanced reactivity of GI. Moreover, the increased reactivity arises via halide abstraction rather than traditional phosphine dissociation, providing ring-opening metathesis polymerization products that are divergent from those synthesized without the …

Ultra-Fast Annealing Improves Snr And Long-Term Stability Of A Highly Multiplexed Line-By-Line Fbg Array Inscribed By Femtosecond Laser In A Coreless Fiber For Extreme-Temperature Applications, Farhan Mumtaz, Bohong Zhang, Jeffrey D. Smith, Ronald J. O'Malley, Rex E. Gerald, Jie Huang

Electrical and Computer Engineering Faculty Research & Creative Works

This study reports the fabrication of an 4th-order line-by-line Fiber Bragg Gratings (FBG) array using femtosecond laser inscription within a highly multimode coreless optical fiber, with a particular focus on achieving substantial multiplexing capabilities. An ultra-fast annealing procedure is employed, resulting in an impressive enhancement of the FBG sensor's fringe visibility by approximately 13 dB, signifying a notable improvement of approximately ~4 dB. This substantial enhancement contributes to the long-term stability and performance of the multiplexed FBG array in extreme temperature conditions. The systematic fabrication approach employed for the multiplexed FBG array guarantees a high signal-to-noise ratio (SNR) for each …

Experimental Investigation Of A Viscoelastic Liner To Reduce Under Helmet Overpressures And Shock Wave Reflections, Cody J.H. Thomas, Fatih Dogan, Catherine E. Johnson

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Introduction: Shock wave overpressure exposures can result in blast-induced traumatic brain injury (bTBI) in warfighters. Although combat helmets provide protection against blunt impacts, the protection against blast waves is limited due to the observed high overpressures occurring underneath the helmet. One route to enhance these helmets is by incorporating viscoelastic materials into the helmet designs, reducing pressures imposed on the head. This study aims to further investigate this mitigation technique against under-helmet overpressures by adding a viscoelastic liner to the inside of a combat helmet. Methods: The liner's effectiveness was evaluated by exposing it to free-field blasts of Composition C-4 …

Electrostatic Sorting Of Lunar Regolith Simulants For Sustainable Resource Utilization: Modeling And Characterization Of Particle Size Distribution, Abdullah Al Moinee, Peter Bachle, Kyle Newport, William Schonberg, David Bayless, Jeffrey Smith, Daoru Han, Fateme Rezaei

Civil, Architectural and Environmental Engineering Faculty Research & Creative Works

In pursuit of sustainable resource utilization on the Moon, this paper delves into modeling and characterization of particle size distribution (PSD) of lunar regolith simulants in an electrostatic system. a prototype electrostatic sieve was built and tested with four sample simulants mirroring properties of lunar mare and highland regolith. an alternating four-phase (90 degrees, 180 degrees, 270 degrees, 360 degrees) traveling square-wave was utilized for particle-directed transport to model the diverse trajectories of the particles. Numerically, we scrutinized how the distribution functions of the particles are manifested as the electrostatic field propagates, with a focus on three distinct particle ranges …

The Characterization And Nanomechanical Properties Of Microstructurally Complex Systems, Kerry Ann Baker

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Since the dawn of civilization, the use of metals has played an integral role in the evolution of human society. Over the years, and with the introduction of new engineering and science, we have learned how to combine metals to create new metallic systems. We have expanded our understanding of dealloying and chemical reactions, and, in doing so, we created nanoporous metals. Our use of metals has evolved from basic alloys such as bronze and steel to more complex alloys such as multi-principal element alloys. Nanoporous gold is an advanced metallic system that can be created through the dealloying process. …