Materials Science and Engineering Commons^™

วิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคและพฤติกรรมการไหลของน้ำโลหะระหว่างการแข็งตัวของโลหะอะลูมิเนียมผสมซิลิกอนและทองแดงที่มีเหล็กเจือปน, สุรดา ช่วยประดิษฐ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

โลหะอะลูมิเนียมผสมซิลิกอนและทองแดง มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมยานยนต์ แต่ในระหว่างกระบวนการรีไซเคิลอะลูมิเนียม จะเกิดการเจือปนของธาตุเหล็ก เป็นสาเหตุให้เกิดเฟสสารประกอบเชิงโลหะ ß-Al5FeSi ในโครงสร้างจุลภาคที่ส่งผลต่อการเกิดโพรงหดตัวและทำให้สมบัติทางกลของวัสดุลดลง ด้วยสาเหตุนี้จึงมีความพยายามที่จะลดผลของเฟส ß-Al5FeSi ด้วยวิธีต่างๆ แต่อย่างไรก็ตาม การศึกษาในอดีตยังไม่เพียงพอที่จะอธิบายพฤติกรรมการไหลของน้ำโลหะในช่วงกึ่งแข็งกึ่งเหลวได้ งานวิจัยนี้จึงอาศัยเทคนิค in situ X-ray tomography ร่วมกับเทคนิค computational fluid dynamics (CFD) ในการวิเคราะห์วิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคระหว่างการแข็งตัว และศึกษาพฤติกรรมการไหลของน้ำโลหะภายในช่องแขนของเดนไดรท์ โดยทำการศึกษาในโลหะอะลูมิเนียมผสมซิลิกอนและทองแดง ที่มีส่วนผสมของเหล็กเจือปนต่างกัน (0.4-1.0 wt.%) ทั้งกรณีที่มีการเติมและไม่เติม grain refiner ผลการศึกษาพบว่า ปริมาณเหล็กเจือปนที่เพิ่มขึ้นส่งผลต่อพฤติกรรมในการกำเนิดของเฟส ß-Al5FeSi แต่ไม่ส่งผลต่อพฤติกรรมในการเติบโตของเฟส ß-Al5FeSi ผลจากแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ด้วยเทคนิค CFD แสดงให้เห็นว่า เฟส ß-Al5FeSi และโครงสร้างยูเทคติค ส่งผลร่วมกันต่อการขัดขวางการไหลของน้ำโลหะ สมการทางคณิตศาสตร์ของ Blake-Kozeny ถูกนำมาปรับปรุงเพื่อใช้อธิบายพฤติกรรมการไหลของน้ำโลหะผลของการขัดขวางการไหล นอกจากนั้นการศึกษาในส่วนของการเติม grain refiner พบว่า ส่งผลให้โครงสร้างจุลภาคของเดนไดรท์เปลี่ยนจากลักษณะ columnar ไปเป็น equiaxed dendrite และทำให้พฤติกรรมการไหลภายในช่องแขนของเดนไดรท์เปลี่ยนแปลงไป ผลการศึกษายังพบว่า การเติม grain refiner ส่งผลต่อพฤติกรรมการกำเนิดของเฟส ß-Al5FeSi แต่ไม่ส่งผลต่อพฤติกรรมการเติบโตและลักษณะสัณฐานวิทยาของเฟส ß-Al5FeSi ผลการศึกษาในงานวิจัยนี้จะเป็นประโยชน์ต่อการพัฒนาโลหะอะลูมิเนียมผสมเกรดรีไซเคิล ให้มีข้อบกพร่องจากงานหล่อที่ลดลง ผ่านการควบคุมปริมาณเหล็กเจือปนและการเติม grain refiner ได้

