Engineering Commons^™

Effect Of Flow Velocity And Geometry On The Signal From A Piezoelectric Flow Rate Sensor, Jad Gerges Aboud

Open Access Theses & Dissertations

.

Development Of Software Tools And Experimental In Situ Electron Spin Resonance For Characterizing The Magnetic And Electrocatalytic Properties Of Transition Metal Chalcogenide Crystals, Jose Armando Delgado

Open Access Theses & Dissertations

Studying the magnetic properties and crystal defects of transition metal chalcogenide crystals is of paramount importance for utilizing them for next generation spintronics devices and hydrogen evolution reaction catalysts. Hydrothermally grown transition metal chalcogenide nanocrystals (MoS2, Ru2S3, Rh2S3, Co2S8) were chosen as catalysts for the hydrogen evolution reaction due to their low dimensionality and previous utilization as catalysts for hydrodesulfurization. The relationship between crystal defect sites and catalytic activity must be discerned to maximize the efficiency of hydrogen production during the hydrogen evolution reaction. ESR spectroscopy was utilized as a spin sensitive technique to study the defects and local changes …

Open-Ended Capstone Project: Designing And Manufacturing Of A Low-Cost Carbon Fiber Reinforced Composite Suborbital Rocket Payload Housing Using A 3d Printed Core, Garam Kim, Sergey Dubikovsky, Peng Hao Wang, Ronald Sterkenburg

International Journal of Aviation, Aeronautics, and Aerospace

Composite materials are utilized in many industries today due to its high performance and lightweight. However, the part manufacturing process of traditional composites is complicated and often involves high cost. The molds used for composite manufacturing are usually one of the contributors to the high part manufacturing cost. The authors demonstrated in this paper a manufacturing process for a carbon fiber reinforced composite rocket payload housing using an additively manufactured polylactic acid (PLA) payload housing core. The paper also demonstrates the designing and manufacturing of a functional product, which was used in a real-life application, achieved by college undergraduate students. …

การยับยั้งการก่อตัวของเดนไดรต์ของขั้วสังกะสีแอโนดโดยการเติมกราฟีนออกไซด์ในอิเล็กโทรไลต์สำหรับแบตเตอร์รี่ที่ชาร์จไฟได้ชนิดซิงค์ไอออน, จัฟนี อับดุลลา

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

แบตเตอรี่ซิงค์-ไอออนแบบชาร์จไฟได้ (ZIBs) กำลังได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากสังกะสีเป็นธาตุที่อุดมสมบูรณ์มาก ซึ่งกระจายไปทั่วโลกและมีราคาถูกกว่าธาตุอื่นๆ ที่ใช้เป็นอิเล็กโทรดในแบตเตอรี่ ทำให้ ZIB มีต้นทุนต่ำและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ปัญหาประการหนึ่งคือการก่อตัวของเดนไดรต์สังกะสี (Zinc dendrites) บนแอโนดของสังกะสีในระหว่างกระบวนการประจุ/การคายประจุ (Charge/discharge process) ด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จึงลดลง นำไปสู่ปัญหาด้านความปลอดภัยที่ร้ายแรงเนื่องจากเกิดไฟฟ้าลัดวงจร วิทยานิพนธ์นี้อธิบายการเพิ่มอนุภาคกราฟีนออกไซด์ที่เป็นของแข็ง (GO) ลงในอิเล็กโทรไลต์ใน ZIB ทำหน้าที่เป็นสารเติมแต่งของแข็ง (Solid additive) เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานอันเป็นผลมาจากการยับยั้งการโตของเดนไดรต์สังกะสีบนพื้นผิวแอโนดสังกะสี เมื่อทดสอบโปรไฟล์แรงดันไฟฟ้า (Voltage profiles) พบว่าความต่างศักย์เกิน (Overpotential) ของแบตเตอรี่ที่ไม่มีสารเติมแต่งของแข็ง GO นั้นสูงกว่าแบตเตอรี่ที่มีสารเติมแต่งของแข็ง GO และแบตเตอรี่ที่มีสารเติมแต่งของแข็ง GO ให้อายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้นห้าเท่าภายใต้ความหนาแน่นกระแส 1 mA cm- 2 หลังจากการใช้งานสามารถพบเดนไดรต์สังกะสีในแบตเตอรี่ที่ไม่มีสารเติมแต่ง GO เนื่องจากสนามไฟฟ้าในพื้นที่บนผิวแอโนดสังกะสี GO สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่คูลอมบิก (99.16%) ได้อย่างน่าทึ่ง ผ่านการทำให้ลักษณะการชุบ/ปอกสังกะสีมีเสถียรภาพ (Zn plating/stripping process) และส่งเสริมในการเกิดนิวเคลียสของ Zn2+ ดังนั้น แบตเตอรี่ที่มี GO แสดงการเพิ่มประสิทธิภาพที่โดดเด่นในด้านอัตราและความสามารถในการใช้งานเมื่อเทียบกับอิเล็กโทรไลต์ที่ปราศจากสารเติมแต่ง GO อิเล็กโทรไลต์ไฮบริดที่มีอนุภาคของแข็งจึงเป็นจุดเริ่มต้นของการออกแบบแบตเตอรี่ซิงค์ไอออนขั้นสูงต่อไปในอนาคต

