Materials Science and Engineering Commons^™

Jominy Hardenability Tester Redesign, Dennis Kopacz, Shadoe Beatty, Thomas Benenati, Jared Mclean, Matthew Yokosuk

Williams Honors College, Honors Research Projects

Our project is Redesigning a Hardenability Tester. The goal of this project is to figure out how to incorporate an intensive quenching system to the current design from last years group. An intensive quench is a new system that is safer to harden steel and it hardens steel more effectively than other quenching processes. This will be achieved through testing the initial design to make sure it is able to run. After that as a group we will take this system through a design process to introduce a safe process of intensive quenching to the tester.

Exploring Rapid Solidification And Equal Channel Angular Pressing In The Fabrication Of Mg-Based Alloys For Medical Applications, Emily Tom

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

The development of magnesium bioresorbable implants has become increasingly popular due to the increased need for temporary implants and magnesium’s excellent biocompatibility and suitable elastic modulus. Even though magnesium is an excellent candidate, when alloyed with other metals magnesium’s corrosion rate becomes too rapid for bioresorbable medical applications. The investigation into novel processing techniques to control the formation of precipitates to improve mechanical strength and ductility as well as corrosion rates has become of interest. This work investigates the combination of two nonequilibrium processing techniques, rapid solidification (RS) and equal channel angular pressing (ECAP), and the effects it has on …

Advance Metallic Reinforcement Of Vat Photo Polymerized Parts, Scott Zinn

UNF Graduate Theses and Dissertations

The metallization or metallic reinforcement of polymer parts has been widely used in industry for several decades. Polymer parts are classically metalized for aesthetics, chemical and thermal resistance, electrical conductivity, and mechanical strength. Metallization has been shown to increase strength of polymer parts when compared to the strength of the bulk material without metallization. Additive manufacturing (AM) techniques that have emerged in the last few decades produce parts with different surface features and chemistry than the typical polymer part produced through injection molding. AM parts are typically weaker than traditionally manufactured parts from the same material due to intrinsic details …

Nature-Inspired Material Strategies Towards Functional Devices, Sayantan Pradhan

Theses and Dissertations

Naturally sourced, renewable biomaterials possess outstanding advantages for a multitude of biomedical applications owing to their biodegradability, biocompatibility, and excellent mechanical properties. Of interest in this dissertation are silk (protein) and chitin (polysaccharide) biopolymers for the fabrication of functional biodevices. One of the major challenges restricting these materials beyond their traditional usage as passive substrate materials is the ability to combine them with high-resolution fabrication techniques. Initial research work is directed towards the fabrication of micropatterned, flexible 2D substrates of silk fibroin and chitin using bench-top photolithographic techniques. Research is focused on imparting electrochemical properties to silk proteins using conducting …

Accident Tolerant Fuels Claddings And The Evolution Of Their Surface Characteristics Under Critical Heat Flux, Rajnikant V. Umretiya

Theses and Dissertations

Enhanced Accident Tolerant Fuels (ATFs) systems for light water reactors require higher temperature oxidation resistance in steam environments than the current UO₂ – zirconium fuel system. Investigating the ATF materials’ surface properties is needed as they have evidenced to affect the Critical Heat Flux (CHF), which is an important parameter of the thermal-hydraulic performance required to provide safety margins. In this dissertation, the surface properties of FeCrAl alloys (APMT and C26M), Zircaloy-2, Zircaloy-4, and Cr-coating on Zircaloy-4 substrates produced by Physical Vapor Deposition (PVD) and Cold Spray (CS) were investigated according to their chemistry, topography, and wettability. The static …

Equations Of State For Warm Dense Carbon From Quantum Espresso, Derek J. Schauss

Theses and Dissertations

Warm dense plasma is the matter that exists, roughly, in the range of 10,000 to 10,000,000 Kelvin and has solid-like densities, typically between 0.1 and 10 grams per centimeter. Warm dense fluids like hydrogen, helium, and carbon are believed to make up the interiors of many planets, white dwarfs, and other stars in our universe. The existence of warm dense matter (WDM) on Earth, however, is very rare, as it can only be created with high-energy sources like a nuclear explosion. In such an event, theoretical and computational models that accurately predict the response of certain materials are thus very …

Impact Dynamics Of Surfactant-Laden Droplets On Non-Wettable Coatings, Amir Esmaeili

Theses and Dissertations

Owing to their excellent water repellency, non-wettable (superhydrophobic) coatings have gained tremendous attention in the past couple of decades. Alkyl ketene dimer (AKD), an inexpensive polymer frequently used in paper industry as a sizing agent, has shown potentials to become superhydrophobic. The formation of a porous structure after curing the solidified AKD for an extra-long time (4–6 days) results in superhydrophobicity, i.e., a static contact angle with water of >150° and a roll-off angle of <10°. In this work, a facile and low-cost method was used to turn the surface of AKD superhydrophobic in a very short period of time by briefly treating the coatings, obtained from isothermally heated molten AKD at 40 °C for 3 min, with ethanol. The resulting superhydrophobicity is due to the formation of porous, entangled irregular micro/nano textures that create air cushions on the surface leading to droplet state transition from Wenzel to Cassie. As a proof of concept, the same material was applied to the co-sputtered nickel-tungsten thin films, commonly used in micro/nano-electro-mechanical systems, to improve their hydrophobicity. According to the results, at least 20% increase was observed in the dynamic contact angles of the treated substrates.

