Composite Materials for Advanced Functionality

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. Composite Materials I

   1. Frontmatter

   2. Utilization of Waste Plastic and Fibre Glass for Ship Decks Production

      Olasehinde Olayemi Stephen, Owonifuja Oluwafunke Lois

      Dieses Kapitel befasst sich mit der Nutzung von Kunststoff- und Glasabfällen für die Schiffsdeck-Produktion und geht auf die ökologischen Herausforderungen ein, die von diesen Materialien ausgehen. Es untersucht die mechanischen Eigenschaften von Hybridverbundwerkstoffen aus Kunststoffabfällen, Glasfasern und Epoxidharz und vergleicht verschiedene Verhältnisse, um die optimale Zusammensetzung zu bestimmen. Die Methodik umfasst einen umfassenden Versuchsaufbau mit Tests auf Druckfestigkeit, Wasseraufnahme und Abriebfestigkeit. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Verbund mit dem höchsten Kunststoffanteil die beste Druckfestigkeit aufwies, was auf sein Potenzial als nachhaltige Alternative für Schiffsdecks hindeutet. Darüber hinaus hebt die Studie die ökologischen Vorteile der Verwendung von Abfallmaterialien, die Verringerung von Deponieabfällen und die Förderung der Nachhaltigkeit in der maritimen Industrie hervor. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion über die praktischen Anwendungen und Zukunftsaussichten dieser hybriden Verbundwerkstoffe im Schiffbau.

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   3. Effect of Rice Husk Ash and Waste Glass on the Microstructure of Glass Concrete

      Hadi Ibrahim Bello, Kator Jeff Jomboh, Zainab Shehu Aliyu, Yakubu Abdullahi, Lawan Umar Grema

      Diese Studie untersucht die Auswirkungen von Reisschalen-Asche (RHA) und Altglas (WG) auf die Mikrostruktur von Glasbeton und konzentriert sich dabei auf die Abmilderung von Schäden durch Alkali-Kieselsäure-Reaktionen (ASR). Durch fortschrittliche mikrostrukturelle Analysetechniken wie Rasterelektronenmikroskopie (REM), Energiedispersionsspektroskopie (EDS) und Röntgenbeugung (XRD) liefert die Forschung ein detailliertes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen RHA, WG und Zementpaste. Die Ergebnisse zeigen, dass RHA die ASR-Schäden durch den Verzehr von Alkalien und die Verringerung des Volumens von ASR-Gel deutlich reduziert, ohne seine Zusammensetzung zu verändern. Die Studie bestätigt auch das Vorhandensein wichtiger kristalliner Phasen wie Calcium Silicate Hydrate (C-S-H), die mit verbesserten mechanischen Eigenschaften korrelieren. Basierend auf der Analyse wird der optimale Ersatzgrad für RHA auf 12,5% festgelegt, was die umweltfreundliche Betonproduktion fördert und gleichzeitig die Haltbarkeit gewährleistet. Die Untersuchung endet mit Empfehlungen für weitere Studien über die langfristige Leistungsfähigkeit von RHA-modifiziertem Beton unter verschiedenen Umweltbedingungen.

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   4. Evaluation of the Tensile Strength of Epoxy Composites Reinforced with Coffee Grounds for Application in High Performance Flooring

      Bruna Nogueira Simões Cobuci, Angélica Faria Campanhão, Victor Paes Dias Gonçalve Noan, Michel Picanço Oliveira, Carlos Mauricio Fontes Vieira, Noan Tonini Simonassi, Felipe Perissé Duarte Lopes

      Diese Studie untersucht den innovativen Einsatz von Kaffeesatz als Verstärkung in Epoxid-Verbundwerkstoffen, um die Nachhaltigkeit von Hochleistungsböden zu verbessern. Die Forschung bewertet die Zugfestigkeit und die mechanischen Eigenschaften dieser Verbundwerkstoffe und vergleicht verschiedene volumetrische Anteile von Kaffeesatz. Schlüsselergebnisse zeigen, dass, während anfängliche Zusätze die Festigkeit im Vergleich zu reinem Harz verringern, ein Gleichgewicht zwischen 20% und 30% Verstärkung erreicht wird, was den regulatorischen Standards entspricht. Die Studie identifiziert auch typische Versagensmechanismen durch REM-Analysen und zeigt Bereiche auf, in denen Verbesserungspotenzial besteht. Darüber hinaus unterstreichen die Forschungen die ökologischen Vorteile der Umnutzung von Kaffeeabfällen und bieten eine praktikable Alternative zu Kunstharzen. Die Schlussfolgerung bestätigt die Machbarkeit der Verwendung von Kaffeesatz in Hochleistungsbeschichtungen und ebnet den Weg für nachhaltige Herstellungspraktiken.