การเตรียมเซรามิกซิลิกาพรุนจากกากเบ้าหลอมฟิวส์ซิลิกา, เก็จแก้ว ก้านลาย

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

เซรามิกซิลิกาพรุนเป็นวัสดุที่มีการใช้งานที่หลากหลาย เนื่องจากมีสมบัติเด่นหลายประการ เช่น มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันได้ดี และมีความทนไฟสูง งานวิจัยนี้จึงสนใจศึกษาการเตรียมเซรามิกซิลิกาพรุนจากกากเบ้าหลอมฟิวส์ซิลิกาที่ใช้ในกระบวนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อใช้งานเป็นแบบหล่อสำหรับขึ้นรูปกระจกหลอม เนื่องจากกากเบ้าหลอมฟิวส์ซิลิกามีความบริสุทธิ์สูง และมีโครงสร้างอสัญฐานทำให้ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันได้ดี นอกจากนี้ยังมีองค์ประกอบทางเคมีใกล้เคียงกับกระจก จึงช่วยลดโอกาสการเกิดการปนเปื้อนบนผิวของกระจกหลอมได้อีกด้วย ในงานวิจัยนี้ทำการขึ้นรูปเซรามิกซิลิกาพรุนด้วยวิธีการหล่อแบบโดยทำการศึกษาถึงผลของชนิดและปริมาณของ ตัวเชื่อมประสานต่อสมบัติของแบบหล่อก่อนเผาและหลังเผา ซึ่งแบ่งชนิดตัวเชื่อมประสานเป็น 2 ชนิดหลักๆ คือ ตัวเชื่อมประสานอนินทรีย์ ได้แก่ ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ขาวและปูนซีเมนต์อะลูมินาสูง และตัวเชื่อมประสานอินทรีย์ ได้แก่ แป้งข้าวเหนียว จากการทดลองพบว่าชิ้นงานที่ใช้ตัวเชื่อมประสานปูนซีเมนต์อะลูมินาสูงร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก เผาที่อุณหภูมิ 1100 องศาเซลเซียส มีความหนาแน่น 1.17 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ความพรุนตัวร้อยละ 49.60 ความต้านทานต่อแรงกด 5.76 เมกะพาสคัล โครงสร้างของชิ้นงานยังคงเป็นอสัณฐาน และมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน 2.26 x10-6 ºC-1 ชิ้นงานสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงต่ออุณหภูมิอย่างฉับพลันได้ 5 รอบโดยไม่เกิดการแตกร้าว เมื่อเปรียบเทียบสมบัติของชิ้นงานที่เตรียมได้กับตัวอย่างทางการค้า ชิ้นงานที่เตรียมได้ มีสมบัติใกล้เคียงกับตัวอย่างทางการค้า จึงมีความเป็นไปได้ที่จะใช้ตัวอย่างที่เตรียมได้เป็นแบบหล่อสำหรับขึ้นรูปกระจกหลอม

การหาอุณหภูมิลิควิดัสของแก้วฐานบะซอลต์สำหรับการขึ้นรูปเส้นใย, นภาพร วัยบริสุทธิ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ในงานวิจัยนี้ได้ศึกษาผลขององค์ประกอบเคมีต่ออุณหภูมิลิควิดัสของแก้วฐานบะซอลต์ในระบบ SiO2-CaO-Al2O3-MgO-Fe2O3-Na2O-K2O สำหรับการดึงเป็นเส้นใย ผ่านการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อทำนายอุณหภูมิลิควิดัสที่สัมพันธ์กับส่วนผสมแก้ว โดยใช้ข้อมูลจากการวัดอุณหภูมิลิควิดัสด้วยเทคนิค DTA และ isothermal ของแก้วฐานบะซอลต์จำนวน 30 สูตร แก้วถูกเตรียมจากวัตถุดิบหลักคือ หินบะซอลต์จากแหล่งหินในอำเภอชัยบาดาล จังหวัดลพบุรี ทำการแปรส่วนผสมโดยวิธี Extreme Vertices Design ส่วนผสมถูกหลอมที่อุณหภูมิ 1450 องศาเซลเซียส และทำให้เย็นตัวอย่างฉับพลันในน้ำ ผลการวัดอุณหภูมิลิควิดัสของแก้วด้วยเทคนิค DTA และ Isothermal พบว่าทั้งสองวิธีได้อุณหภูมิใกล้เคียงกันโดยมีค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ เท่ากับ 0.91 โดยอุณหภูมิลิควิดัสของแก้วที่อยู่ในช่วงส่วนผสมเส้นใยบะซอลต์มีค่าระหว่าง 1190 – 1360 องศาเซลเซียส การผ่านกระบวนการทางความร้อนเพื่อให้แก้วตกผลึกพบว่าแก้วแบ่งได้เป็น 2 กลุ่ม คือกลุ่มที่มีเฟสผลึกหลักเป็นไดออปไซด์ และกลุ่มแอลไบต์ การทำนายอุณหภูมิลิควิดัสด้วยวิธีวิเคราะห์การถดถอยพหุคูณจึงแบ่งเป็น 2 สมการ ตามเฟสผลึกหลักดังกล่าว ผลการพิจารณาเปรียบเทียบอุณหภูมิลิควิดัสที่ได้จากการคำนวณตามแบบจำลองที่สร้างขึ้นกับผลการวัดอุณหภูมิลิควิดัสทั้ง 2 วิธี พบค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจมีค่า ระหว่าง 0.72 - 0.82 ซึ่งบ่งชี้ว่าแบบจำลองนี้สามารถนำไปใช้ในการคำนวณหาอุณหภูมิลิควิดัสของแก้วในระบบนี้ในระดับที่ยอมรับได้