In addition, this work presents a detailed high-speed imaging analysis of the influence of the molecular weight, concentration and ionic nature of surfactants on droplet …

Continuous Preparation And Application Of Novel Heterogeneous Catalysis, Michael B. Burkholder

Theses and Dissertations

Transition metal heterogeneous catalysts are widely used across many chemical industries to reduce waste and emissions and reduce production time while increasing rate. The prevalence of these materials results from the complex relationship between metal nanoparticles and supports affecting final catalytic performance. Rational catalyst synthesis describes the ability to precisely engineer structures through controlled preparation. Novel materials and continuous processing represent a promising approach for rational catalyst synthesis.

The application of these catalysts in continuous, multiphase processes, such as cross-coupling reactions, oxidation chemistry, and nitroreduction processes, are paramount to developing new commercial routes for high-value products. Pd/G catalysts synthesized by …

Surface Characterization Of Accident Tolerant Fuel Claddings Candidates After Prolonged Exposure To Steam Oxidation, Connor F. Donlan

Theses and Dissertations

Accident Tolerant Fuel Claddings are designed to improve fuel performance and safety in abnormal reactor conditions. The development of these cladding materials has become a top priority for the nuclear community, with incidents such as the Three Mile Island accident and the Fukashima Dai-chi accident. The development of these claddings has resulted in 2 subsections: coating current claddings or replacing cladding materials with new materials. The claddings studied in this thesis are a Zircaloy-4 cladding coated with chromium through physical vapor deposition, Zircaloy-4, and a FeCrAl alloy, C26M. This thesis assessed the surface chemistry, roughness, and wettability after extended exposure …

Applied Machine Learning In Extrusion-Based Bioprinting, Shuyu Tian

Theses and Dissertations

Optimization of extrusion-based bioprinting (EBB) parameters have been systematically conducted through experimentation. However, the process is time and resource-intensive and not easily translatable across different laboratories. A machine learning (ML) approach to EBB parameter optimization can accelerate this process for laboratories across the field through training using data collected from published literature. In this work, regression-based and classification-based ML models were investigated for their abilities to predict printing outcomes of cell viability and filament diameter for cell-containing alginate and gelatin composite hydrogels. Regression-based models were investigated for their ability to predict suitable extrusion pressure given desired cell viability when keeping …

Quality Assurance Of Lightweight Structures Via Phase-Based Motion Estimation, Ikenna E. Ifekaonwu

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

In recent years, lightweight structures have become mature and adopted in various applications. The importance of quality assurance cannot be overemphasized hence extensive research has been conducted to assess the quality of lightweight structures. This study investigates a novel process that exploits motion magnification to investigate the damage characteristics of lightweight mission-critical parts. The goal is to assure the structural integrity of 3D printed structures and composite structures by determining the inherent defects present in the part by exploiting their vibration characteristics. The minuscule vibration of the structure was recorded with the aid of a high-speed digital camera, and the …

Microstructural And Chemical Characterization Of A Purple Pigment From A Faiyum Mummy Portrait, Glenn Gates, Yaqiao Wu, Jatuporn Burns, Jennifer Watkins, Darryl P. Butt

Materials Science and Engineering Faculty Publications and Presentations

Results are presented from analyses that were conducted to explain the presence of chromium, detected noninvasively using energy-dispersive X-ray fluorescence (XRF), in the unusually large (2-3mm diameter) rough gem-like purple pigment particles in the paint used for a Faiyum mummy portrait. An approximately 50 μm diameter particle of the chromium-containing purple pigment was extracted from the Portrait of a Bearded Man, dated to Roman Imperial Egypt in the second century, circa 170-180 CE, accession #32.6 in the Walters Art Museum collection. The particle was characterized using energy-dispersive X-ray fluorescence analysis, electron microscopy, diffraction, and atom probe tomography. It is …

Influence Of The Inas Coverage On The Performance Of Submonolayer-Quantum-Dot Infrared Photodetectors Grown With A (2×4) Surface Reconstruction, Ahmad Alzeidan, Tiago F. De Cantalice, Kevin D. Vallejo, Paul J. Simmonds, Alain A. Quivy

Materials Science and Engineering Faculty Publications and Presentations

Two infrared photodetectors based on submonolayer quantum dots, having a different InAs coverage of 35% and 50%, were grown, processed and tested. The detector with the larger coverage yielded a specific detectivity of 1.13×10 ¹¹ cm Hz ^1/2 W ^-1 at 12K, which is among the highest values reported in the literature for that kind of device.

Development Of An Undergraduate Welding Laboratory For Research And Education, Hamid Eisazadeh, Alok K. Verma

Engineering Technology Faculty Publications

The shortage of welders in Hampton Roads area, where many shipyards are located, is becoming severe for shipbuilding in coming years. Many welding engineers graduated from universities located out of state, tend to go back to companies near their home, after receiving couple years of welding experience at Hampton Roads shipyards. Therefore, it is critical to train local welders. In order to address the welding workforce needs of Hampton Roads, the Department of Engineering Technology at Old Dominion University has recently launched an initiative for developing a laboratory for welding processes (LWP) for supporting educational and research activities in its …

Development Of An Injectable Methylcellulose Hydrogel System For Nucleus Pulposus Repair And Regeneration, Nada A. Haq-Siddiqi

Dissertations and Theses

Low back pain is the most common cause of disability in the world and is often caused by degeneration or injury of the intervertebral disc (IVD). The IVD is a complex, fibrocartilaginous tissue that allows for the wide range of spinal mobility. Disc degeneration is a progressive condition believed to begin in the central, gelatinous nucleus pulposus (NP) region of the tissue, for which there are few preventative therapies. Current therapeutic strategies include pain management and exercise, or surgical intervention such as spinal fusion, none of which address the underlying cause of degeneration. With an increasingly aging population, the socioeconomic …

