Materials Science and Engineering Commons^™

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

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 …

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, …

Intrinsic Mechanical Properties Of Zirconium Carbide Ceramics, Nicole Mary Korklan

Masters Theses

“This research focuses on the processing and mechanical properties of zirconium carbide ceramics (ZrC_x). The first goal of this project was to densify near stoichiometric (i.e., x as close to 1 as possible) and nominally phase pure ZrC_x. The maximum stoichiometry achieved for the ZrC_x (C/Zr ratio of 0.92) was measured using gas fusion analysis. Hot pressing was used to obtain dense ZrC_x. Archimedes was used to determine the relative density of hot pressed ZrC_x at > 95%. Scanning electron microscopy (SEM) was used to determine the overall microstructure of the hot pressed …

Inclusion Control In Steel Castings, Koushik Karthikeyan Balasubramanian

Masters Theses

“Non-metallic inclusions are mainly comprised of oxides, sulfides, and nitrides, and are formed in liquid steel during the melting and refining process, as a result of reoxidation, worn-out refractories, or entrained slag. The notch toughness of high strength steels is particularly susceptible to the type, number, size, and distribution of non-metallic inclusions. High manganese and aluminum austenitic steels, or Fe-Mn-Al steels, have gained much interest in the military and automotive sector because of their excellent combinations of high strength and toughness. However, these steels are subject to both oxide bifilms and aluminum nitride, AlN, inclusions which form during melting and …

On The Investigation Of Hot Tearing Behavior Of Continuous Cast Steel, Yanru Lu

Masters Theses

”Hot tearing has long been recognized as a major problem that plagues the development of the continuous casting process and results in low-quality products. Understanding of the mechanisms and the required conditions for the hot tearing formation is important for industries but has not been well-established yet. Thus, this research focuses on the hot tearing issue observed in continuous cast steel, by providing a summary of the current research progress and then introducing a new laboratory method to determine the thermo-mechanical properties relevant to hot tearing of different steel grades under different solidification conditions. In this method, an apparatus was …

The Synthesis Of Pb2sr2sm1-Xcaxcu3o8 And Characterization Of Its Structural And Superconducting Properties., Deblina Das

Graduate Research Theses & Dissertations

Superconducting lead-based cuprate materials of the 2213 structural type, Pb2Sr2MCu3O8 (M=Sm1-xCax, Y1-xCax, Er1-xCax and Yb1-xCax), were synthesized and characterized using x-ray powder diffraction and the Rietveld structural refinements method. Pb2Sr2Sm1-xCaxCu3O8 single crystals were grown by an optimized flux method using various combinations of PbO/PbF2 solvents. Samples with different Sm/Ca ratios were investigated for their superconducting properties. Magnetic measurements reveal the presence of a transition at 120K. Preliminary x-ray diffuse scattering experiment at the Advanced Photon Source of Argonne National Laboratory demonstrates the high quality of one of our crystals and the presence of rod-like diffuse scattering connecting the Bragg peaks …

Multi-Component Material For Solar Energy Conversion And Fundamentals Of Lead Acid Batteries, Crystal Ferels

Graduate Research Theses & Dissertations

Synthesis of complex inorganic materials is desirable because their complex composition allows more degrees of freedom and tunability, whose properties differ from their parent components. As an expansion on this concept, we synthesized a quinary compound Ce3FeWS3O6, using a molten flux method and a solvothermal method. The compound crystallizes into a hexagonal crystal system with space group P63/m. Its electric partition shows an anion with the form [(Ce3+)3W6+(S2-)3(O2-)6]3- forcing the transition metal Fe3+ state and leaving no conduction electrons, making the material a semiconductor. This compound is the right candidate as photoelectric material capable of absorbing photons from the solar …

Fundamental Study Of Supported Metal Catalysts Prepared By Metal In Lithium Solution For Energy Science, Haiping Xu

Graduate Research Theses & Dissertations

Electrochemical carbon dioxide reduction reaction (CO2RR) is a promising technique for energy conversion and storage from intermittent electricity sources (ie. wind and solar). By coupling electrochemical CO2 reduction (CO2R) to a renewable energy source atmospheric CO2 could be converted back into a fuel such as ethanol, or a commodity chemical such as ethanol or acetic acid. These products could then be consumed for energy or used to generate more valuable chemical products effectively removing CO2 from the atmosphere. To commercialize this process, it is highly desired to prepare catalysts that selectively reduce CO2 at low overpotential with long durability. Research …

Nanostructured Metal Thin Films As Components Of Composite Membranes For Separations And Catalysis, Michael J. Detisch

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Novel metallic thin film composite membranes are synthesized and evaluated in this work for improved separations and catalysis capabilities. Advances in technology that allow for improved membrane performance in solvent separations are desirable for low molecular weight organic separation applications such as those in pharmaceutical industries. Additionally, the introduction of catalytic materials into membrane systems allow for optimization of complex processes in a single step. By adding a nanostructured metallic thin film to its surface, a polymer membrane may be modified to exhibit these improved properties. Using magnetron sputtering, thin metal films may be deposited on commercially available membranes to …

