Materials Science and Engineering Commons^™

Tabletop Mechanical Tester, Jamie Dombroski, Brian English, Richard Leffler, Andrew Shirk

Williams Honors College, Honors Research Projects

The need for hands-on and face-to-face experiences in the engineering classroom is very great. The equations, principles, and concepts can all be learned, but without the visual and tactile application, these don’t always sink in or become concrete. A small-scale tensile test machine was designed, sourced, manufactured, and tested for the purpose of being applied in classroom settings to provide this experience to engineering students. Extensive research was performed concerning tensile machines on the market, the essential elements of which are the load cell, grips, crosshead, extensometer, motor, and frame. The raw materials for the frame were purchased and drawings …

Multiphysics Phase Field Modeling Of Electromigration, Zachary Morgan

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

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

A Review Of Open Source Ventilators For Covid-19 And Future Pandemics., Joshua M. Pearce

Michigan Tech Publications, Part 1

Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) threatens to overwhelm our medical infrastructure at the regional level causing spikes in mortality rates because of shortages of critical equipment, like ventilators. Fortunately, with the recent development and widespread deployment of small-scale manufacturing technologies like RepRap-class 3-D printers and open source microcontrollers, mass distributed manufacturing of ventilators has the potential to overcome medical supply shortages. In this study, after providing a background on ventilators, the academic literature is reviewed to find the existing and already openly-published, vetted designs for ventilators systems. These articles are analyzed to determine if the designs are open source both in …

Oxygen Transport Kinetics Of Surface Modified Mixed Conductor (La0.60sr0.40)0.95co0.20fe0.80o3-X As Solid Oxide Fuel Cell Cathode, Manuel Serrano Laguna

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

The oxygen transport kinetics of the electrodes of Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) are critical properties to achieve higher efficiencies in the cell. (La0.60Sr0.40)0.95Co0.20Fe0.80O3-x (LSCF) is a mixed ion-electron conductor material that is expected to be optimized and utilized as the cathode of the SOFC’s. The reason for LSCF to be considered as the next cathode material for SOFC is due to its high ionic and electronic conductivities, and high oxygen transport kinetics. Additionally, to the excellent properties that this material offers, it has been seen that the kinetic properties of the material can be further optimized by adding a …

Modulation Of Semiconductor Photoconversion With Surface Modification And Plasmon, Joeseph Martin Bright

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Semiconductor devices are the basis of modern technology. Semiconductor-based photoconversion devices that convert light into electrical signals have shown potential for light energy harvesting and conversion, environmental remediation, and sensors for detection of light, chemicals, and biological substances. Despite this potential for use in many applications, semiconductor photoconversion devices need further improvement in the photoconversion performance. This photoconversion improvement may be manifested as increased photoconversion efficiencies for light harvesting devices for power generation such as photovoltaics and photoelectrochemical (PEC) cells or improved photoconversion modulation to increase the sensitivity of semiconductor photoconversion-based sensors. In addition, alternative semiconductor materials to semiconductors that …

Magnetic Refrigerator Device Based On La (Fexcoysi1-X-Y)13, Khushar Javed

Theses and Dissertations

Particles of Lanthanum-iron-silicide, La (Fe_xCo_ySi_1-x-y)₁₃exhibit different magnetic properties when stored in air compared to the same stored in water. The sample with a nominal composition of La(Fe0_.842Co_0.073Si_0.084)₁₃was prepared by arc-melting from elements under argon atmosphere. In recent years, there has been research conducted on different processes that could drastically reduce energy costs of cooling and replacing gas compressors with magnetocaloric materials. Magnetization measurements were carried out on this magnetocaloric material to characterize it in order to design magnetic refrigerator device based on it. The …

Time-Of-Flight Depth-Resolved Imaging With Heralded Photon Source Illumination, Ximing Ren

Materials Science and Engineering Faculty Publications and Presentations

We demonstrate 3D time-of-flight imaging from a scattering target illuminated with a heralded single photon source. Our image reconstruction algorithm achieves millimeter depth resolution with only 0.3 average detected photons per image pixel.