Development Of Light Actuated Chemical Delivery Platform On A 2-D Array Of Micropore Structure, Hojjat Rostami Azmand, Hojjat Rostami Azmand

Dissertations and Theses

Localized chemical delivery plays an essential role in the fundamental information transfers within biological systems. Thus, the ability to mimic the natural chemical signal modulation would provide significant contributions to understand the functional signaling pathway of biological cells and develop new prosthetic devices for neurological disorders. In this paper, we demonstrate a light-controlled hydrogel platform that can be used for localized chemical delivery in a high spatial resolution. By utilizing the photothermal behavior of graphene-hydrogel composites confined within micron-sized fluidic channels, patterned light illumination creates the parallel and independent actuation of chemical release in a group of fluidic ports. The …

Molecular To Macroscopic Understanding Of Chloroaluminate Anion Intercalation In Rechargeable Aluminum-Graphite Batteries, Jeffrey Xu

Dissertations and Theses

Today’s global energy challenges pose an urgent need to electrify transportation and better store intermittent renewable energy sources (e.g., solar and wind energy). For such large-scale battery applications, aluminum batteries are a promising “beyond lithium-ion” technology due to the high volumetric capacity, earth abundance, low-cost, and inherent safety of aluminum metal. However, there are very few compatible positive electrode materials that exhibit high energy density and cycling stability, in part due to the challenges of electrochemically intercalating highly charged Al³⁺ cations. Recently, graphite has been demonstrated as a promising positive electrode material in non-aqueous rechargeable aluminum batteries, which store …

Perovskite Thin Films Annealed In Supercritical Fluids For Efficient Solar Cells, Gilbert Annohene

Theses and Dissertations

In the field of photovoltaics, scientists and researchers are working fervently to produce a combination of efficient, stable, low cost and scalable devices. Methylammonium lead trihalide perovskite has attracted intense interest due to its high photovoltaic performance, low cost, and ease of manufacture. Their high absorption coefficient, tunable bandgap, low-temperature processing, and abundant elemental constituent provide innumerable advantages over other thin film absorber materials. Since the perovskite film is the most important in the device, morphology, crystallization, compositional and interface engineering have been explored to boost its performance and stability. High temperatures necessary for crystallization of organic-inorganic hybrid perovskite films …

Fabrication Of Nanoporous Materials For Applications Under Extreme Environments, Maria Kosmidou

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

The study of nanoporous materials has become a key aspect of nanotechnology due to their high surface-area-to-volume ratio, arising from the small size ligaments and pores that form the structure. Sensing, catalysis, micro-electromechanical systems (MEMS), medical applications, and materials for radiation environments are some of the applications for which nanoporous materials are considered great candidates. This work, performed at the Ion Beam Laboratory (IBL) at Sandia National Laboratories (SNL), examines the effect of heavy and light ion irradiation exposure on nanoporous Au. Radiation damage accumulation is observed with real-time recording of the creation, migration, and removal of the radiation-induced defects …

Electrochemical Performance Of Biomass-Derived Activated Carbon Supercapacitor Under Compression, Yulin Zhang

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Supercapacitors are important energy storage device of high-power density, fast charge/discharge rate, environmental friendliness and long service life. Currently, flexible supercapacitors have attracted widespread interest in academia and industry. Supercapacitors under the action of external force will inevitably cause structural changes, performance degradation and even loss of energy storage and supply functionalities. As the most abundant renewable resource so far, biomass is an important energy source for human survival and development. Most electrode materials for supercapacitors are porous activated carbons, which can be derived from abundant renewable biomass, contributing to the sustainable development of society and environmental protection. This thesis …

The Development Of Structural Hollow Carbon Fibers From A Multifilament Segmented Arc Spinneret: Precursors, Oxidation, And Carbonization, Elizabeth Ashley Morris

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Carbon fiber is an ideal material for structural applications requiring high strength and stiffness and low weight. Yet it has seen only incremental improvements in properties over the last few decades. Carbon fibers remain limited in attaining their theoretical tensile strength and modulus, largely due to defects in their structure, some of which stem from the fiber production process itself. Through the mitigation of defect formation as well as approaches to decrease fiber linear density, it is hypothesized that carbon fiber with enhanced specific properties, including specific strength and modulus, could be produced which would significantly propel its unique capabilities. …

การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงจากขั้วไฟฟ้าแบตเตอรี่แอลคาไลน์ที่ใช้งานแล้วสำหรับการสลายสีย้อมอินทรีย์, ฉันท์สินี บัวเพ็ชร