Understanding And Mitigating The Electrochemical-Mechanical Degradation Of High Capacity Battery Electrodes, Dingying Dang

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Lithium-ion batteries (LIBs) with high energy density and cycling stability play a critical role in developing electric vehicle (EV) and grid energy storage techniques. The electrochemical performance of LIBs can be improved by using high capacity positive (e.g., LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂, i.e., NMC111) and negative (e.g., silicon) electrodes; both, however, experience severe electrochemical-mechanical degradation caused by the lithiation/delithiation induced volume changes. Understanding mechanical degradation mechanisms and their relationships with the capacity fading of electrodes is important for improving the cycling stability of electrodes as well as optimizing the design of electrodes with high capacity …

Effects Of Hole Transporting Layers And Surface Ligands On Interface Energetics And Photovoltaic Performance Of Methylammonium Lead Iodide Perovskites, So Min Park

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Organic metal halide perovskites are promising materials for various optoelectronic device applications such as light emitting diodes (LED) and photovoltaic (PV) cells. Perovskite solar cells (PSCs) have shown dramatic increases in power conversion efficiency over the previous ten years, far exceeding the rate of improvement of all other PV technologies. PSCs have attracted significant attention due to their strong absorbance throughout the visible region, high charge carrier mobilities, color tunability, and ability to make ultralight weight devices. However, organic metal halide perovskites still face several challenges. For example, their environmental stability issue must be overcome to enable widespread commercialization. Meeting …

Synthesis Of Metal Oxide Surface And Interface Arrays By A Combined Solid-Liquid- Vapor/Vapor-Liquid-Solid Approach, Alexandra J. Riddle

Theses and Dissertations--Chemistry

This project was motivated by an in situ heating experiment in the transmission electron microscope (TEM) in which gold (Au) nanoparticles were observed to dissolve tin dioxide (SnO2) nanowires (NWs) under vacuum. The explanation for this observation was that the high-temperature and low-pressure environment of the TEM caused the reverse reaction of the well-known vapor-liquid-solid (VLS) method commonly used to grow NWs. In the VLS process, a metal catalyst absorbs reactant vapor until it becomes supersaturated. The precipitation of the NW occurs at the liquid-solid interface, which ceases when there is no longer reactant vapor, and the diameter of the …

Shape Tuning Of Silicon Nano-Tip Arrays Through Reactive Ion Etching For Cold Field Emission, Giridhar Tulasi Ram Sankabathula

Graduate Research Theses & Dissertations

Large area silicon nano-tip arrays have been predominantly used as cold cathode electron sources in the wide range of field emission applications. Various fabrication methodologies have been developed over the decades to obtain sharp-pointed field emitters. In this thesis, we mainly emphasized on reproducing high aspect ratio field emitters and to study their surface topographical changes encountered through reactive ion etching. A discrete set of high-density field emitters have been fabricated over the large area surfaces through a three-step nanofabrication process. The surface curvatures of the obtained emitter tips are finely tuned with multiple oxidation cycles to achieve a tip’s …

Interfaces In Lead-Free Tin Perovskite Photovoltaics: An Investigation Of Energetics, Ion Mobility, Surface Modification, And Performance, Alex Boehm

Theses and Dissertations--Chemistry

Halide perovskites have generated tremendous interest as low-cost semiconductors for optoelectronics, such as photovoltaics, lasers, and light emitting diodes due to their extraordinary optical and transport properties. Perovskite photovoltaics in particular have demonstrated a meteoric rise in power conversion efficiencies and drawn considerable interest as a next-generation solar energy technology. The rapid development has centered around lead-based derivatives, and concerns regarding the toxicity of lead has sparked interest in low toxicity and more environmentally friendly perovskite derivatives. In this regime tin (Sn) is regarded as a prominent alternative owing to the ideal bandgap and reduced toxicity exhibited by Sn-halide perovskites. …

Supercritical Processed Decellularized Extracellualr Matrix As Regeneration Therapeutics Applying 3d Printing, Seungwon Chung

Open Access Theses & Dissertations

Extracellular matrix has been broadly applied and show great promise in medical applications and tissue engineering. Product of extracellular matrix (ECM) should be treated with decellularization and purification process. Supercritical carbon dioxide treatment is of particular interest for purifying ECM because of its medically available and rapid speed of process. However, it is not fully researched in treatment of biomaterials for tissue engineering. Therefore, we investigated optimal conditions of supercritical carbon dioxide processing in different extracting parameters from porcine adipose tissue. The 3-day, dual treatment including enzymatic decellularization and supercritical fluid extraction of pork adipose tissue were performed. Two types …

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. …

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 …

Classification And Biological Identity Of Complex Nano Shapes, Luca Boselli, Hender Lopez, Wei Zhang, Qi Cai, Valeria A. Giannone, Jingji Li, Alirio Moura, João M. De Araujo, Jennifer Cookman, Valentina Castagnola, Yan Yan, Kenneth A. Dawson