Perspective On Coarse-Graining, Cognitive Load, And Materials Simulation, Eric Jankowski, Nealee Ellyson, Jenny W. Fothergill, Michael M. Henry, Mitchell H. Leibowitz, Evan D. Miller, Mone't Alberts, Jamie D. Guevara, Chris D. Jones, Mia Klopfenstein, Kendra K. Noneman, Rachel Singleton, Matthew L. Jones

Materials Science and Engineering Faculty Publications and Presentations

The predictive capabilities of computational materials science today derive from overlapping advances in simulation tools, modeling techniques, and best practices. We outline this ecosystem of molecular simulations by explaining how important contributions in each of these areas have fed into each other. The combined output of these tools, techniques, and practices is the ability for researchers to advance understanding by efficiently combining simple models with powerful software. As specific examples, we show how the prediction of organic photovoltaic morphologies have improved by orders of magnitude over the last decade, and how the processing of reacting epoxy thermosets can now be …

Determination Of Zirconium Oxide Chemistry Through Complementary Characterization Techniques, Corey M. Efaw, Reynolds Michael, Jordan L. Vandegrift, Kassiopeia Smith, Yaqiao Wu, Brian J. Jaques, Hongqiang Hu, Claire Xiong, Michael F. Hurley

Materials Science and Engineering Faculty Publications and Presentations

Nuclear energy has been increasingly recognized as an effective and low carbon-emission energy source. Nuclear reactors are susceptible to adverse effects, which can lead to potentially severe consequences, though they are low in probability. To ensure safety and improved monitoring of reactors, there have been increasing interests in developing sensors to monitor key parameters relating to the status within a reactor. In order to improve sensor accuracy, high-resolution characterization of cladding materials can be utilized to correlate with sensor output. A common issue with zirconium cladding is the so-called "breakaway phenomenon", a critical factor seen as the transition from an …

ผลของชั้นเคลือบ Tin ที่เตรียมจากวิธีการเคลือบไอทางกายภาพแบบ Dcms และ Hipims ต่อความต้านทานการกัดกร่อนของ Ti-6al-4v ที่ขึ้นรูปด้วยวิธีการพิมพ์สามมิติ, สุรดา นิสัยมั่น

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ไทเทเนียมผสม Ti-6Al-4V เป็นวัสดุทางชีวภาพที่นิยมใช้งานทางการแพทย์ที่ขึ้นรูปโดยการพิมพ์สามมิติถูกเคลือบฟิล์มบาง TiN ด้วยเทคนิค DC magnetron sputtering (DCMS) และ High power impulse magnetron sputtering (HiPIMS หรือ HPPMS) ซึ่งเป็นหนึ่งในเทคนิคการเคลือบไอทางกายภาพ (PVD) โดยเวลาในกระบวนการเคลือบผิวแตกต่างกันคือ 5, 10 และ 25 นาที เทคนิค HiPIMS เป็นเทคนิคการเคลือบผิวที่ได้รับการพัฒนามาจากเทคนิค DCMS แต่เนื่องจาก HiPIMS เกิดการไอออนไนเซชันจากพัลส์พลังงานสูง ความหนาแน่นพลังงานสูงที่ส่งไปยังวัสดุเป้าหมายนั้นอยู่ในระดับ kW/cm2 ในขณะที่เทคนิค DCMS มีความหนาแน่นพลังงานในระดับ W/cm2 สมบัติทางกายภาพและสมบัติทางกลของชั้นเคลือบ TiN ถูกตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนภาคสนาม (FE-SEM), X-ray diffractrometer (XRD), กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) และทดสอบสมบัติการยึดติด (Scratch test) พฤติกรรมการกัดกร่อนตรวจสอบด้วย electrochemical impedance spectroscopy (EIS), potentiodynamic polarization และ Accelerated cyclic electrochemical technique (ACET) ทดสอบภายใต้สารละลายโซเดียมคลอไรด์ ความเข้มข้น 1 โมลาร์ การเคลือบผิวด้วยเทคนิค HiPIMS นำไปสู้โครงสร้างชั้นเคลือบลักษณะอิควิแอกซ์ที่หนาแน่นมากกว่าโครงสร้างคอลัมนาร์จากเทคนิค DCMS และเทคนิค HiPIMS ยังนำไปสู่การเพิ่มสมบัติทางกลและสมบัติความต้านทานการกัดกร่อนที่ดียิ่งขึ้น นอกจากนี้เวลาที่ใช้ในกระบวนการเคลือบที่นานมากขึ้น นำไปสู่ความต้านทานการกัดกร่อนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ผลของซิลิกาจากเถ้าแกลบต่อสมบัติทางกลของมอร์ต้าเมื่อสัมผัสอุณหภูมิสูง, กันตพงศ์ บุญทวี