การศึกษาเชิงเปรียบเทียบของกระบวนการเตรียมผิวและการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าบนอะคริโลไนไตรล์-บิวทาไดอีน-สไตรีนและพอลิแลคติคแอซิด, วริณธร ศรีสุพรวิชัย

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

เนื่องด้วยอุตสาหกรรมต่าง ๆ มีความต้องการผลิตภัณฑ์จากการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าลงบนพลาสติกที่สูงขึ้น ด้วยเหตุที่สามารถลดน้ำหนักและต้นทุนของผลิตภัณฑ์ได้ แต่การศึกษาและพัฒนาวิธีการเตรียมผิวเพื่อชุบโลหะด้วยไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพยังคงมีข้อจำกัดและสามารถใช้ได้กับพอลิเมอร์ชนิด ABS (อะคริโลไนไตรล์-บิวทาไดอีน-สไตรีน) เท่านั้น ซึ่ง ABS เป็นพอลิเมอร์ชนิดที่ไม่สามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติ ในขณะที่สังคมต่าง ๆ มีความตระหนักต่อสิ่งแวดล้อมมากยิ่งขึ้น จึงทำให้มีแนวโน้มการใช้งานพอลิเมอร์ชีวภาพที่สามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติสูงขึ้น โดย PLA (พอลิแลคติคแอซิด) เป็นพอลิเมอร์ชนิดที่มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากสามารถขึ้นรูปได้ง่ายและมีความแข็งแรงสูง แต่ PLA มีโครงสร้างที่แตกต่างกับ ABS จึงทำให้กระบวนการเตรียมผิวเพื่อชุบโลหะด้วยไฟฟ้าที่ใช้ในปัจจุบันไม่สามารถปรับใช้กับ PLA ได้ ในงานวิจัยนี้จึงได้ทำการขึ้นรูปชิ้นงาน ABS และ PLA ด้วยวิธีการพิมพ์ 3 มิติ ระบบ FDM และเตรียมผิวโดย (1) วิธีการกัดผิวและแอคติเวทด้วยแพลเลเดียม, (2) วิธีการเคลือบฟิล์มบางหลายชั้นของพอลิอิเล็กโทรไลต์และแอคติเวทด้วยอนุภาคนาโนของเงิน และ (3) วิธีการทาสีเงินนำไฟฟ้า เพื่อทำการชุบโลหะทองแดงด้วยไฟฟ้าและศึกษาเชิงเปรียบเทียบกับชิ้นงาน ABS ที่เตรียมผิวด้วยวิธีการตามอุตสาหกรรม ซึ่งได้ทำการศึกษาโครงสร้างจุลภาค, องค์ประกอบทางเคมีและประสิทธิภาพในการชุบไฟฟ้าด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด และศึกษาความสามารถในการยึดติดของชั้นเคลือบด้วยเทปกาวและการทดสอบรอยขีดข่วน ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าสามารถทำการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าลงบนชิ้นงาน ABS และ PLA ที่เตรียมผิวด้วยวิธีต่าง ๆ ได้ โดยอัตราเร็วในการชุบไฟฟ้าของชิ้นงานมีค่าแตกต่างกันในช่วง 1.2-1.9 ไมโครเมตร/นาที ภายหลังการชุบโลหะทองแดงด้วยไฟฟ้าพบว่าชิ้นงานตัวอย่างทั้งหมดมีความสามารถในการนำไฟฟ้าที่ดี โดยพบว่าการเตรียมผิวด้วยวิธีการทาสีเงินนำไฟฟ้าทำให้ชั้นเคลือบมีความสามารถในการยึดตึดสูงกว่าวิธีการเตรียมผิวในปัจจุบัน 1-2 เท่า อย่างไรก็ตามพบว่าวิธีการเตรียมผิวแต่ละวิธีมีข้อได้เปรียบ-เสียเปรียบที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการศึกษาและพัฒนากระบวนการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าลงบนพลาสติกได้ในอนาคต