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้เน้นศึกษาการพัฒนาซิงก์ออกไซด์และซิงก์แมงกานีสออกไซด์จากขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่แอลคาไลน์ที่ผ่านการใช้งานแล้วและแคลเซียมคาร์บอเนตจากเปลือกไข่เหลือทิ้งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสง โดยแบ่งงานวิจัยออกเป็น 3 ส่วน คือ (1) การเตรียมซิงก์ออกไซด์จากผงขั้วแอโนดของแบตเตอรี่แอลคาไลน์ที่ผ่านการใช้งานแล้วผ่านกระบวนการเผาแคลไซน์ที่อุณหภูมิ 500-800 องศาเซลเซียส ผลการวิเคราะห์โครงสร้างผลึกและเฟสด้วยเทคนิค XRD พบเฟส wurtzite และมีเฟสเดียวกับซิงก์ออกไซด์นาโนทางการค้า (ZnO-C) เมื่อทดสอบสมบัติการเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงโดยการกำจัดสีย้อมเมทิลีนบลู ภายใต้การฉายแสง UV พบว่า ZnO-600 ให้ประสิทธิภาพสูงสุดเทียบเท่ากับ ZnO-C โดยมีประสิทธิภาพอยู่ที่ 87% ที่เวลา 240 นาที (2) การเตรียมซิงก์แมงกานีสออกไซด์จากผงขั้วแคโทดและผงรวมขั้วของแบตเตอรี่แอลคาไลน์ที่ผ่านการใช้งานแล้วผ่านกระบวนการเผาแคลไซน์ที่อุณหภูมิ 600-1000 องศาเซลเซียส ผลการวิเคราะห์โครงสร้างผลึกและเฟสด้วยเทคนิค XRD พบเฟส ZnMn2O4 เป็นเฟสหลัก แต่เมื่อนำมาทดสอบสมบัติการเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงภายใต้การฉายแสง Visible พบว่าไม่มีสมบัติการเร่งปฏิกิริยาเชิงแสง (3) การเตรียมวัสดุเชิงประกอบ ZnO/CaCO3 โดยใช้ซิงก์ออกไซด์จากผงขั้วแอโนดของแบตเตอรี่แอลคาไลน์ที่ผ่านการใช้งานแล้ว และแคลเซียมคาร์บอเนตจากเปลือกไข่เหลือทิ้ง เมื่อทดสอบสมบัติการเร่งปฏิกิริยาเชิงแสง พบว่าวัสดุเชิงประกอบที่เตรียมได้ให้ประสิทธิภาพการกำจัดสีย้อมเมทิลีนบลูภายใต้การฉายแสง UV สูงขึ้นอยู่ที่ 99% ที่เวลา 240 นาที ซึ่งคาดว่าเกิดจากแคลเซียมคาร์บอเนตสามารถลดการรวมตัวกันระหว่างอิเล็กตรอนกับโฮล

การเตรียมเซรามิกแคลเซียมซิลิเกตความหนาแน่นต่ำสำหรับงานฉนวนความร้อนทนไฟโดยใช้เถ้าแกลบ, ชญานิน นิสัยมั่น

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้สนใจการนำของเสียจากอุตสาหกรรมมาใช้เป็นวัสดุทดแทนวัตถุดิบดั้งเดิมในการเตรียมผลิตภัณฑ์แคลเซียมซิลิเกต ได้แก่ เถ้าแกลบ ซึ่งเป็นวัตถุดิบทางเลือกที่ให้ซิลิกาอสัญฐาน เปรียบเทียบกับการใช้ทรายบดที่เป็นวัตถุดิบดั้งเดิม และยิปซัมจากแม่พิมพ์ปูนปลาสเตอร์ใช้แล้ว การเตรียมผลิตภัณฑ์แคลเซียมซิลิเกตโดยทั่วไปจะเตรียมโดยการทำปฏิกิริยาระหว่างซิลิกาและแคลเซียมออกไซด์ภายใต้สภาวะไฮโดรเทอมัลที่มีแรงดันสูง งานวิจัยนี้จะศึกษาผลของการเติมยิปซัมต่อการเกิดเฟสในชิ้นงานแคลเซียมซิลิเกต โดยใช้เถ้าแกลบและทรายบดเป็นวัตถุดิบตั้งต้นที่ให้ซิลิกา นอกจากนี้ยังศึกษาผลของเวลาในการนึ่งอัดไอและผลการเติมปูนซีเมนต์ขาวเพิ่มเติมด้วย การเตรียมชิ้นงานเตรียมโดยการผสมวัตถุดิบตั้งต้นในอัตราส่วนแคลเซียมออกไซด์ต่อซิลิกาเท่ากับ 1:1 โดยโมล ใส่เส้นใยเซรามิก ร้อยละ 2.5 และเส้นใยกระดาษยูคาลิปตัส ร้อยละ 2.5 โดยน้ำหนัก เพื่อเป็นตัวช่วยเสริมแรงผสมกับน้ำ จากนั้นนำไปหล่อและบ่มเป็นเวลา 2 วัน และนำไปบ่มในหม้อนึ่งอัดไอที่อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 10 และ 20 ชั่วโมง อบแห้งชิ้นงานที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 24 ชั่วโมง จากนั้นนำชิ้นงานไปทดสอบสมบัติทางกายภาพ วิเคราะห์องค์ประกอบเฟส และวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาค พบว่า การเติมยิปซัมสามารถช่วยในการเกิดเฟสโทเบอร์โมไรต์ได้ แต่ทำให้โครงสร้างจุลภาคของโทเบอร์โมไรต์เกิดการเปลี่ยนแปลงเช่นเดียวกับผลของการเติมปูนซีเมนต์ อีกทั้งเถ้าแกลบสามารถใช้เป็นวัตถุดิบทางเลือกที่ให้ซิลิกาได้ โดยในงานวิจัยนี้สูตรที่ดีที่สุดคือสูตร RHA0 อุณหภูมิการนึ่งอัดไอ 200 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 10 ชั่วโมง มีค่าความหนาแน่น 0.19 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ค่าความแข็งแรงต่อการดัดโค้ง 737 กิโลพาสคัล ค่าการหดตัวหลังเผาของชิ้นงานที่ 649 องศาเซลเซียส ร้อยละ 0.65 ค่าการนำความร้อน 0.063 วัตต์ต่อเมตรเคลวิน

ผลของสารประกอบฟอสเฟตเป็นสารเติมแต่งเผาผนึกเฟสของเหลวต่อสมบัติของเซรามิกอะลูมินา, ชญานิษฐ์ ศรีประดิษฐ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

