Materials Science and Engineering Commons^™

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 …

Mechanochemical Synthesis Of Halide Perovskite Microcrystals, Xuan Huang

Theses and Dissertations--Mechanical and Aerospace Engineering

Halide perovskites have emerged as a promising class of materials for various optoelectronic applications, including light-emitting diodes (LEDs), solar cells, photodetectors, and lasers, owing to their exceptional photophysical properties and ease of synthesis. Lead-based halide perovskites, despite their success, raise concerns regarding environmental toxicity, necessitating the exploration of lead-free alternatives. This thesis explores the synthesis and characterization of lead-free halide perovskites, focusing on tin-based variants, using a mechanochemical approach, which eliminates the use of toxic solvents and offers a sustainable synthesis route.

By employing a solventless mechanochemical method, lead-free tin-based halide perovskite microcrystals were successfully synthesized. This approach not only …

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

Michigan Tech Publications

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

The Effect Of Nanoconfined Liquid Properties On The Water-Responsive Behavior Of Bacterial Cell Walls, Seungri Kim

Dissertations and Theses

Water-responsive (WR) materials have the ability to mechanically swell and shrink in response to changes in relative humidity (RH). These WR materials are used by many biological systems to perform essential tasks; for example, pinecones use WR materials to release their seeds in dry environments, and wheat awns open and close to propel seeds into the soil, driven by daily RH changes. The WR actuation of some biomaterials is extremely powerful, for example Bacillus subtilis cell walls display record-high actuation energy and power densities of 72 MJ m^-3 and 9.1 MW m^-3, surpassing those of all existing …

Change Of Metal Oxidation State At High Temperature, Impact Of Temperature And Reactive Gases, Yegor Nikitin

Dissertations and Theses

The fundamental understanding of gas-solid reactions enables a wide range of applications to be developed and improved. Specifically, the use of metal-based materials is critical to ensuring robust, safe, and long-term operations. For example, in power systems where boilers are used to generate steam for heat or electricity generation the use of stainless metal alloys is critical to allow high quality steam to be produced in a very harsh environment. Alternatively, in catalysis, the use of metal doped heterogeneous catalysts are essential in achieving selectivity and conversion performance for chemical synthesis to emissions abatement. Typically, these metal alloys must withstand …

Inherently Porous Metal Structures With Sufficient Mechanical Properties Through Direct Writing Of Bio-Based Inks, Havva Eda Aysal

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

There is currently a burgeoning interest in developing 3D printed metal structures with inherent porosity and sufficient mechanical properties for mass customization in the biomedical field. Current approaches for 3D printing of biocompatible metals rely on powder-bed fusion methods which are energy intensive and utilize large amounts of metal powder that is challenging to recycle. In addition, such methods aim on producing dense parts and porosity generation, within the printed part, is challenging due to the complex physics of the melting pool. Here, a relatively new and promising approach is undertaken to study the 3D printing of inherently porous structures …

Investigation Of Space Charge Effects On Co2 Electrocatalytic Reduction On Gd-Doped Ceria Via Scanning Kelvin Probe And Model-Based Bayesian Analysis, Alejandro Mejia

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

In studying novel energy conversion and storage systems, such as high-temperature electrolysis, numerous underlying fundamental physical processes remain unclear or inadequately understood. Among these, the modeling and comprehension of surface reaction mechanisms, coupled with the intricate effects of space‑charge interfaces, remains an unclear and challenging area of research.

The work of this dissertation involves the development of a 2D finite element analysis model, leveraging the robust MOOSE framework from INL. This model, featuring inhomogeneous defect thermodynamics for near-surface chemistry, formulated through Poisson‑Cahn variational theory, has been exploited for studying the electrocatalytic reduction of CO₂ on gadolinia doped ceria. The …

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

Masters Theses

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

Novel Re-Crosslinkable Preformed Particle Gels (Rppg) For Parent- And Infill-Well-Fracture Interactions Mitigation, Xiaojing Ge, Adel Alotibi, Ahmed Al-Hlaichi, Yanbo Liu, Tao Song, Junchen Liu, Baojun Bai, Thomas P. Schuman

Geosciences and Geological and Petroleum Engineering Faculty Research & Creative Works

Hydraulic fracturing treatments in unconventional infill (or "child") wells can be significantly affected by depletion from existing parent-well, resulting in asymmetrical fracture growth. These issues may lead to excessive load-water production, proppant deposition, casing deformation in the parent well, and unbalanced stimulation of infill wells. To mitigate these effects, various strategies have been proposed, including the use of far-field diverters in child wells and repressurization of parent wells. Additionally, an increasingly popular strategy involves injecting near-wellbore diverters to temporarily plug entry points into the parent wellbores during frac operations on infill wells. To achieve better application, a novel low-cost, self-degradable, …