ผลของการอบคืนตัวต่อสมบัติความแข็งและความแกร่งของเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนไซต์เกรด 410, กิตติภัฎ สุวรรณพัชรกุล

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ชิ้นงานเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนไซต์เกรด 410 ถูกอบให้โครงสร้างจุลภาคเป็นออสเทไนต์ที่อุณหภูมิ 980 °C จากนั้นเย็นตัวในน้ำมันและอบคืนตัวที่อุณหภูมิ 300, 400, 500 และ 650 °C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ทดสอบค่าความแกร่งแบบชาร์ปีของชิ้นงานที่อุณหภูมิ 25, -20, -50, -60 °C ตามมาตราฐาน ASTM E23 หลังการอบชิ้นงานให้โครงสร้างจุลภาคเป็นออสเทไนต์และการอบคืนตัว พบตะกอนของคาร์ไบด์ในโครงสร้างจุลภาค การอบคืนตัวที่อุณหภูมิ 500 °C ให้ค่าความแข็งสูงที่สุดเนื่องจากมีการตกตะกอนคาร์ไบด์ทุติยภูมิ การอบคืนตัวที่อุณหภูมิ 650 °C ให้ค่าความแข็งต่ำสุด เนื่องจากมีการตกตะกอนของคาร์ไบด์ซึ่งมีสมบัติเปราะที่บริเวณขอบเกรน ทำให้ความแข็งของเนื้อพื้นลดลงเนื่องจากการลดปริมาณคาร์บอนที่ละลายอยู่ในเนื้อพื้น ค่าความแกร่งจะแปรผกผันกับค่าความแข็ง ลักษณะรอยแตกที่ผิวของชิ้นงานที่ผ่านการอบคืนตัวที่อุณหภูมิ 300, 400 และ 500 °C เป็นการแตกผ่ากลางเกรน ในทางกลับกันลักษณะรอยแตกที่ผิวของชิ้นงานหลังการอบคืนตัวที่อุณหภูมิ 650 °C เป็นการแตกตามขอบเกรน จากผลการทดลองสามารถเลือกขั้นตอนการชุบแข็งและการอบคืนตัวที่เหมาะสมของเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนไซต์เกรด 410 สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำเพื่อให้ค่าความแกร่งได้ตามมาตรฐาน ASTM E23