ผลของเทคนิคแช่แข็ง-ละลายที่มีต่อการสังเคราะห์ผงโบรอนคาร์ไบด์จากเซลลูโลสและกรดบอริก, วิภาวี จันทร์สุดา

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มุ่งเน้นศึกษาการสังเคราะห์โบรอนคาร์ไบด์ ด้วยการใช้กรดบอริกและไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลส โดยนำเทคนิคการแช่แข็ง-ละลายมาใช้ในขั้นตอนการผสมสารตั้งต้นเพื่อเพิ่มความเป็นเนื้อเดียวกันส่งเสริมการเกิดปฏิกิริยาระหว่างกรดบอริกและเซลลูโลส ทั้งนี้ได้ศึกษาอิทธิพลของการปรับเปลี่ยนอัตราส่วนโดยโมลระหว่างโบรอนและคาร์บอนในสารตั้งต้นเป็น 4:1, 5:1 และ 6:1 ระยะเวลาที่ใช้ในกระบวนการแช่แข็ง 3, 6 และ 12 ชั่วโมง รวมถึงจำนวนการทำซ้ำของการแช่แข็ง-ละลายจำนวน 1, 3 และ 5 รอบ ที่มีต่อลักษณะเฉพาะของพรีเคอเซอร์และองค์ประกอบเฟสของผลิตภัณฑ์ที่สังเคราะห์ได้ จากการศึกษาการเตรียมพรีเคอเซอร์พบว่าเมื่อระยะเวลาการแช่แข็งนานขึ้นและจำนวนรอบน้อย ส่งผลให้โครงสร้างจุลภาคของเซลลูโลสมีผิวเรียบกว่าการแช่แข็งด้วยระยะเวลาสั้นจำนวนหลายรอบ ซึ่งการแช่แข็งเป็นเวลา 3 ชั่วโมง จำนวน 5 รอบ ทำให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างกรดบอริกและเซลลูโลสได้มากที่สุด จากโครงสร้างจุลภาคแสดงให้เห็นว่าเซลลูโลสมีผิวขรุขระและบิดเบี้ยวมาก เมื่อนำไปเผาไพโรไลซิสที่อุณหภูมิ 600 องศาเซลเซียส และสังเคราะห์ที่อุณหภูมิ 1350 องศาเซลเซียส เวลายืนไฟ 3 ชั่วโมง ภายใต้บรรยากาศอาร์กอน พบว่า Intensity ratio ของโบรอนคาร์ไบด์มีค่าสูงที่สุด (0.38) เมื่อใช้อัตราส่วนโดยโมลระหว่างกรดบอริกและไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลส 5:1 และ 6:1 ซึ่งพบว่าค่า C/B2O3 ที่ได้จากการทดลองหาค่า มีค่าใกล้เคียง 3.5 มากที่สุดนั่นคือมีค่าเท่ากับ 2.5 และ 3.9 ตามลำดับ อย่างไรก็ตามผลองค์ประกอบเฟสของที่สังเคราะห์พบโบรอนคาร์ไบด์และโบรอนออกไซด์เฟสรอง และพบคาร์บอนเป็นเฟสหลัก