วัสดุเซรามิกความหนาแน่นสูงมีการใช้งานอย่างกว้างขวาง เช่น วัสดุทนไฟ ฉนวนไฟฟ้า หรือวัสดุทางการแพทย์ เนื่องจากมีสมบัติทางเคมีและกายภาพที่โดดเด่น เช่น ความเป็นฉนวนไฟฟ้า ความเสถียรทางความร้อนที่อุณหภูมิสูง และมีความเสถียรต่อสารเคมี งานวิจัยนี้มุ่งเน้นที่จะศึกษาเรื่องการลดอุณหภูมิในการเผาโดยการเติมสารช่วยเผาผนึกเฟสของเหลวเพื่อให้เกิดอะลูมินาความหนาแน่นสูง กลุ่มสารประกอบฟอสเฟตที่ศึกษาประกอบด้วย โมโนแอมโมเนียมฟอสเฟต แคลเซียมฟอสเฟตโมโนเบสิคโมโนไฮเดรตและโซเดียมไตรพอลิฟอสเฟต ซึ่งสารละลายกลุ่มฟอสเฟตมีความสามารถในการละลายน้ำส่งผลให้การผสมมีความสม่ำเสมอ วิธีการทดลองแบ่งเป็น 2 ส่วนคือ 1) ขึ้นรูปชิ้นงานด้วยวิธีการอัดแห้ง และ 2) การขึ้นรูปด้วยกระบวนการอัดรีด ขั้นแรกคือการผสมสารประกอบฟอสเฟตที่อัตราส่วนต่างๆในช่วงร้อยละ 5-15 โดยน้ำหนัก กับผงอะลูมินาขนาดอนุภาคเฉลี่ย 2.5 ไมโครเมตร อัดขึ้นรูปชิ้นงานอะลูมินาด้วยเครื่องอัดทิศทางเดียวที่ความดัน 50 MPa ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 มิลลิเมตร จากนั้นนำไปเผาผนึกที่อุณหภูมิช่วง 1500-1600 oC เป็นเวลา 2 ชั่วโมง อัตราการเพิ่มอุณหภูมิคือ 5 oC/min พบว่าอัตราส่วนที่ดีที่สุดคือการเติมสารประกอบฟอสเฟตร้อยละ 10 โดยน้ำหนักที่อุณหภูมิ 1600 oC ส่งผลให้อะลูมินามีความหนาแน่น 3.67 g/cm3 และการดูดซึมน้ำอยู่ที่ 0.12% ดังนั้นจึงทำการเลือกเงื่อนไขนี้ในการนำมาผลิตเนื้อดินปั้นสำหรับการขึ้นรูปด้วยกระบวนการอัดรีด พบว่าปริมาณสารละลายเชื่อมประสานที่เหมาะสมคือช่วง 18-20 กรัม สามารถขึ้นรูปชิ้นงานอะลูมินาได้ความหนาแน่นเท่ากับ 3.40 g/cm3 การดูดซึมน้ำเท่ากับ 0.12% ค่าความแข็งแรงเท่ากับ 103.00 MPa

การสังเคราะห์แมงกานีสไดออกไซด์จากแบตเตอรี่สังกะสีคาร์บอนและแบตเตอรี่แอลคาไลน์ที่ผ่านการใช้งานแล้วสำหรับการใช้งานในแบตเตอรี่สังกะสีไอออน, ชัยธวัช ไวยคณี

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้จะเน้นศึกษาการกู้คืนแมงกานีสที่อยู่ในผงอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่ชนิดปฐมภูมิชนิดแบตเตอรี่แอลคาไลน์และแบตเตอรี่สังกะสีคาร์บอนที่ใช้งานแล้ว ให้กลับมาใช้ใหม่โดยใช้วิธีการชะละลายด้วยกรด ซึ่งได้มีการปรับสภาวะในการชะละลาย ได้แก่ อุณหภูมิการชะละลาย (อุณหภูมิห้องและ 80 oC) สัดส่วนของแข็งต่อของเหลวโดยน้ำหนัก (1:20 – 1:5) ความเข้มข้นกรดซัลฟิวริก (0.5 M-10 M) และการเติมตัวรีดิวซ์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการชะละลายแมงกานีส (ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และ โซเดียมซัลไฟด์) ผลของประสิทธิภาพการชะละลายแมงกานีสด้วยกรด (LE) พบว่ามีค่าอยู่ในช่วง 15-78 % ในกรณีของแบตเตอรี่แอลคาไลน์ และ 27-88 % ในกรณีของแบตเตอรี่สังกะสีคาร์บอน โดยค่า LE สูงที่สุดของแบตเตอรี่ทั้งสองชนิดคือ การชะละลายในสภาวะการเติมไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ความเข้มข้น 0.6 M จากนั้นจะใช้สารละลายที่ได้จากการชะละลายด้วยกรดเป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์แมงกานีสไดออกไซด์ด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มัลที่สภาวะต่างๆ พบว่าประสิทธิภาพของการกู้คืนแมงกานีสโดยรวม (OE) ในทุกสภาวะจะอยู่ในช่วง 8-85% และสภาวะการชะละลายจะส่งผลต่อเฟสและโครงสร้างจุลภาคของแมงกานีสไดออกไซด์ที่เตรียมได้ ซึ่งค่า OE สูงที่สุดจะได้จากการสังเคราะห์ด้วยโดยการใช้สารละลายที่ได้จากการชะละลายด้วยการใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นตัวรีดิวซ์ เติมแอมโมเนียมซัลเฟตและแอมโมเนียมเปอร์ซัลเฟตที่อุณหภูมิ 140 oC เป็นเวลา 24 h ซึ่งได้แมงกานีสไดออกไซด์เฟส α-MnO2 เมื่อนำแมงกานีสไดออกไซด์จากการรีไซเคิลไปใช้ในขั้วแคโทดของแบตเตอรี่สังกะสีไอออนแบบเซลล์มาตรฐาน CR2025 พบว่าเฟสและโครงสร้างจุลภาคของแมงกานีสไดออกไซด์ส่งผลต่อความจุไฟฟ้าจำเพาะ โดยพบว่าแมงกานีสไดออกไซด์เฟส γα-MnO2 ที่รีไซเคิลจากแบตเตอรี่แอลคาไลน์จะให้ความจำจุไฟฟ้าจำเพาะสูงที่สุด