อิทธิพลของเวลาในการแอโนไดเซซันต่อพฤติกรรมการปลดปล่อยยาของท่อนาโนไททาเนียบนชิ้นส่วนโลหะผสมไทเทเนียมที่สร้างด้วยกระบวนการพิมพ์สามมิติ, หทัยชนก ชูเนตร์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์สังเคราะห์ท่อนาโนไททาเนีย บนชิ้นส่วนโลหะผสมไทเทเทียมผสมที่สร้างด้วยกระบวนการพิมพ์สามมิติ และวิเคราะห์พฤติกรรมอัตราการปลดปล่อยยาแวนโคมัยซิน ความเข้มข้น 200 พีพีเอ็ม ภายในเวลา 24 ชั่วโมง โดยประสิทธิภาพกลไกการปลดปล่อยยาจากโครงสร้าง ในระดับนาโน ตรวจสอบโดย การตรวจคุณสมบัติทางเคมีบนพื้นผิว และ การวิเคราะห์ทางแบบจำลองทางจลนศาสตร์ Korsmeyer-Peppas ศึกษาสัณฐานวิทยาของท่อนาโนไททาเนีย ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดที่มีสมรรถนะสูง และลักษณะทางเคมีบนพื้นผิวของชิ้นส่วนโลหะผสมไทเทเทียมผสมและท่อนาโนไททาเนีย ด้วยเครื่องวัดมุมสัมผัส เครื่องฟูเรียร์ทรานฟอร์มอินฟราเรดสเปกโตรมิเตอร์ และเทคนิคสเปกโตรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอน ด้วยรังสีเอ๊กซ์ โดยที่พฤติกรรมการปล่อยยาแวนโคมัยซิน ความเข้มข้น 200 พีพีเอ็ม จากท่อนาโนไททาเนีย ภายใต้สภาวะการควบคุม ในระยะเวลา 24 ชั่วโมง ตรวจวัดโดยใช้เครื่องโครมาโทกราฟีของเหลวสมรรถนะสูง แสดงตำแหน่งรีเทนไทม์อยู่ที่ 2.5 นาที จากการตรวจสอบสัณฐานวิทยาลักษณะพื้นผิว ในระดับนาโน พบว่า ท่อนาโนไททาเนียมีลักษณะคล้ายรังผึ้ง เรียงตัวกันอย่างหนาแน่น และมีการปลดปล่อยสะสมสูงสุด ภายใน 24 ชั่วโมงของยาแวนโคมัยซินอยู่ที่ 34.7% (69.5 พีพีเอ็ม) ตลอดจนคุณสมบัติทางเคมีบนพื้นผิวของชิ้นส่วนไทเทเนียมผสมจากการพิมพ์สามมิติ (68 ± 1 องศา) และท่อนาโนไททาเนีย (0 องศา) แสดงค่ามุมการสัมผัสต่ำกว่า 90 องศา ซึ่งบ่งบอกถึงพื้นผิว มีสมบัติการเปียกผิวที่ดี จากการศึกษาความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ด้วยการทดสอบความเป็นพิษต่อเซลล์กระดูกหนู สายพันธ์ุ C57BL/6 ชนิด MC3T3-E1 พบว่า บนพื้นผิวท่อนาโนไททาเนียที่ผ่านกระบวนการแอโนไดเซซัน เป็นเวลา 1 และ 4 ชั่วโมง และ ผ่านการบรรจุยาแวนโคมัยซิน แสดงค่าเปอร์เซ็นต์ความมีชีวิตของเซลล์ที่น้อย อาจเนื่องมาจากวาเนเดียมออกไซด์ฟิล์มชนิด V2O4 และ V2O5 บนพื้นผิวของท่อนาโนไททาเนีย

การเตรียมวัสดุทดแทนกระดูกไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีรูพรุนต่อเนื่อง, สุทธิณัฐา ญาณวรุตม์วงศ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาการขึ้นรูปวัสดุทดแทนกระดูกไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีรูพรุนต่อเนื่องโดยกระบวนการจำลองโครงร่างจากฟองน้ำ โดยใช้ฟองน้ำพอลิยูรีเทนและทำการเปรียบเทียบระหว่างผงไทเทเนียมไดออกไซด์ Degussa P25 และ R818 ซึ่งทำการเผาที่อุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่าง 1350 ถึง 1500 องศาเซลเซียสเป็นระยะเวลา 3 ชั่วโมง จากผลการทดลองพบว่าฟองน้ำพอลิยูรีเทน-เอสเตอร์ คือฟองน้ำที่สามารถนำมาใช้ในกระบวนการชุบให้ชิ้นงานสามารถคงรูปร่างได้ อุณหภูมิการเผาซินเทอร์ส่งผลให้ชิ้นงานมีขนาดเกรนที่มีความสม่ำเสมอและมีความทนต่อแรงที่มากระทำได้อย่างเหมาะสม วัสดุทดแทนกระดูกจากไทเทเนียมไดออกไซด์ทั้งสองชนิดมีองค์ประกอบของเฟสรูไทล์และมีปริมาณรูพรุนสูงมากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ อีกทั้งมีความต่อเนื่องของรูพรุนสูง นอกจากนี้ชิ้นงานทั้งสองชนิดยังมีสมบัติการกระตุ้นทางชีวภาพ มีการเกิดผลึกของสารประกอบแคลเซียมฟอสเฟตเมื่อผ่านการแช่สารจำลองของเหลวในร่างกายที่มี pH 7.4 และอุณหภูมิ 36.5 องศาเซลเซียส เป็นระยะเวลา 4 สัปดาห์ เมื่อเปรียบเทียบระหว่างผงไทเทเนียมไดออกไซด์ทั้งสอง พบว่าชิ้นงานที่เตรียมจากผงไทเทเนียมไดออกไซด์ Degussa P25 สามารถคงรูปทรงได้เหมือนโครงร่างจากฟองน้ำดีกว่าผงไทเทเนียมไดออกไซด์ R818 แต่ชิ้นงานที่เตรียมจากผงไทเทเนียมไดออกไซด์ R818 สามารถทนต่อแรงที่มากระทำได้สูงกว่า จากโครงสร้างทางจุลภาคพบว่าวัสดุทดแทนกระดูกที่เตรียมจากผงไทเทเนียมไดออกไซด์ R818 มีกิ่งก้านของชิ้นงานที่มีลักษณะกลมมน มีความสม่ำเสมอของเกรนมากกว่า ส่งผลให้ทนต่อแรงที่มากระทำสูงกว่า อีกทั้งยังมีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูงกว่าวัสดุทดแทนกระดูกที่เตรียมจากไทเทเนียมไดออกไซด์ Degussa P25 ส่งผลให้มีพื้นที่ในการให้เซลล์มายึดเกาะสูงกว่า ในงานวิจัยนี้สามารถขึ้นรูปวัสดุทดแทนกระดูกไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีรูพรุนต่อเนื่องจากกระบวนการจำลองโครงร่างจากฟองน้ำได้และมีสมบัติทางกายภาพใกล้เคียงกับกระดูกเนื้อโปร่งของมนุษย์ แต่ยังขาดสมบัติเชิงกลที่เหมาะสมอันเนื่องมาจากความมีปริมาณของรูพรุนและความต่อเนื่องของรูพรุนสูง