การเตรียมแกรฟีนออกไซด์สำหรับการประยุกต์ในกระดาษคราฟต์, กชพร ตันกันภัย

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้ศึกษาผลของการเติมแกรฟีนออกไซด์ต่อสมบัติด้านความแข็งแรงของกระดาษ โดยการทดลองแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ส่วนที่ 1 เป็นการเปรียบเทียบผลของแกรฟีนออกไซด์ที่เตรียมด้วยวิธีโมดิฟายด์ฮัมเมอร์และที่เตรียมด้วยวิธีทางเคมีไฟฟ้าที่มีต่อสมบัติด้านความแข็งแรงของกระดาษ เพื่อดูว่าการเตรียมแกรฟีนออกไซด์วิธีไหนให้ผลต่อสมบัติด้านความแข็งแรงของกระดาษดีที่สุดและนำผลที่ได้ไปใช้ในส่วนที่ 2 ต่อไป โดยในส่วนที่ 2 นั้นเป็นการนำแกรฟีนออกไซด์มาปรับปรุงโครงสร้างเพื่อเพิ่มสมบัติการนำไฟฟ้าก่อนที่จะนำไปเคลือบผิวกระดาษ จากผลการทดลองพบว่าแกรฟีนออกไซด์ที่เตรียมโดยวิธีโมดิฟายด์ฮัมเมอร์ให้สมบัติของกระดาษดีกว่าแกรฟีนออกไซด์ที่เตรียมโดยวิธีทางเคมีไฟฟ้า เนื่องจากแกรฟีนออกไซด์จากวิธีโมดิฟายด์ฮัมเมอร์เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันสมบูรณ์กว่า โดยการใส่แกรฟีนออกไซด์ที่เตรียมโดยวิธีโมดิฟายด์ฮัมเมอร์ลงในกระดาษที่ความเข้มข้นร้อยละ 15 ต่อน้ำหนักเยื่อแห้งส่งผลให้ความแข็งแรงของกระดาษสูงสุด นอกจากนี้ยังพบว่าการใส่สารเพิ่มความแข็งแรงของกระดาษร่วมกับแกรฟีนออกไซด์ยิ่งส่งผลให้ต่อสมบัติด้านความแข็งแรงเพิ่มขึ้น โดยพบว่าไคโทซานให้สมบัติด้านความแข็งแรงสูงกว่าแคทไอออนิกพอลิอะคริลาไมด์ เนื่องจากไคโทซานมีค่าศักย์ไฟฟ้าที่เป็นบวกมากกว่าทำให้สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนกับแกรฟีนออกไซด์และเส้นใยได้ดีกว่า จากนั้นทำการปรับปรุงแกรฟีนออกไซด์ที่เตรียมด้วยวิธีโมดิฟายด์ฮัมเมอร์เพื่อเพิ่มสมบัติการนำไฟฟ้า โดยนำมาทำปฏิกิริยารีดักชันกับไฮดราซีนโมโนไฮเดรตหรือ แอล-แอสคอบิก ที่สภาวะความเป็นกรด-ด่างเท่ากับ 9-10 จากการทดลองพบว่าการปรับปรุงแกรฟีนออกไซด์โดยใช้แอล-แอสคอบิกให้ค่าการนำไฟฟ้าของแกรฟีนออกไซด์สูงกว่าการปรับปรุงแกรฟีนออกไซด์โดยใช้ไฮดราซีนโมโนไฮเดรต และเมื่อนำแกรฟีนออกไซด์ที่ได้ไปเคลือบผิวกระดาษพบว่าค่าการนำไฟฟ้าลดลงเนื่องจากกระดาษมีสมบัติเป็นฉนวน อย่างไรก็ตาม หากมีการนำกระดาษที่ผ่านการเคลือบด้วยแกรฟีนออกไซด์ไปขัดผิวกลับพบว่าค่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจเป็นผลมาจากการขัดผิวช่วยให้รูพรุนในกระดาษลดลงและแกรฟีนออกไซด์มีการกระจายตัวอยู่ที่ผิวหน้าของกระดาษมากขึ้น

The Effect Of Pore Density And Distribution On Fatigue Weak Links In An A713 Cast Aluminum Alloy, Rami A. Almatani

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

The effects of pore density and distribution were investigated on the fatigue crack initiation behavior in an A713 sand cast aluminum alloy plate of 12 mm thickness. The applied stress- the number of cycles to failure (S-N) curves of the samples taken from 2 mm and 5 mm from the free surface were obtained using four-point bend fatigue testing at room temperature, frequency of 20 Hz, stress ratio of 0.1, sinusoidal waveform, and in ambient air. The fatigue strengths of both, the 2 mm and 5 mm samples were 60% of the yield strength (σy=171.9 MPa) of the …

Utilization Of Bio-Renewable Lignin In Building High Capacity, Durable, And Low-Cost Silicon-Based Negative Electrodes For Lithium-Ion Batteries, Tao Chen