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้เป็นการนำเถ้าแกลบ ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการนำแกลบข้าวเผาเป็นเชื้อเพลิงในโรงสีข้าว โดยนำมาประยุกต์ใช้ในการเป็นวัตถุดิบสำหรับทดแทนการใช้ปูนซีเมนต์ เพื่อผลิตเป็น มอร์ต้า สำหรับทดสอบความสามารถในการรับแรงอัดเมื่อได้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง ซึ่งงานวิจัยนี้แบ่งออกเป็น สอง ส่วน ส่วนที่หนึ่ง เป็นการศึกษาคุณลักษณะและเตรียมเถ้าแกลบที่ได้จากโรงสีข้าวสำหรับในการนำไปผสมปูนซีเมนต์ โดยจะตรวจสอบสารปะกอบทางเคมีของเถ้าแกลบ ด้วย เครื่องวิเคาะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRF) ผลที่ได้เถ้าแกลบมีปริมาณ ซิลิกาสูงถึง 93.5 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนัก ซึ่งจะเตรียมเถ้าแกลบผ่านตระแกรงร่อนทั้งหมด 3 เบอร์ โดยจะผสมกับปูนซีเมนต์ที่ปริมาณ 5% 10% และ 15% ของน้ำหนักปูนซีเมนต์ ส่วนที่สอง เป็นการศึกษาสมบัติทางกลและคุณลักษณะของปูนซีเมนต์ผสมเถ้าแกลบก่อนและหลังผ่านอุณหภูมิสูง ที่อายุบ่ม 28 วัน ด้วย กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกวาด (SEM) และเครื่องวิเคาะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) โดยจะให้ความร้อนชิ้นงาน ที่ 400๐C และ 800๐C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง และ ตรวจสอบกำลังอัด กับคุณลักษณะของมอร์ต้า ผลที่ได้มอร์ต้าผสมเถ้าแกลบกำลังอัดมีค่ามากกว่ามอร์ต้าแบบไม่ผสมเถ้าแกลบ ที่อุณหภูมิ 400๐C แต่ที่อุณหภูมิ 800๐C จะมีกำลังอัดใกล้เคียงกัน แต่กำลังอัดโดยรวมที่สูญเสียไปจากการได้รับความร้อน มอร์ต้าที่ผสมเถ้าแกลบมีการสูญเสียกำลังอัดน้อยกว่ามอร์ต้าแบบไม่ผสมเถ้าแกลบ และ จากผลการทดสอบกำลังอัดของมอร์ต้าผสมเถ้าแกลบที่อายุบ่ม 200 วัน พบว่ามีกำลังอัดเพิ่มขึ้นจากการบ่ม 28 วัน ส่วนแนวโน้มของความสามารถในการทนความร้อนเป็นลักษณะเดียวกันกับมอร์ต้าที่บ่ม 28 วัน

Redox-Active Porous Organic Materials For Electrochemical Energy Storage Applications, K. Shamara Weeraratne

Theses and Dissertations

As the demand for renewable energy technologies grows, so does the need for cheaper, more efficient rechargeable batteries to store the energy. While lithium-ion battery (LIBs) technology is well established, it suffers from limited lithium supplies. Furthermore, the highly toxic transition metals used in the electrodes places a huge burden on the environment. Therefore, replacing lithium with more economical sodium metal in rechargeable batteries (i.e. sodium-ion batteries, SIBs) has garnered considerable attention. Despite the fact that sodium and lithium share similar electrochemical properties, which may cause the transition from lithium to sodium easier, the larger ionic radius of Na^{+ …}

Generation Of Warm Dense Plasma On Solar Panel Infrastructure In Exo-Atmospheric Conditions, Harrison C. Wenzel