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   5. Lightweight Ceramic Foam as a Novel Approach for Seismic Isolation in Geotechnical Engineering

      Haldun Kurama, Kamil B. Afacan, Semra Kurama, Zahide Bayer Öztürk, Elif Ubay

      Diese Studie befasst sich mit der Herstellung leichter keramischer Schaumstoffe unter Verwendung industrieller Abfallmaterialien, insbesondere Filterkuchenabfälle und keramische Polierabfälle, als teilweisen Ersatz für traditionelle Rohstoffe. Die Forschungsergebnisse heben die überlegenen Eigenschaften dieser Schaumkeramiken hervor, darunter ihre geringe Dichte, thermische Stabilität und chemische Dauerhaftigkeit, wodurch sie sich ideal für Anwendungen in der seismischen Isolierung und in der geotechnischen Technik eignen. Die Studie untersucht auch den Einfluss des unterschiedlichen Siliziumkarbid-Gehalts auf die Porenmorphologie und die mechanische Festigkeit der Schaumkeramik. In umfangreichen Tests und Analysen zeigen die Forscher die Machbarkeit, diese abfallartigen Materialien zu leistungsstarken, umweltfreundlichen Schaumkeramiken zu verarbeiten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schaumkeramik sowohl unter statischen als auch unter dynamischen Belastungsbedingungen hervorragende strukturelle Eigenschaften aufweist und damit eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Materialien wie expandiertem Polystyrol darstellt. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Verwendung industrieller Abfallmaterialien bei der Herstellung von Schaumkeramik nicht nur die Umweltauswirkungen der Abfallentsorgung verringert, sondern auch erhebliche wirtschaftliche und wirtschaftliche Vorteile bietet.

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3. Nanocomposite Materials

   1. Frontmatter

   2. Environmental Remediation Using Composite Nanomaterials: The Role of Functional Gold-CTAB Nanoparticles

      Simona E. Hunyadi Murph

      Dieses Kapitel befasst sich mit dem innovativen Einsatz von zusammengesetzten Au-CTAB-Nanopartikeln zur Umweltsanierung, wobei der Schwerpunkt auf der Entfernung von Perfluoroktansäure (PFOA) aus wässrigen Lösungen liegt. Die Studie beleuchtet die Synthese und Charakterisierung dieser Nanopartikel, ihre einzigartigen Eigenschaften und ihre Effizienz bei der Gewinnung von PFOA. Schlüsselthemen sind die Mechanismen der PFOA-Abscheidung wie elektrostatische Wechselwirkungen und hydrophobe Partitionierung sowie die multifunktionalen Eigenschaften der Nanopartikel. Die Forschung setzt verschiedene Analysewerkzeuge wie REM, EDS und UV-Vis-Spektroskopie ein, um die Wirksamkeit der Nanopartikel zu überprüfen. Die Schlussfolgerung unterstreicht das Potenzial von Au-CTAB-Nanopartikeln zur Echtzeit-Überwachung der Umwelt und zum Nachweis von Schadstoffen und macht sie zu einer vielversprechenden Lösung für komplexe Verschmutzungsszenarien.

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   3. Advanced Radionuclide Detection Using Composite Nanomaterials and Surface-Enhanced Raman Spectroscopy

      Simona E. Hunyadi Murph, Kathryn Taylor-Pashow, Fernando Fondeur

      Dieses Kapitel befasst sich mit der Synthese und Anwendung zusammengesetzter Nanomaterialien für die erweiterte Radionuklid-Detektion mittels Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS). Es konzentriert sich auf die Entwicklung von Gold-Titan-Kern-Hüllen-Nanoröhrchen und Gold-Nanosternen auf Mononatriumtitanaten, wobei ihre einzigartigen Eigenschaften und Vorteile hervorgehoben werden. Der Text untersucht auch die experimentellen Methoden zur Erzeugung dieser Nanostrukturen und ihre Wirksamkeit beim Nachweis von Radionukliden wie Strontium und Plutonium. Darüber hinaus werden die Ergebnisse und Implikationen dieser Ergebnisse diskutiert und das Potenzial für erhöhte Sensitivität und Spezifität bei Anwendungen in den Bereichen Umweltschutz und nukleare Sicherheit hervorgehoben. Die Leser erhalten Einblicke in die Syntheseprozesse, analytischen Techniken und praktischen Anwendungen dieser zusammengesetzten Nanomaterialien, was sie zu einem umfassenden Leitfaden für Fachleute auf diesem Gebiet macht.