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Silicon-based electrodes are the most promising negative electrodes for the next generation high capacity lithium ion batteries (LIB) as silicon provides a theoretical capacity of 3579 mAh g^-1, more than 10 times higher than that of the state-of-the-art graphite negative electrodes. However, silicon-based electrodes suffer from poor cycle life due to large volume expansion and contraction during lithiation/delithiation. In order to improve the electrochemical performance a number of strategies have been employed, such as dispersion of silicon in active/inactive matrixes, devising of novel nanostructures, and various coatings for protection. Amongst these strategies, silicon-carbon coating based composites are one …

Functionalization Of Silver Nanoparticles On Membranes And Its Influence On Biofouling, Conor G. Sprick

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Ultrafiltration (UF) processes are often used as pretreatment before more retentive/costly processes, such as nanofiltration and reverse osmosis. This study shows the results of low-biofouling nanocomposite membranes, loaded with casein-coated silver nanoparticles (casein-Ag-NPs). Membranes were cast and imbedded with Ag-NPs using two approaches, physical blending of Ag-NPs in the dope solution (^PAg-NP/CA membranes) and chemical attachment of Ag-NPs to cast membranes (^CAg-NP/CA membranes), to determine their biofouling control properties. The functionalization of Ag-NPs onto the CA membranes was achieved via attachment with functionalized thiol groups with the use of glycidyl methacrylate (GMA) and cysteamine chemistries. The …

Understanding And Improving Manufacturing Processes For Making Lithium-Ion Battery Electrodes, Mohanad N. Al-Shroofy

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Lithium-ion batteries (LIBs) have been widely used as the most popular rechargeable energy storage and power sources in today’s portable electronics, electric vehicles, and plug-in hybrid electric vehicles. LIBs have gained much interest worldwide in the last three decades because of their high energy density, voltage, rate of charge and discharge, reliability, and design flexibility. I am exploring the possibility of developing battery manufacturing technologies that would lower the cost, reduce the environmental impact, and increase cell performance and durability.

This dissertation is focused firstly on understanding the effect of mixing sequence (the order of introducing materials) and optimizing the …

Charge Transport In Electronic-Ionic Composites, Long Zhang

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

The goal of this thesis is to generate fundamental understandings of charge transport behaviors of composites consisting of garnet structured Al substituted Li₇La₃Zr₂O₁₂ (LLZO) electrolyte and LiCoO₂ electrode. In order to take full advantage of all-solid-state batteries, bulk type composite electrodes should be introduced to increase energy and power density. However, the charge utilization of bulk type composite electrodes is quite low. Understanding ionic conduction behavior is, therefore, important for improving the performance of all-solid-state batteries, because ion conduction within solids depends on effective pathways. Electronic conductivity can be easily compensated by …

Acenes, Heteroacenes And Analogous Molecules For Organic Photovoltaic And Field Effect Transistor Applications, Devin B. Granger

Theses and Dissertations--Chemistry

Polycyclic aromatic hydrocarbons composed of benzenoid rings fused in a linear fashion comprise the class of compounds known as acenes. The structures containing three to six ring fusions are brightly colored and possess band gaps and charge transport efficiencies sufficient for semiconductor applications. These molecules have been investigated throughout the past several decades to assess their optoelectronic properties. The absorption, emission and charge transport properties of this series of molecules has been studied extensively to elucidate structure-property relationships. A wide variety of analogous molecules, incorporating heterocycles in place of benzenoid rings, demonstrate similar properties to the parent compounds and have …

The Effects Of Fiber Orientation And Volume Fraction Of Fiber On Mechanical Properties Of Additively Manufactured Composite Material, Suresh Chandra Kuchipudi

All Graduate Theses, Dissertations, and Other Capstone Projects

Additive manufacturing (AM) also known as 3D printing has tremendous advancements in recent days with a vast number of applications in industrial, automotive, architecture, consumer projects, fashion, toys, food, art, etc. Composite materials are widely used in structures with weight as a critical factor especially in aerospace industry. Recently, additive manufacturing technology, a rapidly growing innovative technology, has gained lot of importance in making composite materials. The properties of composite materials depend upon the properties of constituent’s matrix and fiber. There is lot of research on effect of fiber orientation on mechanical properties of composite materials made using conventional manufacturing …

Understanding The Intrinsic Electrochemistry Of Ni-Rich Layered Cathodes, Shawn W. Sallis

Graduate Dissertations and Theses

The demand for energy is continually increasing overtime and the key to meeting future demand in a sustainable way is with energy storage. Li-ion batteries employing layered transition metal oxide cathodes are one of the most technologically important energy storage technologies. However, current Li-ion batteries are unable to access their full theoretical capacity and suffer from performance limiting degradation over time partially originating from the cathode and partially from the interface with the electrolyte. Understanding the fundamental limitations of layered transition metal oxide cathodes requires a complete understanding of the surface and bulk of the materials in their most delithiated …