Articles

Everywhere in our surroundings we increasingly come in contact with nanostructures that have distinctive complex shape features on a scale comparable to the particle itself. Such shape ensembles can be made by modern nano-synthetic methods and many industrial processes. With the ever growing universe of nanoscale shapes, names such as “nanoflowers” and “nanostars” no longer precisely describe or characterise the distinct nature of the particles. Here we capture and digitise particle shape information on the relevant size scale and create a condensed representation in which the essential shape features can be captured, recognized and correlated. We find the natural emergence …

Fabrication Of Dielectric Elastomers With Improved Electromechanical Properties Using Silicone Rubber And Walnut Polyphenols Modified Dielectric Particles, Liang Jiang, Yuhao Wang, Shipeng Wen, Yanfen Zhou, Qingdao University, Stephen Jerrams

Articles

In this work, polyphenolic extract from walnut green husks (denoted as walnut polyphenols), which is an abun-dant agroindustrial residue/waste, was used to modify barium titanate (BT) particles in the preparation of sili-cone rubber (SR) based dielectric elastomer (DE) composites with enhanced electromechanical performance.By employing walnut polyphenols modification, the dispersibility of BT particles in the SR matrix and the com-patibility between BT and SR were greatly improved, which resulted in enhanced mechanical performance ofthe DE composites. Dielectric property measurement showed that DE composites containing walnut polyphenolsmodified BT particles (WNBT) had higher dielectric constants and lower dielectric losses than that of DEs …

Enhanced Fatigue And Durability Of Carbon Black/Natural Rubber Composites Reinforced With Graphene Oxide And Carbon Nanotubes, Hao Guo, Stephen Jerrams, Zongchao Xu, Yanfen Shou, Liang Jiang, Liqun Zhang, Li Liu, Shipeng Wen

Articles

Graphene oxide (GO) sheets and carbon nanotubes (CNTs) are of nanometer size and offer large shape factors which are beneficial in reducing crack propagation rates of composites when used in carbon black (CB) reinforced natural rubber (NR), thereby prolonging the service lives of rubber composites. In this research, CNT-CB/NR and GO-CB/NR composites were prepared by partially replacing CB with one-dimensional CNTs and two-dimensional flaky graphene oxide GO, respectively. The results showed that the complex filler dispersion in NR matrices was improved due to the isolation effect between the different fillers. The strain-induced crystallization (SIC) ability of CB/NR was effectively enhanced …

The Fabrication And Properties Of Magnetorheological Elastomers Employing Bio-Inspired Dopamine Modified Carbonyl Iron Particles, Yanfen Zhou, Lele Li, Wenyue Li, Shipeng Wen, Liang Jiang, Stephen Jerrams, Jianwei Ma, Shaojuan Chen

Articles

To obtain magnetorheological elastomers (MREs) with improved mechanical properties and exhibiting an enhanced magnetorheological (MR) effect, bio-inspired dopamine modification has been used to improve the functionality at the surface of carbonyl iron (CI) particles. Various techniques including x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) were used to confirm that a polydopamine (PDA) layer of about 27.5 nm had been successfully deposited on the surface of the carbonyl iron particles prior to their inclusion in the MRE composites. The magnetic properties of PDA modified CI particles were shown to be almost the same as those …

Enhanced Covalent Interface, Crosslinked Network And Gas Barrier Property Of Functionalized Graphene Oxide/Styrene-Butadiene Rubber Composites Triggered By Thiol-Ene Click Reaction, Long Zheng, Stephen Jerrams, Tian Su, Zongchao Xu, Liqun Zhang, Li Liu, Shipeng Wen

Articles

The high gas barrier property of a rubber composite is of great significance for reducing the exhaust gas emissions due to tire rolling resistance and hence the contribution this factor makes to environmental protection. Enhanced covalent interfaces and crosslinked networks are crucial to the gas barrier property of rubber composites. In this research, γ-mercaptopropyltriethoxysilane (MPS) modified GO (MGO)/styrene-butadiene rubber (SBR) composites were prepared by a synergetic strategy of latex compounding method and thiol-ene click reaction. It was found that the mercapto groups in MGO reacted with the vinyl groups in SBR molecules through thiol-ene click reaction during the crosslinking process …

Aging Response On The Stress Corrosion Cracking Behavior Of Wrought Precipitation-Hardened Magnesium Alloy, G. R. Argade, S. K. Panigrahi, R. S. Mishra

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Constant immersion testing and slow strain rate testing (SSRT) are conducted on wrought magnesium alloy in a 3.5 wt.% NaCl solution. After solution annealing (SA) at 525 °C for 8 h, the alloy was isothermally aged at 210 °C for 15 h, 48 h, and 144 h to obtain underaged (UA), peak-aged (PA), and overaged (OA) microstructures, respectively. After 32 days of constant exposure in chloride solution, the SA and UA samples showed the lowest (~ 0.10 mg cm−2 day−1) and the highest (~ 0.20 mg cm−2 day−1) weight loss, respectively. SSRT was carried out at an initial strain rate …

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 …

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 …