On Geometric Design Rules And In-Process Build Quality Monitoring Of Thin-Wall Features Made Using Laser Powder Bed Fusion Additive Manufacturing Process, Aniruddha Gaikwad

Department of Mechanical and Materials Engineering: Dissertations, Theses, and Student Research

The goal of this thesis is to quantify the link between the design features (geometry), in-process signatures, and build quality of parts made using the laser powder bed fusion (LPBF) additive manufacturing (AM) process. This knowledge is the foundational basis for proposing design rules in AM, as well as for detecting the impending build failures using in-process sensor data.

As a step towards this goal, the objectives of this work are two-fold:

1) Quantify the effect of the geometry and orientation on the build quality of thin-wall features. To explain further, the geometry related factor is the ratio of the …

A Hybrid Electronic Nose System Based On Metal Oxide Semiconductor Gas Sensors And Compact Paper-Pased Colorimteric Sensors For Volatile Organic Compounds Classification, Aung Khant Maw

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Commercial metal oxide semiconductor (MOS) sensors usually employed in electronic noses (e-noses) are well known for being low-cost, portability, and ease of use. However, these sensors can only identify a limited number of odors due to insufficient selectivity. Recent studies improved the selectivity by jointly integrating the MOS sensors with additional sensor sources. However, the published hybrid systems involved complex fabrication and measurement procedures. On the contrary, this work utilizes paper-based colorimetric sensors which are simpler and easier to use. This proposed hybrid system consists of 8 commercial metal oxide sensors and a paper-based colorimetric sensor coated with phenol red, …

Effects Of Thiosulfate In Artificial Seawater On Corrosion Behaviour Of 25cr-3ni-7mn-0.66n New Duplex Stainless Steel, Songkran Vongsilathai

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

In this research, the 25Cr-3Ni-7Mn-0.66N new duplex stainless steel (DSS) was fabricated by the vacuum arc re-melting (VAR) process, then deformed by hot-forging process, and subsequently heat-treated at 1250°C for 1 hr + water quenched + 1050°C for 1.5 hr + water quenched., based on the calculation of the phase diagram by Thermo-Calc software. The material characterisations and chemical compositions were examined by various methods. The corrosion behaviours of the new duplex in artificial seawater (ASW) after ASTM D1141 and in artificial seawater mixing with thiosulfate was studied at 25°C and compared with that of the 2205 standard DSS by …

A Theoretical And Experimental Study Of Charge Transport In Organic Thermoelectric Materials And Charge Transfer States In Organic Photovoltaics, Ashkan Abtahi

Theses and Dissertations--Physics and Astronomy

Applications of organic electronics have increased significantly over the past two decades. Organic semiconductors (OSC) can be used in mechanically flexible devices with potentially lower cost of fabrication than their inorganic counterparts, yet in many cases organic semiconductor-based devices suffer from lower performance and stability. Investigating the doping mechanism, charge transport, and charge transfer in such materials will allow us to address the parameters that limit performance and potentially resolve them. In this dissertation, organic materials are used in three different device structures to investigate charge transport and charge transfer. Chemically doped π-conjugated polymers are promising materials to be used …