Dft Study On The Li Mobility In Li-Ion-Based Solid-State Electrolytes, Shafiqul Islam

Graduate Theses/Dissertations

I have investigated the diffusion mechanisms of Li-ion in amorphous lithium phosphite (LiPO₃) with addition of sulphur. By applying the nudge elastic band (NEB) method in crystal LiPO₃ and Li₃PO₄, I confirmed the easing of diffusion pathways for Li ion in LiPO₃ which is consistent with the previous theoretical finding[1]. From the diffusion study in 0.5 Li₂O- 0.5 P₂O₅ and 0.4 Li₂SO₄ – 0.6 (Li₂O-P₂O₅) melts above 3000K performed with ab-initio molecular dynamics (AIMD), produces identical outcome as …

Study Of Nano-Bio Interfaces In Nano-Bio Conjugates: Nanoparticles Of Zinc Oxide (Zno) And Biomolecules Of Glucose, Cytosine, And Thymine, Bithi Paul

Graduate Theses/Dissertations

Nano conjugates, composites of inorganic nanomaterials and bio molecules such as DNA, RNA and proteins, establish a sequence of wide varieties of nano-bio boundaries. The formation of these boundaries strongly depends on bio physicochemical reaction of biomolecules coated on the surface of nanomaterials. I am investigating various nano-bio conjugates consisting of zinc oxide (ZnO) nanoparticles with simple biomolecules including glucose and the nitrogenous bases of DNA such as cytosine and thymine. All nano-bio conjugates were fabricated using a standard bio-chemical synthesis process. Structural, physical, bio-chemical interface properties of nano-bio composites were probed using X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, and photoluminescence …

A Study Of Copper And Aluminum Incorporated Chromium Oxide Core-Shell Magnetic Nanoparticles, Tamzid Ibn Minhaj

Graduate Theses/Dissertations

The structural and magnetic properties of copper (Cu) and aluminum (Al) -incorporated chromium oxide (α-Cr₂O₃, i.e., chromia) inverted core-shell nanoparticles (CSNs) were investigated. The objectives of this study were to determine the role of the substituting (for chromium, Cr) element and of Cu concentration on governing the magnetic properties of the CSNs. For synthesis of the CSNs, α-Cr₂O₃ nanoparticles were first grown using microwave assisted synthesis whereupon a hydrothermal nanophase epitaxy (HNE) method was used to incorporate Cu or Al in the chromia-based shell of the nanoparticles. The morphology, structure and size characteristics …

Study Of Multiferroic Properties Of Ferroelectric- Ferromagnetic Heterostructures Bzt-Bct/Lsmo, Md Abdullah-Al Mamun

Graduate Theses/Dissertations

Currently, there has been a flurry of research focused on multiferroic materials due to their potential applications. Lead (Pb)-based ferroelectric and multiferroic materials (PZT, PMN-PT, PZN-PT etc.) have been widely used for sensors, actuators, and electro-mechanical applications due to their excellent dielectric and piezoelectric properties. However, these materials are facing global restriction due to the toxicity of Pb. In this thesis, multiferroic properties of ferroelectric-ferromagnetic heterostructures consist of Pb-free perovskite oxides 0.5Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃-0.5 (Ba_0.7 Ca_0.3)TiO₃ (BZT-BCT) and La_0.7Sr_0.3MnO₃ (LSMO) have been studied. The heterostructures BZT-BCT/LSMO were …

Characterization & Extraction Of Extracellular Matrix From Porcine Adipose Tissue, Rahulkumar Kantibhia Bhoi

Open Access Theses & Dissertations

Tissue in particular extracellular matrix(ECM) plays a vital role in the growth and the function of each cell types and promote tissue regeneration and repair an impair organs. Many techniques have been developed so far to decellularized porcine tissue for the purpose to use as regenerative medicine and in tissue engineering. We aimed to optimized a method to decellularized porcine tissue while effectively eliminating xenogeneic epitopes, lipids and to retain necessary component of it intact without disrupting ECM. We have developed 2-week protocol to optimize well preserved ECM component that may keep xenogeneic biomaterial for tissue engineering and regenerative medicine. …

Structural And Electrical Characterization Of Tin Oxide Resistive Switching, Arka Talukdar