Theses and Dissertations

The use of a weaponized thermo-nuclear device in exo-atmospheric conditions would be of great impact on the material integrity of orbiting satellite infrastructure. Particular damage would occur to the multi-layered, solar cell components of such satellites. The rapid absorption of X-ray radiation originating from a nuclear blast into these layers occurs over a picosecond time scale and leads to the generation of Warm Dense Plasma (WDP). While incredibly difficult and costly to replicate in a laboratory setting, a collection of computational techniques and software libraries may be utilized to simulate the intricate atomic and subatomic physics characteristics of such an …

Structure, Morphology And Composition-Property Elucidation Of Ni–Mo And Ni−Mo−P Nanocrystals For Water Splitting Reactions And Group Iv Alloy And Silicate Nanocrystals For Visible To Near Ir Optoelectronics, Ebtesam Hassan Abuelenein Eladgham

Theses and Dissertations

Abstract

Structure, Morphology and Composition-Property Elucidation of Ni–Mo and Ni−Mo−P Nanocrystals for Water Splitting Reactions and Group IV Alloy and Silicate Nanocrystals for Visible to Near IR Optoelectronics

by

Ebtesam Hassan Abuelenein Eladgham

A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy at Virginia Commonwealth University.

Advisor: Indika U Arachchige

Associate Professor, Department of Chemistry

Nanomaterials have gained a great attention because of their unique physical properties with size intermediate between molecular materials and extended solids. They have a large surface to volume ratio and display size tunable physical properties that was not …

Mo6s8-Based Single-Metal-Atom Catalysts For Methanol Synthesis From Steam Reforming Of Methane, H. T. Zhang Zhang

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

The surge of methane as the major component of natural gas and a dominant greenhouse gas calls for the development of efficient strategy to convert it into valuable liquid chemicals such as methanol. However, the current industrial method for methanol synthesis, which consists of the stream reforming of methane (SRM) to syngas and the followed reaction of syngas to methanol, is rather energy-intensive. Direct conversion of methane into methanol (DMTM) is highly desirable in terms of energy efficiency and economy. DMTM with water as oxidant, i.e. SRM to methanol, is a promising solution but the development highly efficient and selective …

A Hybrid Electronic Nose System Based On Metal Oxide Semiconductor Gas Sensors And Compact Paper-Pased Colorimteric Sensors For Volatile Organic Compounds Classification, Aung Khant Maw

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Commercial metal oxide semiconductor (MOS) sensors usually employed in electronic noses (e-noses) are well known for being low-cost, portability, and ease of use. However, these sensors can only identify a limited number of odors due to insufficient selectivity. Recent studies improved the selectivity by jointly integrating the MOS sensors with additional sensor sources. However, the published hybrid systems involved complex fabrication and measurement procedures. On the contrary, this work utilizes paper-based colorimetric sensors which are simpler and easier to use. This proposed hybrid system consists of 8 commercial metal oxide sensors and a paper-based colorimetric sensor coated with phenol red, …

Effects Of Thiosulfate In Artificial Seawater On Corrosion Behaviour Of 25cr-3ni-7mn-0.66n New Duplex Stainless Steel, Songkran Vongsilathai

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

In this research, the 25Cr-3Ni-7Mn-0.66N new duplex stainless steel (DSS) was fabricated by the vacuum arc re-melting (VAR) process, then deformed by hot-forging process, and subsequently heat-treated at 1250°C for 1 hr + water quenched + 1050°C for 1.5 hr + water quenched., based on the calculation of the phase diagram by Thermo-Calc software. The material characterisations and chemical compositions were examined by various methods. The corrosion behaviours of the new duplex in artificial seawater (ASW) after ASTM D1141 and in artificial seawater mixing with thiosulfate was studied at 25°C and compared with that of the 2205 standard DSS by …

การยับยั้งการก่อตัวของเดนไดรต์ของขั้วสังกะสีแอโนดโดยการเติมกราฟีนออกไซด์ในอิเล็กโทรไลต์สำหรับแบตเตอร์รี่ที่ชาร์จไฟได้ชนิดซิงค์ไอออน, จัฟนี อับดุลลา