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   4. Hydrothermal Synthesis of Kaolin-Tailored Fe-MOF for Enhanced Phosphorus Removal: Performance Optimization and Mechanism

      Xinyi Cao, Yanfang Huang, Wenjuan Wang, Guihong Han

      Dieses Kapitel befasst sich mit der hydrothermalen Synthese eines Kaolin-Fe-MOF-Komposits, das speziell auf eine verbesserte Phosphorentfernung aus Wasser zugeschnitten ist. Die Studie untersucht die Adsorptionseffizienz dieses Verbundstoffs unter unterschiedlichen Bedingungen, einschließlich unterschiedlicher Kaolin-Eisen-Massenverhältnisse, pH-Werte und Kontaktzeiten. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen die optimale Leistung des Kaolin-Fe-MOF im schwach sauren bis neutralen pH-Bereich und seine hohe Adsorptionskapazität für niedrig konzentrierte Phosphatlösungen. Der Adsorptionsmechanismus wird durch kinetische Modellierung gründlich untersucht und enthüllt eine Kombination aus elektrostatischer Anziehung und Chemisorption. Die Ergebnisse zeigen, dass Kaolin-Fe-MOF ein vielversprechender Werkstoff zur Behandlung von Phosphor niedriger Konzentration im Abwasser ist, der unter bestimmten Bedingungen eine Adsorptionseffizienz von über 90% erreicht. Diese Forschung liefert wertvolle Einblicke in das Potenzial von Kaolin-Fe-MOF für die Wassersanierung und bietet ein umfassendes Verständnis seines Adsorptionsverhaltens.

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   5. From Nanospheres to Nanostars: Tailoring Au-TiO2 Hybrids for Advanced Applications

      Simona E. Hunyadi Murph

      Dieses Kapitel befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von Gold-Titan (Au-TiO2) -Hybrid-Nanomaterialien und konzentriert sich dabei auf den Einfluss von Größe und Morphologie auf ihre Eigenschaften. Die Studie untersucht systematisch die Herstellung von abstimmbaren Gold-Nanokugeln und Nanosternen, sowohl an als auch außerhalb von TiO2-Nanokugeln, ohne den Einsatz von Liganden. Schlüsselergebnisse zeigen, dass Größe und Form von Gold-Nanopartikeln ihre optischen, katalytischen und elektronischen Eigenschaften erheblich beeinflussen. So erzeugen Nanosterne mit ihren anisotropen Formen und scharfen Spitzen verbesserte lokalisierte Oberflächenresonanzeffekte (LSPR), was sie besonders effektiv für Anwendungen wie die oberflächenverstärkte Raman-Streuung (SERS) und die photothermische Therapie macht. Umgekehrt maximieren kleinere Au-Nanosphären die Oberfläche und verbessern den Elektronentransfer, was sich als vorteilhaft für den photokatalytischen Abbau von Schadstoffen unter UV-Licht erweist. Das Kapitel beleuchtet auch die Herausforderungen und Bedeutung der Kontrolle von Nukleation und Wachstumskinetik, um einheitliche und reproduzierbare Nanostrukturen zu erreichen. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die sorgfältige Abstimmung von Nanopartikelgröße und -form entscheidend für die Verbesserung ihrer funktionellen Eigenschaften ist. Sie bietet rationale Designrichtlinien für die Entwicklung fortschrittlicher, anwendungsspezifischer Hybrid-Nanomaterialien in verschiedenen technologischen Bereichen.

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   6. Plastic Pollution Amplified: Adsorption of Contaminants onto Microplastic Surfaces

      Simona E. Hunyadi Murph

      Dieses Kapitel befasst sich mit der Adsorption von Schadstoffen an Mikroplastikoberflächen und konzentriert sich auf die Wechselwirkung mit Methylenblau, Zink und Kobalt. Die Studie untersucht die Adsorptionsmechanismen und die Faktoren, die die Bindung und Freisetzung von Schadstoffen beeinflussen. Es unterstreicht die Rolle von Mikroplastik als Schadstoffvektoren, die Schadstoffe konzentrieren und durch Ökosysteme transportieren. Die Forschung nutzt fortschrittliche Techniken wie REM, EDS, dynamische Lichtstreuung und UV-Vis-Spektroskopie, um das Sorptionsverhalten zu analysieren. Die Ergebnisse zeigen, dass Mikroplastik als dynamische Schadstoffkonzentratoren fungiert und die Risiken im Zusammenhang mit Umweltschadstoffen verstärkt. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Notwendigkeit koordinierter wissenschaftlicher und politischer Anstrengungen, um das allgegenwärtige Problem der Mikroplastikverschmutzung und der damit verbundenen Kontaminanten in Angriff zu nehmen.