ผลการใช้พิทเชอร์แทนที่ทรายบดละเอียดต่อสมบัติของวัสดุเปเปอร์กรีต, นภัสสร แสวงศิริผล

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

วัสดุเปเปอร์กรีตเป็นวัสดุก่อสร้างทางเลือกใหม่ประกอบไปด้วยกระดาษรีไซเคิลผสมกับปูนซีเมนต์ซึ่งมีสมบัติมีความเป็นฉนวนกันเสียงและความร้อนที่ดี รวมทั้งมีน้ำหนักเบากว่าเมื่อเทียบกับคอนกรีตแบบดั้งเดิม ในขณะเดียวกันปัจจุบันเศษเซรามิกที่ผ่านกระบวนการเคลือบและเผามาแล้วหรือที่รู้จักกันในชื่อของเซรามิกพิทเชอร์เป็นของเสียที่เกิดจากอุตสาหกรรมเซรามิก และยังรวมไปถึงอุตสาหกรรมเครื่องดื่มที่สร้างเศษกระดาษฉลากเหลือทิ้งจากขวดแก้วบรรจุภัณฑ์ในกระบวนการล้างทำความสะอาดสำหรับการนำบรรจุภัณฑ์กลับมาใช้ใหม่ ซึ่งก่อให้เกิดขยะเศษกระดาษในปริมาณมากของแต่ละปี ในงานวิจัยนี้จึงสนใจที่จะนำเศษกระดาษฉลากเหลือทิ้งผสมใช้แทนที่ปูนซีเมนต์บางส่วน และพิทเชอร์ที่ได้รับจากจานสโตนแวร์ที่แตกหักถูกนำไปบดละเอียดแล้วมาใช้แทนที่ทรายบดละเอียดในการผลิตวัสดุเปเปอร์กรีตเพื่อพัฒนาเป็นวัสดุก่อสร้างที่มิตรต่อสิ่งแวดล้อม อัตราส่วนวัตถุดิบปูนซีเมนต์ต่อทรายบดละเอียดต่อกระดาษต่อน้ำ คือ 1 : 1 : 0.3 : 2 และเซรามิกพิทเชอร์แทนที่ทรายในอัตราส่วนร้อยละ 25, 50, 75, และ 100 โดยน้ำหนัก ทำการศึกษาเปรียบเทียบตัวอย่างที่บ่มในบรรยากาศชื้นเป็นเวลา 7 วัน และตัวอย่างที่บ่มออโตเคลฟที่อุณหภูมิ 160 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง พบว่าชิ้นงานที่ผ่านการบ่มในบรรยากาศชื้นและมีการแทนที่พิทเชอร์ในปริมาณร้อยละ 75 ให้ค่าความต้านทานแรงดัดสูงที่สุดที่ 8.63 MPa ความหนาแน่นที่ 1.56 g/cm3 และมีค่าดูดซึมน้ำร้อยละ 20.53 นอกจากนี้พบว่าการทดลองใช้เส้นใย PVA ร่วมกับการใช้กระดาษฉลากส่งผลให้ชิ้นงานมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นมากกว่าการใช้กระดาษฉลากเพียงอย่างเดียว โดยจากภาพโครงสร้างจุลภาคของชิ้นงานที่มีการแทนที่ด้วยพิทเชอร์ทั้งหมดมีการฟอร์มตัวของสารประกอบแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรตและพอร์ตแลนไดต์แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการใช้เซรามิกพิทเชอร์เป็นวัสดุปอซโซลาน