Generation Of Warm Dense Plasma On Solar Panel Infrastructure In Exo-Atmospheric Conditions, Harrison C. Wenzel

Theses and Dissertations

The use of a weaponized thermo-nuclear device in exo-atmospheric conditions would be of great impact on the material integrity of orbiting satellite infrastructure. Particular damage would occur to the multi-layered, solar cell components of such satellites. The rapid absorption of X-ray radiation originating from a nuclear blast into these layers occurs over a picosecond time scale and leads to the generation of Warm Dense Plasma (WDP). While incredibly difficult and costly to replicate in a laboratory setting, a collection of computational techniques and software libraries may be utilized to simulate the intricate atomic and subatomic physics characteristics of such an …

Magnetic Refrigerator Device Based On La (Fexcoysi1-X-Y)13, Khushar Javed

Theses and Dissertations

Particles of Lanthanum-iron-silicide, La (Fe_xCo_ySi_1-x-y)₁₃exhibit different magnetic properties when stored in air compared to the same stored in water. The sample with a nominal composition of La(Fe0_.842Co_0.073Si_0.084)₁₃was prepared by arc-melting from elements under argon atmosphere. In recent years, there has been research conducted on different processes that could drastically reduce energy costs of cooling and replacing gas compressors with magnetocaloric materials. Magnetization measurements were carried out on this magnetocaloric material to characterize it in order to design magnetic refrigerator device based on it. The …

Structure, Morphology And Composition-Property Elucidation Of Ni–Mo And Ni−Mo−P Nanocrystals For Water Splitting Reactions And Group Iv Alloy And Silicate Nanocrystals For Visible To Near Ir Optoelectronics, Ebtesam Hassan Abuelenein Eladgham

Theses and Dissertations

Abstract

Structure, Morphology and Composition-Property Elucidation of Ni–Mo and Ni−Mo−P Nanocrystals for Water Splitting Reactions and Group IV Alloy and Silicate Nanocrystals for Visible to Near IR Optoelectronics

by

Ebtesam Hassan Abuelenein Eladgham

A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy at Virginia Commonwealth University.

Advisor: Indika U Arachchige

Associate Professor, Department of Chemistry

Nanomaterials have gained a great attention because of their unique physical properties with size intermediate between molecular materials and extended solids. They have a large surface to volume ratio and display size tunable physical properties that was not …

Synthesis Of Graphene Using Plasma Etching And Atmospheric Pressure Annealing: Process And Sensor Development, Andrew Robert Graves

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Having been theorized in 1947, it was not until 2004 that graphene was first isolated. In the years since its isolation, graphene has been the subject of intense, world-wide study due to its incredibly diverse array of useful properties. Even though many billions of dollars have been spent on its development, graphene has yet to break out of the laboratory and penetrate mainstream industrial applications markets. This is because graphene faces a ‘grand challenge.’ Simply put, there is currently no method of manufacturing high-quality graphene on the industrial scale. This grand challenge looms particularly large for electronic applications where the …

Oxygen Transport Kinetics Of Surface Modified Mixed Conductor (La0.60sr0.40)0.95co0.20fe0.80o3-X As Solid Oxide Fuel Cell Cathode, Manuel Serrano Laguna

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

The oxygen transport kinetics of the electrodes of Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) are critical properties to achieve higher efficiencies in the cell. (La0.60Sr0.40)0.95Co0.20Fe0.80O3-x (LSCF) is a mixed ion-electron conductor material that is expected to be optimized and utilized as the cathode of the SOFC’s. The reason for LSCF to be considered as the next cathode material for SOFC is due to its high ionic and electronic conductivities, and high oxygen transport kinetics. Additionally, to the excellent properties that this material offers, it has been seen that the kinetic properties of the material can be further optimized by adding a …

Comprehensively Improved Electrochemical Performance Of Lithium-Sulfur Batteries By “Chemical Anchors” And Lithium Anode Modification, Zhipeng Zeng