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

แบตเตอรี่ซิงค์-ไอออนแบบชาร์จไฟได้ (ZIBs) กำลังได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากสังกะสีเป็นธาตุที่อุดมสมบูรณ์มาก ซึ่งกระจายไปทั่วโลกและมีราคาถูกกว่าธาตุอื่นๆ ที่ใช้เป็นอิเล็กโทรดในแบตเตอรี่ ทำให้ ZIB มีต้นทุนต่ำและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ปัญหาประการหนึ่งคือการก่อตัวของเดนไดรต์สังกะสี (Zinc dendrites) บนแอโนดของสังกะสีในระหว่างกระบวนการประจุ/การคายประจุ (Charge/discharge process) ด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จึงลดลง นำไปสู่ปัญหาด้านความปลอดภัยที่ร้ายแรงเนื่องจากเกิดไฟฟ้าลัดวงจร วิทยานิพนธ์นี้อธิบายการเพิ่มอนุภาคกราฟีนออกไซด์ที่เป็นของแข็ง (GO) ลงในอิเล็กโทรไลต์ใน ZIB ทำหน้าที่เป็นสารเติมแต่งของแข็ง (Solid additive) เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานอันเป็นผลมาจากการยับยั้งการโตของเดนไดรต์สังกะสีบนพื้นผิวแอโนดสังกะสี เมื่อทดสอบโปรไฟล์แรงดันไฟฟ้า (Voltage profiles) พบว่าความต่างศักย์เกิน (Overpotential) ของแบตเตอรี่ที่ไม่มีสารเติมแต่งของแข็ง GO นั้นสูงกว่าแบตเตอรี่ที่มีสารเติมแต่งของแข็ง GO และแบตเตอรี่ที่มีสารเติมแต่งของแข็ง GO ให้อายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้นห้าเท่าภายใต้ความหนาแน่นกระแส 1 mA cm- 2 หลังจากการใช้งานสามารถพบเดนไดรต์สังกะสีในแบตเตอรี่ที่ไม่มีสารเติมแต่ง GO เนื่องจากสนามไฟฟ้าในพื้นที่บนผิวแอโนดสังกะสี GO สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่คูลอมบิก (99.16%) ได้อย่างน่าทึ่ง ผ่านการทำให้ลักษณะการชุบ/ปอกสังกะสีมีเสถียรภาพ (Zn plating/stripping process) และส่งเสริมในการเกิดนิวเคลียสของ Zn2+ ดังนั้น แบตเตอรี่ที่มี GO แสดงการเพิ่มประสิทธิภาพที่โดดเด่นในด้านอัตราและความสามารถในการใช้งานเมื่อเทียบกับอิเล็กโทรไลต์ที่ปราศจากสารเติมแต่ง GO อิเล็กโทรไลต์ไฮบริดที่มีอนุภาคของแข็งจึงเป็นจุดเริ่มต้นของการออกแบบแบตเตอรี่ซิงค์ไอออนขั้นสูงต่อไปในอนาคต

การศึกษาเชิงเปรียบเทียบของกระบวนการเตรียมผิวและการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าบนอะคริโลไนไตรล์-บิวทาไดอีน-สไตรีนและพอลิแลคติคแอซิด, วริณธร ศรีสุพรวิชัย