Open Access Theses & Dissertations

Resistive switching in metal oxide is a phenomenon in which the metal oxide changes its resistance upon application of electric field and thus giving two states; high resistance state (HRS) and low resistance state (LRS). Many metal oxides have been investigated however very little is known about unipolar resistive switching in SnO2 though it has shown excellent resistive switching characteristics. Defects in the material play a vital role in resistive switching of the metal oxides. In this work, the role of defects in resistive switching of SnO2 are investigated in Ti/SnO2/Au structures. Two methods were used to control the concentration …

Raman Microscopic Analysis Of Internal Stress In Boron-Doped Diamond Thin Films, Emma M.A. Sundin

Open Access Theses & Dissertations

The correlations between induced stress on undoped and boron-doped diamond (BDD) thin films, sample chemical composition, and fabrication substrate are investigated in this study via confocal Raman microspectroscopic analysis. Stability of BDD films is relevant to fast-scan cyclic voltammetry, as film delamination and dislocation of BDD-coated electrodes that can occur during neurosurgical electrode implantation can negatively impact the biosensing reliability of this technique. Electrodes were fabricated by coating cylindrical tungsten rods using a custom-built chemical vapor deposition reactor. The results of the analysis reveal a direct correlation between regions of pure diamond and enhanced material stress, as well as preferential …

Material Behavior Of Window 7 Carrier Panel Tiles And Thermal Pane Fragments Recovered From The Space Shuttle Columbia, Brenda Roseanne Arellano

Open Access Theses & Dissertations

Since the end of the space shuttle program, a new generation spacecraft has been developed to transport humans back into space. NASAâ??s Orion will carry a crew beyond low-earth orbit and the exploration of Mars may be possible in the future. Space safety becomes significant with human spaceflight and the risks are high. However, aerospace materials may provide opportunities to prevent future disasters. When the space shuttle Columbia disintegrated during re-entry in 2001, thousands of debris were collected for analysis. In contrast, when the Challenger space shuttle broke apart in 1986, all shuttle debris were buried. These tragic disasters are …

The Interplay Between Grain Size And Austenite Stability On Deformation Behavior Of High Strength-High Ductility Combination Nanostructured Stainless Steel, Venkata Sai Ananth Challa

Open Access Theses & Dissertations

The concept of phase reversion involving severe cold deformation of metastable austenite to generate strain-induced martensite, followed by temperature-time annealing sequence, was used to obtain varying grain size from nanograined/ultrafine-grained (NG/UFG) to coarse-grained (CG) regime. This concept was used to obtain â??high strength-high ductilityâ?? combination in nano/ultrafine-grained (NG/UFG) austenitic stainless steel. Using this concept, the objective of the study is to elucidate the dependence of grain size on deformation mechanisms and deformation-induced microstructural changes. The objective was accomplished by combining depth-sensing nanoindentation experiments conducted at various strain rates, and interrupted tensile testing at various strain and post-mortem analyses of deformed …

Process-Structure-Property Relationship In Magnesium-Based Biodegradable Alloy For Biomedical Applications, Pramanshu Trivedi

Open Access Theses & Dissertations

Magnesium alloys are considered to be the next generation of biomaterials because of their ability to degrade in the physiological environment. We elucidate here the impact of multiaxial forging of Mg-2Zn-2Gd alloy on grain refinement to sub-micron regime and relate the structure to mechanical properties and biological functionality. As-cast and annealed samples were multiaxial forged (MAF) for a total number of two passes with a true strain of ~2/pass. Considering that the microstructure governs the biological response of materials, we studied the constituents of the microstructure in conjunction with the mechanical behavior. The antimicrobial behavior in a Mg-2Zn-2Gd alloy with …

Electronic Structure Studies On Transition Metal Containing Endohedral Fullerenes, Carbon Onions And Zinc Sulfide Cages, Shusil Bhusal

Open Access Theses & Dissertations

We present the most stable structures for VXSc3-XN@C2n (where X=1-3 and 2n=70, 76, 78 and 80) using a systematic procedure that involves all possible isomers of the host fullerene cages. Subsequently, a detailed investigation of structural and electronic properties of the lowest energy isomers is performed using density functional theory in combination with large polarized Gaussian basis sets. The search procedure developed involved structural optimizations of thousands of fullerenes and correctly identifies the experimentally observed VSc2N@C80 and V2ScN@C80 isomer as the most stable structures. The structural analysis shows that a few V-doped endohedral fullerenes do not follow the isolated pentagon …