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Lithium-sulfur battery is considered to be one of the most promising contenders for the next generation high-energy storages due to their high theoretical energy density (~2600 W h kg^-1). However, a series of issues, especially for the dissolution of lithium polysulfides (LiPSs) with their “shuttle effect” and dendrite formation on the lithium anode, greatly limit their widely commercial applications. Starting from a brief overview of conventional methods to solve these problems, the achievements spotlighted in this research work mainly focus on the structure design of cathode materials by employing “chemical anchors” to effectively suppress the diffusion of LiPSs, …

Modulation Of Semiconductor Photoconversion With Surface Modification And Plasmon, Joeseph Martin Bright

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Semiconductor devices are the basis of modern technology. Semiconductor-based photoconversion devices that convert light into electrical signals have shown potential for light energy harvesting and conversion, environmental remediation, and sensors for detection of light, chemicals, and biological substances. Despite this potential for use in many applications, semiconductor photoconversion devices need further improvement in the photoconversion performance. This photoconversion improvement may be manifested as increased photoconversion efficiencies for light harvesting devices for power generation such as photovoltaics and photoelectrochemical (PEC) cells or improved photoconversion modulation to increase the sensitivity of semiconductor photoconversion-based sensors. In addition, alternative semiconductor materials to semiconductors that …

Paper-Based Point-Of-Care Tools For Blood Testing, Xuefei Gao

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Early detection of malignant disease is crucial for timely diagnosis and effective medical intervention, which significantly increases survival rates and reduce financial burden on patients. Biomarkers are becoming increasingly important in detection of malignant diseases, because they can be employed for indicating diseases, predicting risks and monitoring the progression of diseases. In addition, biomarkers show up at early stages of diseases in human tissues and fluids (e.g., blood, urine and saliva), which shows great promise for early disease detection. In this dissertation, paper-based lateral flow strips (PLFSs) have been developed for the detection of disease biomarkers, including protein biomarkers and …

Time-Dependent Reliability Framework For Durability Design Of Frp Composites, Rajneesh Kumar Bharil

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

The life-cycle performance, durability, and aging characteristics of Fiber Reinforced Polymer (FRP or Structural Composites) have been of keen interest to the engineers engaged in the FRP design, construction, and manufacturing. Unlike conventional construction materials such as steel and concrete, the design guidelines to account for the aging of FRP are somewhat scattered or not available in an approved or consistent format. Loss of strength over time or aging of any structural material should be of concern to engineers as the in-service lifespan of many engineering structures is expected to exceed 100 years. Use of durability strength-reduction factors or factors …

Removal Of Non-Metallic Inclusions From Molten Steel By Ceramic Foam Filtration, Soumava Chakraborty

Doctoral Dissertations

”Ceramic filters are routinely used in steel foundries to remove non-metallic inclusions from steel melt. Removal efficiency for both solid and liquid inclusions by magnesia-stabilized zirconia foam filters (10ppi) were evaluated and distribution of the captured inclusions through the filter thickness was also investigated. A mold design was developed using a commercial computational fluid dynamics software package to produce two castings that fill simultaneously, one with a filter and the other without a filter, from a single ladle pour, while also matching the fill rates and avoid turbulence and reoxidation during pouring. An industrial-scale experiment was also performed to investigate …

Understanding The Deformation Mechanisms In Ni-Based Superalloys With Using Crystal Plasticity Finite Element Method, Tianju Chen

Doctoral Dissertations

“Ni-based superalloy is considered as a good candidate due to its excellent resistance to elevated temperature deformation for long term period application. Understanding the deformation and failure mechanisms of Ni-Based superalloys is very helpful for providing design guidelines for processing Ni-based superalloys. Experimental characterization indicates that the deformation mechanisms of Ni based superalloy is strongly microstructure dependent. Besides, damage transform from the void nucleation to the macro cracks by voids growth leading to the failure of the Ni-based superalloys are also showing strong microstructure sensitivity. Therefore, this work focuses on the prediction and comprehension of the deformation and void growth …

Studying The Effects Of Various Process Parameters On Early Age Hydration Of Single- And Multi-Phase Cementitious Systems, Rachel Cook

Doctoral Dissertations

”The hydration of multi-phase ordinary Portland cement (OPC) and its pure phase derivatives, such as tricalcium silicate (C₃S) and belite (ß-C₂S), are studied in the context varying process parameters -- for instance, variable water content, water activity, superplasticizer structure and dose, and mineral additive type and particle size. These parameters are studied by means of physical experiments and numerical/computational techniques, such as: thermodynamic estimations; numerical kinetic-based modelling; and artificial intelligence techniques like machine learning (ML) models. In the past decade, numerical kinetic modeling has greatly improved in terms of fitting experimental, isothermal calorimetry to kinetic-based modelling …