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

เนื่องด้วยอุตสาหกรรมต่าง ๆ มีความต้องการผลิตภัณฑ์จากการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าลงบนพลาสติกที่สูงขึ้น ด้วยเหตุที่สามารถลดน้ำหนักและต้นทุนของผลิตภัณฑ์ได้ แต่การศึกษาและพัฒนาวิธีการเตรียมผิวเพื่อชุบโลหะด้วยไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพยังคงมีข้อจำกัดและสามารถใช้ได้กับพอลิเมอร์ชนิด ABS (อะคริโลไนไตรล์-บิวทาไดอีน-สไตรีน) เท่านั้น ซึ่ง ABS เป็นพอลิเมอร์ชนิดที่ไม่สามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติ ในขณะที่สังคมต่าง ๆ มีความตระหนักต่อสิ่งแวดล้อมมากยิ่งขึ้น จึงทำให้มีแนวโน้มการใช้งานพอลิเมอร์ชีวภาพที่สามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติสูงขึ้น โดย PLA (พอลิแลคติคแอซิด) เป็นพอลิเมอร์ชนิดที่มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากสามารถขึ้นรูปได้ง่ายและมีความแข็งแรงสูง แต่ PLA มีโครงสร้างที่แตกต่างกับ ABS จึงทำให้กระบวนการเตรียมผิวเพื่อชุบโลหะด้วยไฟฟ้าที่ใช้ในปัจจุบันไม่สามารถปรับใช้กับ PLA ได้ ในงานวิจัยนี้จึงได้ทำการขึ้นรูปชิ้นงาน ABS และ PLA ด้วยวิธีการพิมพ์ 3 มิติ ระบบ FDM และเตรียมผิวโดย (1) วิธีการกัดผิวและแอคติเวทด้วยแพลเลเดียม, (2) วิธีการเคลือบฟิล์มบางหลายชั้นของพอลิอิเล็กโทรไลต์และแอคติเวทด้วยอนุภาคนาโนของเงิน และ (3) วิธีการทาสีเงินนำไฟฟ้า เพื่อทำการชุบโลหะทองแดงด้วยไฟฟ้าและศึกษาเชิงเปรียบเทียบกับชิ้นงาน ABS ที่เตรียมผิวด้วยวิธีการตามอุตสาหกรรม ซึ่งได้ทำการศึกษาโครงสร้างจุลภาค, องค์ประกอบทางเคมีและประสิทธิภาพในการชุบไฟฟ้าด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด และศึกษาความสามารถในการยึดติดของชั้นเคลือบด้วยเทปกาวและการทดสอบรอยขีดข่วน ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าสามารถทำการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าลงบนชิ้นงาน ABS และ PLA ที่เตรียมผิวด้วยวิธีต่าง ๆ ได้ โดยอัตราเร็วในการชุบไฟฟ้าของชิ้นงานมีค่าแตกต่างกันในช่วง 1.2-1.9 ไมโครเมตร/นาที ภายหลังการชุบโลหะทองแดงด้วยไฟฟ้าพบว่าชิ้นงานตัวอย่างทั้งหมดมีความสามารถในการนำไฟฟ้าที่ดี โดยพบว่าการเตรียมผิวด้วยวิธีการทาสีเงินนำไฟฟ้าทำให้ชั้นเคลือบมีความสามารถในการยึดตึดสูงกว่าวิธีการเตรียมผิวในปัจจุบัน 1-2 เท่า อย่างไรก็ตามพบว่าวิธีการเตรียมผิวแต่ละวิธีมีข้อได้เปรียบ-เสียเปรียบที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการศึกษาและพัฒนากระบวนการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าลงบนพลาสติกได้ในอนาคต

ผลของการอบคืนตัวต่อสมบัติความแข็งและความแกร่งของเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนไซต์เกรด 410, กิตติภัฎ สุวรรณพัชรกุล

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ชิ้นงานเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนไซต์เกรด 410 ถูกอบให้โครงสร้างจุลภาคเป็นออสเทไนต์ที่อุณหภูมิ 980 °C จากนั้นเย็นตัวในน้ำมันและอบคืนตัวที่อุณหภูมิ 300, 400, 500 และ 650 °C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ทดสอบค่าความแกร่งแบบชาร์ปีของชิ้นงานที่อุณหภูมิ 25, -20, -50, -60 °C ตามมาตราฐาน ASTM E23 หลังการอบชิ้นงานให้โครงสร้างจุลภาคเป็นออสเทไนต์และการอบคืนตัว พบตะกอนของคาร์ไบด์ในโครงสร้างจุลภาค การอบคืนตัวที่อุณหภูมิ 500 °C ให้ค่าความแข็งสูงที่สุดเนื่องจากมีการตกตะกอนคาร์ไบด์ทุติยภูมิ การอบคืนตัวที่อุณหภูมิ 650 °C ให้ค่าความแข็งต่ำสุด เนื่องจากมีการตกตะกอนของคาร์ไบด์ซึ่งมีสมบัติเปราะที่บริเวณขอบเกรน ทำให้ความแข็งของเนื้อพื้นลดลงเนื่องจากการลดปริมาณคาร์บอนที่ละลายอยู่ในเนื้อพื้น ค่าความแกร่งจะแปรผกผันกับค่าความแข็ง ลักษณะรอยแตกที่ผิวของชิ้นงานที่ผ่านการอบคืนตัวที่อุณหภูมิ 300, 400 และ 500 °C เป็นการแตกผ่ากลางเกรน ในทางกลับกันลักษณะรอยแตกที่ผิวของชิ้นงานหลังการอบคืนตัวที่อุณหภูมิ 650 °C เป็นการแตกตามขอบเกรน จากผลการทดลองสามารถเลือกขั้นตอนการชุบแข็งและการอบคืนตัวที่เหมาะสมของเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนไซต์เกรด 410 สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำเพื่อให้ค่าความแกร่งได้ตามมาตรฐาน ASTM E23

