Materials Science and Engineering Commons^™

Quantification Of Swelling In Hematite Pellets Reduced Using Hydrogen–Nitrogen Gas Mixture, Amogh Meshram, Yuri Korobeinikov, Xingwen Wei, Ronald J. O'Malley, Seetharaman Sridhar

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Iron ore pellets are reduced in a 50%H2–50%N2 1 atm gas mixture at 750, 800, 850, 900, and 950 °C while simultaneously documenting swelling (change in pellet radius) and weight change. Swelling increases with increasing temperature, with catastrophic swelling (>20% of reduction swelling index) observed at 850, 900, and 950 °C. As the pellet is reduced, the pellet radius increases until 40–50% reduction is achieved, followed by a decrease in diameter beyond 40–50% reduction at 750 and 850 °C. At 950 °C, the pellet radius continues to increase with additional pellet reduction without any subsequent decrease in diameter. Scanning …

Sic Addition To A Dual Phase High Entropy Ultra-High Temperature Ceramic, Rubia Hassan, William G. Fahrenholtz, Kantesh Balani, Gregory E. Hilmas, Jeremy Watts

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Dual phase (Hf,Ta,Ti,W,Zr)B2-(Hf,Ta,Ti,W,Zr)C high entropy ultra-high temperature ceramics were processed from commercial diboride and carbide powders with and without SiC additions. A 30-min hold at a maximum temperature of 1850 °C in spark plasma sintering resulted in a relative density of ∼95 %, which increased to ∼100 % with the addition of 7.5 wt.% SiC. The compositions did not reach chemical equilibrium under the given sintering conditions resulting in an inhomogeneous distribution of transition metals in both the boride and carbide phases. The addition of SiC improved densification by inhibiting grain growth, which reduced the grain size from 9.0 ± …

Pressureless Sintering And Properties Of Additively Manufactured Zrb2–Sic, Marharyta Lakusta, Nicholas M. Timme, Jeremy L. Watts, William G. Fahrenholtz, Gregory E. Hilmas, David W. Lipke

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Densification behavior, grain growth kinetics, mechanical and thermal properties of pressurelessly sintered zirconium diboride–silicon carbide (ZrB2–SiC) fabricated by extrusion of high solids loading pastes have been studied. The effects of sintering temperature (1600–2300°C), heating rate during constant heating rate sintering (10–50°C/min), and time during isothermal sintering (3–24 h) on density and grain size were examined. The apparent activation energy for densification was determined to be 940 ± 90 kJ/mol, suggesting lattice diffusion as the dominant sintering mechanism. Grain growth of both ZrB2 and SiC followed a normal grain growth power law with grain growth exponent n = 2 indicating diffusion-controlled …

Impact Of Quenching Intensity Conditions On Using A Finite Element Model To Investigate The Microstructure And Hardenability Of Low-Alloy Steel, J. S. Alabi, E. Heidari, M. F. Buchely, K. Chandrashekhara, S. N. Lekakh, R. J. O'Malley, V. Athavale, A. Kumar

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Quenching is one of the primary processes to improve mechanical properties in steels, particularly hardness. Quenching is well established for different geometries of individually treated steel components; while in-steam quenching of large diameter continuously cast steel bar has several specific features which are difficult and costly to experimentally optimize. The end-quench Jominy test has been used extensively to study the hardenability of different steel grades. Different numerical, analytical, and empirical models have been developed to simulate the Jominy process and to understand quenching of steels. However, it is not straight forward to translate experimental data from Jominy test on instream …

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 …

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 …

A Simple, Inexpensive Alkaline Method For Bacterial Dna Extraction From Environmental Samples For Pcr Surveillance And Microbiome Analyses, Abdulkarim Shwani, Bin Zuo, Adnan Alrubaye, Jiangchao Zhao, Douglas D. Rhoads

Poultry Science Faculty Publications and Presentations

DNA extraction for downstream molecular diagnostic applications can be an expensive, time-consuming process. We devised a method to quickly extract total bacterial DNA from environmental samples based on the sodium hydroxide lysis of cells with or without capture by magnetic beads for subsequent PCR or quantitative PCR. The final DNA extraction method using NaOH is extremely low-cost and can be completed in as little as 10 min at room temperature with dilution, or the DNA can be further purified using silica-coated paramagnetic beads. NaOH extraction was effective for Gram-negative and Gram-positive bacteria in samples from air, soil, sewage, food, laboratory …

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 …

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 …

Experimental Investigation On Properties Of Sugarcane Bagasse Fiberboard Manufactured With Different Techniques, Amany G. Micheal Prof., Marianne Nabil Girgis Ass. Prof., Omar Mohasen Khalaf Eng.

Architectural Engineering

Within an ongoing research project investigating the use of sugarcane bagasse (SCB) to develop different building materials, this article adopts an experimental approach to determine the effect of the manufacturing technique on proposed composite fiberboards. Two different prototypes of composite fiberboards are developed using (SCB) as a natural fiber, and different matrices are tested. The epoxy resin and polyester resin are used as the alternative matrices. Fiberboards are proposed to be used as cladding boards or as internal furnishing units material instead of using MDF or HDF that exploit the usage of natural soft or hard wood that is unrecyclable, …

Phenolic Polymer Infiltration And Pyrolysis Process For Additively Manufactured Carbon/Peek Composites To Produce Carbon–Carbon Composites, S. Weiler, H. A. Haffner, K. Chandrashekhara, J. Watts, G. E. Hilmas, J. Bayldon, L. M. Rueschhoff