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   7. Molecular Thermostats: Programmable DNA-Nanoparticle Hybrids for Temperature Mapping

      Simona E. Hunyadi Murph, Will Farr

      Dieses Kapitel befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung molekularer Thermostate unter Verwendung programmierbarer DNA-Gold-Nanopartikel-Hybriden. Es untersucht die Synthese und Charakterisierung dieser Nanothermometer, die temperaturabhängige DNA-Konformationsänderungen und die einzigartigen optischen Eigenschaften von Gold-Nanopartikeln zur präzisen Temperaturkartierung auf der Nanoskala nutzen. Der Text diskutiert den Einsatz der Fluoreszenzspektroskopie zur Überwachung dieser Veränderungen und gibt einen detaillierten Überblick über die experimentellen Methoden und Ergebnisse. Darüber hinaus werden die potenziellen Anwendungen dieser Nanothermometer in Bereichen wie der intrazellulären Thermogenese, der lokalisierten photothermischen Therapie und der nanoskaligen elektronischen Erwärmung beleuchtet. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Vielseitigkeit und des Potenzials dieser molekularen Thermostate zur Förderung der nanoskaligen Forschung in der Biomedizin, Diagnostik und Nanotechnologie.

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   8. Removal of Cobalt(II) from Metallurgical Wastewater Using a Novel SiO2-POOH Silica-Based Adsorbent

      Yufei Xie, Wenjuan Wang, Yanfang Huang

      Dieses Kapitel untersucht die Synthese und Bewertung eines neuartigen Adsorptionsmittels auf Kieselsäurebasis, SiO2-POOH, zur Entfernung von Kobalt (II) aus metallurgischen Abwässern. Die Studie untersucht die Auswirkungen des pH-Wertes der Lösung, der ursprünglichen Kobaltkonzentration und der Adsorptionsmitteldosierung auf die Adsorptionsleistung. Es wurde festgestellt, dass die Entfernungseffizienz mit pH-Wert und Adsorptionsmitteldosierung steigt, aber mit höheren ursprünglichen Kobaltkonzentrationen abnimmt. Der Adsorptionsmechanismus wird anhand von Langmuir-, Freundlich- und Temkin-Isotherm-Modellen analysiert, wobei das Langmuir-Modell die beste Passform bietet, was auf einlagige Chemisorption hindeutet. Die maximale Adsorptionskapazität von SiO2-POOH für Kobalt (II) -Ionen wird auf 5,084 mg / g festgelegt. Die Ergebnisse zeigen das Potenzial von SiO2-POOH als effektives Adsorptionsmittel zur Kobaltentfernung aus Abwasser und bieten Einblicke in seine Synthese, Leistung und Adsorptionsmechanismen.

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4. Poster Session

   1. Frontmatter

   2. Influence of the Addition of Coupling Agents on the Composition of Agglomerated Rocks in a Polymer Matrix

      Marcelo Barcellos Reis, Júlia Audrem Gomes de Oliveira Fadul, Elaine Aparecida Santos Carvalho, Geovana Carla Girondi Delaqua, Felipe Perissé Duarte Lopes, Afonso Rangel Garcez Azevedo, Sérgio Neves Monteiro, Carlos Maurício Fontes Vieira

      Diese Studie untersucht den Einfluss von Silankopplungsmitteln auf die Zusammensetzung und Eigenschaften von technischen Steinen aus schwarzem Granit und verschiedenen Polymermatrizen. Die Forschung konzentriert sich auf vier Schlüsselbereiche: die Verringerung der Porosität und der Wasseraufnahme, die Erhöhung der mechanischen Festigkeit durch Biegetests, die Verbesserung der thermischen Stabilität durch thermogravimetrische Analyse und die mechanistische Perspektive des Interphasenengineering. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass der Zusatz von Silan-Kupplungsmitteln die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von technischen Steinen deutlich verbessert und sie haltbarer und nachhaltiger macht. Durch die Optimierung der Partikelverpackung und der Interphasenchemie zeigt die Forschung, dass große Mengen an Mineralrückständen eingebaut werden können, ohne die strukturelle Leistung zu beeinträchtigen. Die Ergebnisse unterstreichen das Potenzial von Silan-Kupplungsmitteln, mineralische Abfälle in Hochleistungsmaterialien umzuwandeln, und bieten einen gangbaren Weg, die Abfallverwertung innerhalb der Wertschöpfungskette von Ziersteinen zu skalieren.

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5. Backmatter