อิทธิพลของเวลาในการแอโนไดเซซันต่อพฤติกรรมการปลดปล่อยยาของท่อนาโนไททาเนียบนชิ้นส่วนโลหะผสมไทเทเนียมที่สร้างด้วยกระบวนการพิมพ์สามมิติ, หทัยชนก ชูเนตร์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์สังเคราะห์ท่อนาโนไททาเนีย บนชิ้นส่วนโลหะผสมไทเทเทียมผสมที่สร้างด้วยกระบวนการพิมพ์สามมิติ และวิเคราะห์พฤติกรรมอัตราการปลดปล่อยยาแวนโคมัยซิน ความเข้มข้น 200 พีพีเอ็ม ภายในเวลา 24 ชั่วโมง โดยประสิทธิภาพกลไกการปลดปล่อยยาจากโครงสร้าง ในระดับนาโน ตรวจสอบโดย การตรวจคุณสมบัติทางเคมีบนพื้นผิว และ การวิเคราะห์ทางแบบจำลองทางจลนศาสตร์ Korsmeyer-Peppas ศึกษาสัณฐานวิทยาของท่อนาโนไททาเนีย ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดที่มีสมรรถนะสูง และลักษณะทางเคมีบนพื้นผิวของชิ้นส่วนโลหะผสมไทเทเทียมผสมและท่อนาโนไททาเนีย ด้วยเครื่องวัดมุมสัมผัส เครื่องฟูเรียร์ทรานฟอร์มอินฟราเรดสเปกโตรมิเตอร์ และเทคนิคสเปกโตรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอน ด้วยรังสีเอ๊กซ์ โดยที่พฤติกรรมการปล่อยยาแวนโคมัยซิน ความเข้มข้น 200 พีพีเอ็ม จากท่อนาโนไททาเนีย ภายใต้สภาวะการควบคุม ในระยะเวลา 24 ชั่วโมง ตรวจวัดโดยใช้เครื่องโครมาโทกราฟีของเหลวสมรรถนะสูง แสดงตำแหน่งรีเทนไทม์อยู่ที่ 2.5 นาที จากการตรวจสอบสัณฐานวิทยาลักษณะพื้นผิว ในระดับนาโน พบว่า ท่อนาโนไททาเนียมีลักษณะคล้ายรังผึ้ง เรียงตัวกันอย่างหนาแน่น และมีการปลดปล่อยสะสมสูงสุด ภายใน 24 ชั่วโมงของยาแวนโคมัยซินอยู่ที่ 34.7% (69.5 พีพีเอ็ม) ตลอดจนคุณสมบัติทางเคมีบนพื้นผิวของชิ้นส่วนไทเทเนียมผสมจากการพิมพ์สามมิติ (68 ± 1 องศา) และท่อนาโนไททาเนีย (0 องศา) แสดงค่ามุมการสัมผัสต่ำกว่า 90 องศา ซึ่งบ่งบอกถึงพื้นผิว มีสมบัติการเปียกผิวที่ดี จากการศึกษาความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ด้วยการทดสอบความเป็นพิษต่อเซลล์กระดูกหนู สายพันธ์ุ C57BL/6 ชนิด MC3T3-E1 พบว่า บนพื้นผิวท่อนาโนไททาเนียที่ผ่านกระบวนการแอโนไดเซซัน เป็นเวลา 1 และ 4 ชั่วโมง และ ผ่านการบรรจุยาแวนโคมัยซิน แสดงค่าเปอร์เซ็นต์ความมีชีวิตของเซลล์ที่น้อย อาจเนื่องมาจากวาเนเดียมออกไซด์ฟิล์มชนิด V2O4 และ V2O5 บนพื้นผิวของท่อนาโนไททาเนีย