Mechanical and Aerospace Engineering Faculty Research & Creative Works

Carbon–carbon composites are carbon fibers reinforced with carbon matrix and are classified as advanced materials well suited for high-temperature structural applications. Carbon–carbon composites are characterized by maintaining excellent mechanical properties and structural stability at high temperatures and have been used in aerospace application as nozzles, heatshields, and leading edge. However, conventional methods to manufacture carbon–carbon composites are costly and time-consuming. the aim of this work is to develop a method for creating additively manufactured (AM) carbon–carbon composites using a high-pressure re-infiltration process. in doing so, less infiltration cycles are required compared to a low-pressure re-infiltration, reducing the total manufacture time. …

Damage Initiation Of 15v38 Steel Bar During Square-To-Round Hot Rolling Process, Siva Sai Krishna Dasari, Henry Adekola Haffner, K. Chandrashekhara, Mario F. Buchley, Simon N. Lekakh, Ronald J. O'Malley

Mechanical and Aerospace Engineering Faculty Research & Creative Works

Hot rolling processes have been extensively used to produce round bars by reducing the cross-sectional area of continuously cast steel. The current trend toward increasing productivity often requires a more aggressive reduction per pass. Establishing safe and optimized hot rolling parameters must be determined to avoid damage while deforming the specific steel composition. Understanding the damage mechanism during the metal forming process is vital for product quality. Herein, a combined experimental and simulation approach is developed to track the evolution potential damage during hot bar rolling. Hot tension tests are conducted on as-cast vanadium micro alloyed 15V38 steel at different …

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 …

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 …

Optimized Gadolinium-Do3a Loading In Raft-Polymerized Copolymers For Superior Mr Imaging Of Aging Blood-Brain Barrier, Hunter A. Miller, Aaron Priester, Evan T. Curtis, Krista Hilmas, Ashleigh Abbott, Forrest M. Kievit, Anthony J. Convertine

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

The development of gadolinium-based contrast agents (GBCAs) has been pivotal in advancing magnetic resonance imaging (MRI), offering enhanced soft tissue contrast without ionizing radiation exposure. Despite their widespread clinical use, the need for improved GBCAs has led to innovations in ligand chemistry and polymer science. We report a novel approach using methacrylate-functionalized DO3A ligands to synthesize a series of copolymers through direct reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization. This technique enables precise control over the gadolinium content within the polymers, circumventing the need for subsequent conjugation and purification steps, and facilitates the addition of other components such as targeting ligands. …

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

Materials Science and 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 …

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.

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. …

Advancing Combinatorial Screening Of Refractory High Entropy Alloys Through Intrinsic Ductility Assessment Via Thin Film Fragmentation Testing, Taohid Bin Nur Tuhser

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

High Entropy Alloys (HEAs), also known as Multiprincipal Element Alloys (MPEAs), represent a paradigm shift in alloy design. Unlike traditional practices that limit compositions to the edges of phase diagrams, HEAs exploit equiatomic mixing of five or more elements at the center of phase diagrams to maximize configurational entropy. This unconventional approach exponentially expands the spectrum of potential alloy compositions, rendering conventional experimental methods inadequate for exploring this extensive compositional space.

In response to these challenges, the scientific community has shown a growing interest in high-throughput techniques, encompassing both computational and experimental domains. Particularly, Refractory High Entropy Alloys (RHEAs) have …

Microstructural Investigation Of The Influence Of Geometry On The Mechanical Reliability Of Additively Manufactured Metals, Tracy Connor Varney

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

The adoption of additive manufacturing across a wide range of fields is ever-increasing, allowing for solutions that were previously impossible to achieve. This dissertation demonstrates the wide range of macro- and micro- characterization techniques used to investigate several precipitation strengthened AM alloy systems. While AM allows for nearly unlimited design freedom, this brings along its own issues as the interplay between scan strategy and part geometry is less well known. In this work, a novel thin-wall dogbone geometry was utilized to study one type of complex geometry observed in a large portion of AM focused designs. The mechanical behavior of …

Optoelectrical Properties And Photostability Of Cspbbr3 Quantum Dots: Effects Of Dopants And Ligands, Md Shad Bin Salam

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Metal halide perovskite QDs have a great potential for displays and lighting because of their exceptional optoelectronic characteristics associated with quantum confinement effect. However, the stability in the environment during the applications of halide perovskite QDs remains a significant challenge, impeding their practicality and lowering their commercial scalability. High-temperature methods are well-established for producing doped perovskite QDs, the influence of room-temperature synthesis on thermal, size-dependent optical properties, and long-term stability remains inadequately understood. Also, there is a demand for strategies to increase the absorption of light, reduce trap states, and modify the energy levels of perovskite QDs.

In this study, …

Thermal Alteration Of The Mineralogy Of Calcium Sulfoaluminate Cements: Implications For The Performance Of Rapid Repair Materials, Jillian Cavellier

Theses and Dissertations--Earth and Environmental Sciences

Calcium sulfoaluminate (CSA) was developed in part to lessen the environmental impact of cementitious materials compared to traditional Portland cements. CSA was first put into production in the 1970s and has been undergoing various performance testing to investigate its durability. Yet to be evaluated is CSA’s response to a rapid, high temperature event. In this study, X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, Fourier transform infrared spectrometry and scanning electron microscope imaging were used to analyze alterations in the mineralogy due to such an event. As found in previous studies, after ~125°C, ettringite has been completely dehydrated. Ettringite decomposes into bassanite and calcium …