การเตรียมไส้กรองน้ำคาร์บอนจากถ่านไม้ไผ่เคลือบด้วยซิลิคอนคาร์ไบด์และโฟโตคะตะลิสต์ซิลิกา/กราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์, อทิตา ตะโพธิ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาการเตรียมไส้กรองน้ำคาร์บอนจากถ่านไม้ไผ่เคลือบด้วยซิลิคอนคาร์ไบด์และโฟโตคะตะลิสต์ SiO2/g-C3N4 ซึ่งประกอบด้วย 4 ส่วน ดังต่อไปนี้ 1) การเตรียมไส้กรองน้ำคาร์บอนจากไม้ไผ่โดยการเผาคาร์บอไนเซชัน หลังจากนั้นเคลือบด้วยซิลิกาจากแกลบข้าวโดยกระบวนการตกสะสมอิเล็กโทรโฟรีติก (EPD) 2) การสังเคราะห์ซิลิคอนคาร์ไบด์บนผิวของไส้กรองคาร์บอน ถูกเตรียมโดยนำไส้กรองคาร์บอนที่เคลือบด้วยซิลิกาแล้วมาเผาที่อุณหภูมิ 1400 1500 และ 1600 องศาเซลเซียส ในบรรยากาศอาร์กอน คงที่ 1 2 และ 3 ชั่วโมง 3) การสังเคราะห์สารโฟโตคะตะลิสต์ชนิด SiO2/g-C3N4 ถูกเตรียมด้วย 2 วิธี คือ (1) บดผสมเป็นเวลา 24 ชั่วโมงระหว่าง g-C3N4 ที่สังเคราะห์จากยูเรีย กับผงซิลิกา และ (2) บดผสมยูเรียกับซิลิกาแล้วเผาที่อุณหภูมิ 600 องศาเซลเซียส คงที่ 2 ชั่วโมง ในบรรยากาศไนโตรเจน ส่วนสุดท้าย 4) การเคลือบสารโฟโตคะตะลิสต์ SiO2/g-C3N4 ด้วยวิธี EPD จากการทดลองพบว่า เมื่อนําไส้กรองคาร์บอนที่เคลือบด้วยซิลิกาไปสังเคราะห์ซิลิคอนคาร์ไบด์ มีการเกิดซิลิคอนคาร์ไบด์ขึ้นตั้งแต่อุณหภูมิ 1400 องศาเซลเซียส คงที่ 1 ชั่วโมง และมีซิลิคอนคาร์ไบด์นาโนไวร์เกิดขึ้นที่ผิวของถ่านไม้ไผ่ร่วมด้วย โดยซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ได้เป็นชนิดบีตาและที่ 1400 องศาเซลเซียส คงที่ 2 ชั่วโมง มีค่าความแข็งแรงสูงที่สุดเท่ากับ 14.10 เมกะพาสคัล การสังเคราะห์สารโฟโตคะตะลิสต์ SiO2/g-C3N4 พบว่าวิธีที่ 1 ปริมาณซิลิกาที่เหมาะสมในการเติมเพื่อบดผสมกับ g-C3N4 คือ ร้อยละ 5 โดยน้ำหนัก ซึ่งการเติมซิลิกาด้วยวิธีที่ 1 ทําให้ g-C3N4 มีความเป็นผลึกที่สูงขึ้น และวิธีที่ 2 การไพโรไลซิสพบว่าปริมาณการเติมซิลิกาที่เหมาะสมคือร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก สามารถลดพลังงานแถบช่องว่าง และจากผลการทดสอบความสามารถการย่อยสลายเมทิลีนบลูในเวลา 7 ชั่วโมง พบว่าวิธีที่ 1 และ 2 …

ผลของอุณหภูมิและเวลาการอบอ่อนที่มีต่อโครงสร้างและประสิทธิภาพการกักเก็บประจุสังกะสีไอออนของผงทังสเตน, กอกฤษต สองเมือง

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

แบตเตอรี่สังกะสีไอออนแบบชาร์จได้ (ZIB) ถือเป็นหนึ่งในอุปกรณ์กักเก็บพลังงานที่น่าสนใจ เนื่องจากมีคุณสมบัติด้านความปลอดภัยและคุ้มค่าของราคา อย่างไรก็ตาม งานวิจัยศึกษาวัสดุแคโทดของแบตเตอรี่ ZIB เพื่อให้ได้แบตเตอรี่ที่มีความจุสูงและหมุนเวียนนั้นยังมีไม่แพร่หลาย ดังนั้นการศึกษาวัสดุแคโทดยังคงต้องการการศึกษาเพิ่มเติม ในงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาขั้วแคโทดสำหรับใช้ในแบตเตอรี่ ZIB โดยใช้ทังสเตนออกไซด์เป็นวัสดุแคโทดสำหรับ ZIB จากงานวิจัยพบว่าขั้วแคโทดทังสเตนออกไซด์ให้ค่าความจุของแบตเตอรี่อยู่ที่ 158 mA h g-1 ณ กระแส 0.1A g-1 อีกทั้งมีประสิทธิภาพการใช้ซ้ำที่ 96% ในการทดสอบจนถึง 1,000 รอบ และมีค่าความหนาแน่นของพลังงานที่โดดเด่น อยู่ที่ 102Wh kg-1 ที่ 116 W kg-1 นอกจากนี้ งานวิจัยนี้ยังแสดงให้เห็นภาพจำลองกลไกในการแทรกตัวของสังกะสีไอออน Zn2+ แบบย้อนกลับในโครงสร้างขั้วแคโทด ดังนั้นงานวิจัยนี้ถือเป็นแนวทางการศึกษาและออกแบบเพื่อใช้ทังสเตนออกไซด์เป็นขั้วแคโทดในแบตเตอรี่ ZIB ที่มีสมรรถนะสูง