การเตรียมวัสดุทดแทนกระดูกไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีรูพรุนต่อเนื่อง, สุทธิณัฐา ญาณวรุตม์วงศ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาการขึ้นรูปวัสดุทดแทนกระดูกไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีรูพรุนต่อเนื่องโดยกระบวนการจำลองโครงร่างจากฟองน้ำ โดยใช้ฟองน้ำพอลิยูรีเทนและทำการเปรียบเทียบระหว่างผงไทเทเนียมไดออกไซด์ Degussa P25 และ R818 ซึ่งทำการเผาที่อุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่าง 1350 ถึง 1500 องศาเซลเซียสเป็นระยะเวลา 3 ชั่วโมง จากผลการทดลองพบว่าฟองน้ำพอลิยูรีเทน-เอสเตอร์ คือฟองน้ำที่สามารถนำมาใช้ในกระบวนการชุบให้ชิ้นงานสามารถคงรูปร่างได้ อุณหภูมิการเผาซินเทอร์ส่งผลให้ชิ้นงานมีขนาดเกรนที่มีความสม่ำเสมอและมีความทนต่อแรงที่มากระทำได้อย่างเหมาะสม วัสดุทดแทนกระดูกจากไทเทเนียมไดออกไซด์ทั้งสองชนิดมีองค์ประกอบของเฟสรูไทล์และมีปริมาณรูพรุนสูงมากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ อีกทั้งมีความต่อเนื่องของรูพรุนสูง นอกจากนี้ชิ้นงานทั้งสองชนิดยังมีสมบัติการกระตุ้นทางชีวภาพ มีการเกิดผลึกของสารประกอบแคลเซียมฟอสเฟตเมื่อผ่านการแช่สารจำลองของเหลวในร่างกายที่มี pH 7.4 และอุณหภูมิ 36.5 องศาเซลเซียส เป็นระยะเวลา 4 สัปดาห์ เมื่อเปรียบเทียบระหว่างผงไทเทเนียมไดออกไซด์ทั้งสอง พบว่าชิ้นงานที่เตรียมจากผงไทเทเนียมไดออกไซด์ Degussa P25 สามารถคงรูปทรงได้เหมือนโครงร่างจากฟองน้ำดีกว่าผงไทเทเนียมไดออกไซด์ R818 แต่ชิ้นงานที่เตรียมจากผงไทเทเนียมไดออกไซด์ R818 สามารถทนต่อแรงที่มากระทำได้สูงกว่า จากโครงสร้างทางจุลภาคพบว่าวัสดุทดแทนกระดูกที่เตรียมจากผงไทเทเนียมไดออกไซด์ R818 มีกิ่งก้านของชิ้นงานที่มีลักษณะกลมมน มีความสม่ำเสมอของเกรนมากกว่า ส่งผลให้ทนต่อแรงที่มากระทำสูงกว่า อีกทั้งยังมีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูงกว่าวัสดุทดแทนกระดูกที่เตรียมจากไทเทเนียมไดออกไซด์ Degussa P25 ส่งผลให้มีพื้นที่ในการให้เซลล์มายึดเกาะสูงกว่า ในงานวิจัยนี้สามารถขึ้นรูปวัสดุทดแทนกระดูกไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีรูพรุนต่อเนื่องจากกระบวนการจำลองโครงร่างจากฟองน้ำได้และมีสมบัติทางกายภาพใกล้เคียงกับกระดูกเนื้อโปร่งของมนุษย์ แต่ยังขาดสมบัติเชิงกลที่เหมาะสมอันเนื่องมาจากความมีปริมาณของรูพรุนและความต่อเนื่องของรูพรุนสูง

Intrinsic Mechanical Properties Of Zirconium Carbide Ceramics, Nicole Mary Korklan

Masters Theses

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

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

Masters Theses

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

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

Graduate Research Theses & Dissertations

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

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

Graduate Research Theses & Dissertations

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

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

Graduate Research Theses & Dissertations

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

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

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

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

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

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

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

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

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

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