Liquid Metal Printing Of Ultrathin Conductive Metal Oxides, Andrew B. Hamlin

Dartmouth College Ph.D Dissertations

Widegap metal oxides are critical semiconducting materials in solar power generation, transparent electronics and displays. Ultrathin versions of these materials are poised to be at the forefront of next generation technology due to their high transparency, flexibility, and the capacity to advantageously use backchannel sensitivity and quantum confinement. Liquid metal printing is a novel deposition technique that fundamentally yields ultrathin oxide materials by exfoliating the self-limited oxide that exists on molten metals at low temperatures. Our work involves the invention of novel liquid metal printing techniques to deposit semiconducting 2D metal oxides with precise electrostatic properties. We investigate the electronic …

The Impacts Of Impurities And Stress State On Polycrystalline Ice Deformation And Investigations Into The Densification Of Polar Firn, Ayobami Oladapo Ogunmolasuyi

Dartmouth College Ph.D Dissertations

Glacier ice cores are unparalleled natural archives of past climate, containing ancient air and impurities. Understanding glacier and ice sheet behavior and their impact on impurity records is crucial for interpreting ice core records. H₂SO₄ is particularly significant, as it provides the strongest evidence for the diffusion of chemical signals and decreases the strength of single crystals and polycrystals of ice. However, its effects on recrystallization, grain growth, and fabric development mechanisms, as well as the effects of grain boundaries on its post-depositional diffusion remain unclear.

This thesis investigates the effects of the microstructural location of H …

Degree Of Dispersion/Exfoliation And Surface Functionalization Of 1d And 2d Carbon Nanostructured Materials: Interface Interactions And Effects On Mechanical Properties, Michail Margas

Material Science and Engineering Dissertations - Archive

The development of advanced cementitious nanocomposites relies heavily on understanding the interfacial interactions between carbon-based nanomaterials and the cement matrix, which significantly influence the material’s performance. The goal of this dissertation is to investigate the effect of dispersion/exfoliation and surface functionalization of 1D multiwall carbon nanotubes (MWCNTs), carbon nanofibers (CNFs), and 2D graphene nanoplatelets (GNPs) in aqueous suspensions on the interface interactions of nanoengineered cementitious composites. The first objective of this dissertation is to quantitatively evaluate the degree of nanomaterial dispersion for MWCNT and CNF suspensions, in a converging manner for cement-based materials applications using spectroscopic techniques, such as UV-vis …

Development Of Synthetically Accessible Glycolated Polythiophenes For High-Performance Organic Electrochemical Transistors, Bowen Ding, Vianna N. Le, Hang Yu, Guanchen Wu, Adam V. Marsh, Edgar Gutiérrez-Fernández, Nicolás Ramos, Martina Rimmele, Jaime Martín, Jenny Nelson, Alexandra F. Paterson, Martin Heeney

Chemical and Materials Engineering Faculty Publications

Four glycolated polythiophene-based organic mixed ionic-electronic conductors (OMIECs), PE2gTT, PE2gT, PT2gTT, and PT2gT are prepared by atom-efficient direct arylation polymerization, avoiding the need for toxic organometallic pre- cursors. PE2gT, PT2gTT, and PT2gT are operable in p-type accumulation mode organic electrochemical transistors (OECTs), with PT2gT displaying the best device performance with a μC* product figure-of-merit of 290 F cm−1 V−1 s−1 . A record volumetric capacitance among p-type glycolated polythiophene OMIECs of 313 F cm−3 is observed for PE2gT, ascribed to the high proportion- ality of polar components in its materials design. The good OECT performance of PE2gT with μC* = …

The Integrated Behavioral Model Of Mental Health Help Seeking (Ibm-Hs): A Health Services Utilization Theory Of Planned Behavior For Accessing Care, Joseph H. Hammer, David L. Vogel, Patrick R. Grzanka, Nayeon Kim, Brian T. Keum, Claire Adams, Sarah A. Wilson

Chemical and Materials Engineering Faculty Publications

This article introduces the integrated behavioral model of mental health help seeking (IBM-HS), a theoretical model for understanding the constructs (e.g., systemic, predisposing, and enabling factors; mental health literacy; illness perceptions; perceived need; stigma; shame; perceived benefits, motivation) that influence people’s decision making around seeking professional mental health care and their ultimate access to formal treatment. The IBM-HS is a help-seeking-specific adaptation of the empirically supported integrated behavioral model and integrative model, which are themselves evolutions of the theory of planned behavior and theory of reasoned action. The IBM-HS posits that help-seeking determinants (e.g., structural forces; cultural influences; past help-seeking …