การผลิตโฟมอะลูมิเนียมโดยใช้ลูกบอลเกลือที่ออกแบบเป็นตัวสร้างรูพรุน, จุฑานนท์ บุญประเสริฐ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อศึกษากระบวนการผลิตโฟมอะลูมิเนียมที่มีโครงสร้างรูพรุนแบบเปิดด้วยการใช้ลูกบอลเกลือเป็นตัวสร้างรูพรุนรวมถึงสมบัติทางกลของโฟมอะลูมิเนียม โดยเริ่มต้นศึกษาการผลิตและสมบัติของลูกบอลเกลือซึ่งมีรูปร่างทรงกลม โดยเลือกใช้ลูกบอลเกลือเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 mm และอะลูมิเนียมผสมเกรด ADC 12 เพื่อนำไปผลิตโฟมอะลูมิเนียมด้วยวิธีการหล่อแบบแทรกซึมที่ใช้ความดันที่อุณหภูมิ 650 และ 700°C โดยใช้แรงดันจากแก๊สอาร์กอน 1 และ 2 bar และใช้ระยะเวลาหลอม 10 และ 30 นาที ผลการศึกษาสมบัติของลูกบอลเกลือพบว่าโครงสร้างจุลภาคของลูกบอลเกลือหลังการเผาผนึกมีความเป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้น ส่งผลให้ความแข็งแรงอัดของลูกบอลเกลือสูงขึ้น กระบวนการผลิตนี้สามารถผลิตโฟมอะลูมิเนียมที่มีรูพรุนแบบเปิดได้ ซึ่งโครงสร้างของชิ้นงานโฟมจะมีโพรงอากาศขนาดใหญ่เนื่องจากการแทรกซึมของน้ำโลหะอะลูมิเนียมเพียงบางส่วนในชิ้นงานเมื่อใช้อุณหภูมิ 650°C ความดัน 1 bar และเวลา 10 นาที โครงสร้างจุลภาคของชิ้นงานโฟมประกอบด้วยเนื้อพื้นเมตริกซ์อะลูมิเนียมที่มีเฟสซิลิกอนกระจายตัวอยู่ นอกจากนี้ ความแข็งแรงอัดของโฟมอะลูมิเนียมขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ แรงดัน และเวลาที่ใช้ในการผลิต โดยที่อุณหภูมิ 700°C ชิ้นงานส่วนใหญ่มีความแข็งแรงจุดครากสูงกว่าชิ้นงานที่อุณหภูมิ 650°C และส่งผลให้การดูดซับพลังงานของชิ้นงานใกล้เคียงกันมากขึ้น เช่นเดียวกับการเพิ่มแรงดันจาก 1 เป็น 2 bar ในขณะที่ระยะเวลาในการหล่อชิ้นงานส่งผลให้ความแข็งแรงจุดครากของชิ้นงานใกล้เคียงกันมากขึ้น และทำให้การดูดซับพลังงานของชิ้นงานสูงขึ้น เมื่อเพิ่มระยะเวลาการหล่อจาก 10 เป็น 30 นาที

การศึกษาผลของการเจือซิลิกอนในกระบวนการอะลูมิไนซิงแบบผงโดยใช้ผงซิลิกอนไดออกไซด์ต่อโครงสร้างจุลภาค และพฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันของชั้นสารประกอบเชิงโลหะนิกเกิล-อะลูมิเนียมบนโลหะผสมพิเศษ In800ht, ณัฐพงษ์ หนันต๊ะ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ในงานวิจัยนี้ศึกษาผลของเติม SiO2 ในกระบวนอะลูมิไนซิงแบบผงชนิด high-activity โลหะผสมพิเศษ IN800HT ที่มีการเจือซิลิกอนในช่วง 0-37.5 at% อ้างอิงจากสัดส่วนของซิลิกอนที่ได้และอะลูมิเนียมที่เหลือจากปฏิกิริยารีดักชัน โดยวิเคราะห์ผ่านโครงสร้างจุลภาค องค์ประกอบทางเคมี และชนิดของสารประกอบอะลูมิไนด์ของชั้นเคลือบที่เกิดขึ้นจากการเตรียมที่อุณหภูมิ 1000 °C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง จากการทดลองพบว่า ชั้นเคลือบของตัวอย่างที่ไม่มีการเจือซิลิกอนประกอบไปด้วย 3 ชั้นย่อย คือ (i) ชั้นนอกที่ของผสมระหว่างสารประกอบอะลูนิไนด์ที่มีความเข้มข้นของอะลูมิเนียมสูง (ii) ชั้นกลางที่มีสารประกอบอะลูมิไนด์ hyperstoichiometric β-(Fe,Ni)Al เป็นหลัก และ (iii) ชั้น interdiffusion zone (IDZ) ที่เป็นชั้นในสุด ซึ่งบ่งบอกถึงการแพร่ของอะลูมิเนียมเข้าไปในโลหะผสมพิเศษ IN800HT ความหนาของแต่ละชั้นย่อยได้รับผลกระทบจากปริมาณ SiO2 ที่เติมลงไป การละลายของซิลิกอนในสารประกอบอะลูมิไนด์มีปริมาณน้อยกว่า 5 at.% เมื่อมีการเจือซิลิกอนในปริมาณสูงขึ้น จะเกิดการแยกตัวของซิลิกอน (Si segregation) บริเวณชั้น IDZ หรือพื้นที่แยกตัวในชั้นกลางของตัวอย่างที่มีการเจือซิลิกอน การเจือซิลิกอนในกระบวนการอะลูมิไนซิงแบบผงโดยใช้ซิลิกอนไดออกไซด์ประสบความสำเร็จเนื่องจากการลดลงของ thermodynamic activity ของ Al สำหรับการทดสอบ cyclic oxidation ที่อุณหภูมิ 1,000°C ภายใต้สภาวะบรรยากาศอากาศแห้งเป็นระยะเวลา 104 ชั่วโมง พบว่า ตัวอย่างที่มีการเจือซิลิกอนมีการเพิ่มขึ้นของน้ำหนักต่ำกว่าตัวอย่างที่ไม่มีการเจือซิลิกอน พฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันแบบ sub-parabolic growth เกิดขึ้นในกรณีของ (1) โลหะผสมพิเศษ IN800HT (3) ตัวอย่างที่ไม่มีการเจือซิลิกอน และ (3) เจือซิลิกอนในปริมาณ 37.5 at% มี ในขณะที่ตัวอย่างที่มีการเจือซิลิกอน 12.5 at% และ 25.0 at% มีพฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันแบบ linear growth เป็นหลัก