Materials Science and Engineering Commons^™

Multiphysics Phase Field Modeling Of Electromigration, Zachary Morgan

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

With the miniaturization of microelectronic devices, the reliability of solder interconnects is a significant concern. As size is reduced, the current density flowing through an interconnect becomes larger and exacerbates electromigration leading to microstructural changes and failure. Since most solder alloys are required to be lead-free over toxicity concerns, there are additional challenges to interconnect performance. Nearly all solder alloys are comprised with its majority component being tin due to its low melting temperature and economical cost. The typical metallic white tin phase has a body-centered tetragonal crystal structure which exhibits strong anisotropy in its physical properties. In particular, the …

Influence Of Rapid Solidification And Wrought Processing On Precipitation Strengthening And Deformation Mechanisms In Al-Sc-Zr Alloys, Yang Yang

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Al-Sc-Zr alloys have drawn increasing attention in the last several decades due to their strengthening and coarsening resistance. In this study, solute concentrations of Sc and Zr were increased beyond their equilibrium solubilities without primary precipitate formation using melt-spinning. The melt-spun ribbon was metallurgically bonded into bulk shape using extrusion. With the proper aging treatment, the mechanical properties of the supersaturated melt-spun ribbon and extruded rod were found to be significantly higher than a baseline dilute alloy. Increased mechanical properties include microhardness, tensile strength at ambient-temperature, and compressive strength and threshold stress at and elevated-temperature. These increases were related to …

The Study Of Chemical Induced Polyolefin-Based Ion Exchange Membrane For Electrodialysis Application, Di Huang

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

High-performance ion exchange membranes with high ion exchange capacity (IEC), excellent mechanical properties, lower membrane resistance and superior ions conductivity were developed with chemical-induced polymerization in this work. Through a series of synthesizing experiments, structure characterization and properties testing for polyolefin-based cation exchange membrane (CEM) and anion exchange membrane (AEM), LDPE proved to be an optimized backbone material. The CEM with 57.5% styrene, 38.4% LDPE, 3% crosslinking degree and 1% initiator addition yield the highest IEC value (1.72 mol/g) and moderate burst strength. The 10% addition of styrene was found to enhance IEC of 57% to AEM. However, continually increase …

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. …

Very High Cycle Fatigue Behavior Of Laser Beam-Powder Bed Fused Inconel 718 Considering The Layer Orientation And Surface Finish Effects, Palmer Frye

UNF Graduate Theses and Dissertations

Additive Manufacturing (AM) techniques have recently gained popularity for fabrication of parts used in aerospace applications. Some of these parts may be subjected to cyclic loading at very high frequencies, leading to service life requirements exceeding ten-million cycles (>10⁷ cycles). Therefore, understanding the very high-cycle fatigue (VHCF) behavior of these AM parts is an important step in their design and qualification processes. In this thesis, both high-cycle fatigue (HCF) and VHCF behaviors of Inconel 718, a Ni-base superalloy, manufactured via a Laser Beam-Powder Bed Fusion (LB-PBF) process, are investigated. Uniaxial, fully reversed force-controlled fatigue tests were conducted utilizing …

Investigation On The Mechanical Properties And Microstructure Analysis Of Micro-Resistance Spot Welding Between Stainless Steel 316l And Tl-6al-4v, Mohd Mansor Muhammad Safwan

Student Works (2020-2029)

In this study, ASS 316L and Ti-6Al-4V were welded together by micro-resistance spot welding (μRSW) at different combinations of welding parameters using specifically design electrode geometry in order to acquire the optimal combination of welding parameters. The welded joint were subjected to tensile shear strength test to determine the influence of welding current, welding time, welding force and different design of elctrode tip on the mechanical properties and the strength of the welded joint. The experiment was conducted by using full factorial design of experiment (DoE) with L27 orthogonal array and utilizing the analysis of variance (ANOVA) to obtain the …

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 …

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 …

Development Of Lightweight Materials By Meso- And Microstructure Control, Myranda Shea Spratt

Doctoral Dissertations

”In this work, two lightweight structures – lattice structures and metal matrix syntactic foams (MMSF) – were studied. Honeycomb lattices were manufactured by powder bed selective laser melting (SLM) from 304L stainless steel. The wall thicknesses of these structures ranged from 0.2 to 0.5 mm. Surface roughness was the primary cause of dimensional mismatch between the expected and as-built structures with an average wall thickness increase of 0.12 mm. The strength of the honeycombs increased with increasing wall thickness. A feature of the SLM microstructure, the melt pool boundary, was also studied as a part of this work. 3D models …

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 …

Electron Tunneling And X-Ray Photoelectron Spectoscopy Studies Of The Superconductiong Properties Of Nitrogen-Doped Niobium Resonator Cavities, Eric M. Lechner, Basu Dev Oli, Junki Makita, Gianluigi Ciovati, Alex Gurevich, Maria Iavarone

Physics Faculty Publications

We use scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS), and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to investigate the effect of nitrogen doping on the surface electronic and chemical structures of cutouts from superconducting Nb radio-frequency cavities. The goal of this work is to get insights into the fundamental physics and materials mechanisms behind the striking decrease of the surface resistance with the radio-frequency magnetic field, which has been observed on N-doped Nb cavities. Our XPS measurements reveal significantly more oxidized Nb 3d states and a thinner metallic suboxide layer on the N-doped Nb surfaces, which is also confirmed by tunneling spectroscopy …

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 …

Artificial Intelligence In Plasma Electrolytic Micro-Oxidation For Surface Hardening - Insights From Scholarly Citation Networks And Patents., Priya Jadhav, Dr.Arun Bongale, Dr.Satish Kumar, Dr.Amit Kumar Tiwari

Library Philosophy and Practice (e-journal)

Objective - The purpose of this article is to analyze the top work areas and patent domains in the field of surface hardening by micro-arc oxidation. Also, it is directed on the opportunities of data analysis by different machine learning tools. Material and methods - The www.lens.org database is used to collect articles from Elsevier, Trans tech publications, Springer New York, MDPI, etc. to review the relevant articles as well as patents related to the topic. The result - A total of 1057 articles were published in 60 different journals and 756 patents in the area of research under various …