Thermodynamic Investigations Of Pure And Blended Cement Mixtures, Jonathan Lapeyre

Doctoral Dissertations

” This research is made up of several studies. The first study focused on understanding the reaction kinetics of Ca₃SiO₅ and metakaolin (MK) mixtures compared to Ca₃SiO₅ and silica fume (SF) mixtures. It was shown that MK was a more effective additive than SF at small replacement levels (i.e. ≥ 10% by mass) while higher replacement levels of MK became a detriment due to excess (Al(OH)₄¯) ions preventing the nucleation and growth of C-S-H. In a follow-up study where the MK particle size distribution (PSD) was modified, similar effects were observed but …

Transition Metal Chalcogenide Hybrid Systems As Catalysts For Energy Conversion And Biosensing, Siddesh Umapathi

Doctoral Dissertations

"Generation of hydrogen and oxygen through catalyst-aided water splitting which has immense applications in metal air batteries, PEM fuel cells and solar to fuel energy production, has been one of the critical topics in recent times. The state of art oxygen evolution reaction (OER), oxygen reduction reaction (ORR), hydrogen evolution reaction (HER) catalysts are mostly comprised of precious metals. The current challenge lies in replacing these precious metal-based catalysts with non-precious earth-abundant materials without compromising catalytic efficiency.

This research explores mixed metal selenides containing Fe-Ni, Fe-Co and RhSe which were hydrothermally synthesized and/or electrodeposited and tested for OER and ORR …

Enhanced Electrochemical Performance Of Li-Ion Battery Cathodes By Atomic Layer Deposition, Yan Gao

Doctoral Dissertations

”Li-ion battery now plays an irreplaceable role in supplying green and convenient energy. In this work, atomic layer deposition (ALD) was used to modify Li-ion battery cathode particles for performance enhancement.

An ultrathin and conductive CeO₂ ALD film was deposited on Li-rich layered cathode particles, of which the specific capacity and cyclic stability were significantly improved. On the same cathode particles, FeO_x ALD and post-annealing resulted in a stable and conductive surface spinel phase to improve the performance.

Synergetic TiN coating and Ti doping were performed on a LiFePO₄ (LFP) cathode and extended its cycle life. The …

In-Situ X-Ray Imaging Of The Selective Laser Melting Process, Meelap M. Coday

Masters Theses

"Fusion-based metal additive manufacturing (AM) has garnered much interest in recent decades. Despite the popularity of fusion-based AM technologies such as selective laser melting (SLM), there are still fundamental questions and uncertainties that need to be addressed. In this work, we focus on the understanding of the undercooling in the SLM process and the uncertainties induced by the laser beam size, power, and scan speed. First, we report the estimation of undercooling in the SLM process from the solidification rate measured by in-situ high-speed synchrotron x-ray imaging, based on the dendrite growth velocity model. The undercooling changes as a function …

Prediction Of Crack Propagation In Zrb₂-Carbon Based Composites Using The Extended Finite Element Method, Leiren Danielle Jarvis

Masters Theses

“The ultra-high temperature ceramic, zirconium diboride (ZrB₂) has long been researched for applications in extreme environments. Its high strength (> 400 MPa) and thermal conductivity (> 100 W/m•K) make it a candidate for use in hypersonic fight, but a low fracture toughness (< 3 MPa•m^1/2) limits this use. In order to increase the fracture toughness without compromising the strength and thermal conductivity, experimental research has focused on the viability of engineered architectures using multiple materials to create a macrostructure. These architectures allow for the increase of fracture toughness thru crack deflection in the material.

Two architectures in particular, …

Performance Evaluation Of Alsi10mg Fabricated By A Selective Laser Melting Process, David Michael Murphy

Masters Theses

“Selective laser melting is becoming a widely used additive manufacturing technique that melts metal powder in a layer by layer process in order to build a desired part or geometry. Like many additive processes, selective laser melting allows for fabrication of parts with complex geometries. In order to fabricate a fully dense part there are a number of variables to take into account including: powder characteristics, laser parameters, and environmental parameters. Each of these variables can affect the microstructure and thus the mechanical performance of an additively manufactured part. In this work, the aluminum alloy AlSi10Mg was investigated. AlSi10Mg is …