Mechanical Characterization Of Parts Produced By Ceramic On‐Demand Extrusion Process, Amir Ghazanfari, Wenbin Li, Ming Leu, Gregory Hilmas

Faculty Publications, Mechanical Engineering

Ceramic On‐Demand Extrusion (CODE) is an additive manufacturing process recently developed to produce dense three‐dimensional ceramic components. In this paper, the properties of parts produced using this freeform extrusion fabrication process are described. High solids loading (~60 vol%) alumina paste was prepared to fabricate parts and standard test methods were employed to examine their properties including the density, strength, Young's modulus, Weibull modulus, toughness, and hardness. Microstructural evaluation was also performed to measure the grain size and critical flaw size. The results indicate that the properties of parts surpass most other ceramic additive manufacturing processes and match conventional fabrication techniques.

Optical Spectroscopy Of Wide Bandgap Semiconductor Heterostructures And Group-Iv Alloy Quantum Dots, Tanner A. Nakagawara

Theses and Dissertations

Efficient and robust blue InGaN multiple quantum well (MQW) light emitters have become ubiquitous; however, they still have unattained theoretical potential. It is widely accepted that “localization” of carriers due to indium fluctuations theoretically enhance their efficiency by moderating defect-associated nonradiative recombination. To help develop a complete understanding of localization effects on carrier dynamics, this thesis explores degree of localization in InGaN MQWs and its dependence on well thickness and number of wells, through temperature and power dependent photoluminescence measurements. Additionally, silicon-compatible, nontoxic, colloidally synthesizable 2-5 nm Ge_1-xSn_x alloy quantum-dots (QDs) are explored for potential visible to …

Development Of Magnetorheological Elastomers (Mres) For Strength And Fatigue Resistance, J. Mcintyre, Stephen Jerrams

Books/Book Chapters

Natural rubber (NR)-based magnetorheological elastomers (MREs) exhibiting a reasonable switching effect were fabricated and tested. They were strong enough for use in automotive applications but still needed protection against ageing. Ethylene–propylene–diene rubber (EPDM) is a cost-effective material that is frequently used in the automotive industry because of its advantageous range of properties. With these applications in mind, it was a logical progression to the development of EPDM-based MREs. Unlike strain-crystallising NR, EPDM requires reinforcement to render its tensile and fatigue strength suitable for use in most applications. While small amounts of carbon black were sufficient for the NR-based MREs, a …

Engineering Icephobic Coatings: Surface Characterization Of Pt Cured Silicones, Sithara Shylaja Nair

Theses and Dissertations

Ice buildup on structures leads to problems that include reduced performance, structural damage and power outages. It is therefore important to limit the energy required for removal of ice from substrates to minimize buildup. Understanding the mechanism of ice adhesion and its dependence on variables like coating thickness, stiffness, surface free energy and morphology is critical for minimizing adhesion. Despite several developments in “icephobic” coatings, which are those that have low ice adhesion, it is important to understand adhesion on the fundamental level to make way for advanced coatings. To do so, a study has been carried out that explores …

The Effects Of Carboxylic Acids In Aluminum Anodizing, Abby E. Koczera

Honors Theses and Capstones

Hard-anodized alumina coatings were formed in sulfuric acid at low temperature and high current density in the presence of carboxylic acid additives. Citric acid, trimesic acid, mellitic acid and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) were utilized in varying concentrations. The additives were chosen for their capacity to form complexes with tri-valent aluminum and hence impart chemical stability to the coatings. The coatings were sealed in boiling water, and corrosion resistance was observed in a high pH solution of potassium hydroxide. The coatings were examined using scanning electron microscopy (SEM) to assess coating thickness and pore dimensions. Thicker coatings were produced when the …

Optimising The Performance Of Cement-Based Batteries, Aimee Byrne, Shane Barry, Niall Holmes Dr., Brian Norton

Articles

The development of a battery using different cement-based electrolytes to provide a low but potentially sustainable source of electricity is described. The current, voltage, and lifespan of batteries produced using different electrolyte additives, copper plate cathodes, and (usually) aluminium plate anodes were compared to identify the optimum design, components, and proportions to increase power output and longevity. Parameters examined include water/cement ratio, anode to cathode surface area ratio, electrode material, electrode spacing, and the effect of sand, aggregate, salts, carbon black, silica fume, and sodium silicate on the electrolyte. The results indicate that the greatest and longest lasting power can …