Modifying Bulk Metallic Glasses: Composites and Configurational States

Bulk metallic glasses (BMGs) maybe be considered to share some of the same inherent trade-offs as engineering ceramics. While BMGs typically exhibit high yield strengths, and while some have surprising fracture toughness, they exhibiting little to no tensile ductility, and fail in a brittle manner under uniaxial loading. Speaking broadly, there are two complimentary approaches to improving on these shortcomings: 1) create bulk metallic glass matrix composites (BMGMCs) and 2) improve the properties of a monolithic BMG. The structure of this thesis mirrors this division, with chapters 2-7 focusing on creating and processing amorphous metal matrix composites, and chapter 8 focusing on modifying the properties of a monolithic BGM by altering its configurational state through irradiation.

Composite second-order performance improvement in optical fibre CATV transmission system using chirped fibre grating

Theoretically, we analyse the dispersion compensation characteristics of the chirped fibre grating (CFG) in an optical fibre cable television (CATV) system and obtain the analytic expression of the composite second-order (CSO) distortion using the time-domain form of the field envelope wave equation. The obtained result is in good agreement with the numerical simulation result. Experimentally, we verify the result by making use of the tunable characteristics of CFG to change the dispersion compensation amount and obtain an optimal CSO performance in a 125km fibre transmission link. Both the theoretical and experimental results show that the CSO performance can be improved by properly choosing the dispersion compensation amount for a certain fibre transmission link.

Desarrollo de composites de base de nanoparticulas de FeNi obtenidas por el metodo de explosion de hilo para alas aplicaciones de altas frecuencias

Actualmente ningún área científica es ajena a la revolución de la nanociencia; las nanopartículas atraen el interés de muchos investigadores desde el punto de vista de la ciencia fundamental y para sus aplicaciones tecnológicas. Las nanopartículas ofrecen la posibilidad de fabricar sensores que sean capaces de detectar desde un virus hasta concentraciones de substancias patógenas que no pueden ser detectadas por los métodos convencionales. Hoy en día existes 82 tratamientos contra el cáncer basadas en la utilización de nanopartículas y los materiales composite con nanopartículas se utilizan como medio de protección frente a la radiación del rango de microondas. En la rama de ciencias ambientales, las nanopartículas metálicas sirven como materiales anticontaminantes. En la primera etapa de este trabajo, se ha estudiado la estructura cristalina y las propiedades magnéticas de las nanopartículas de FeNi, obtenidas por el método EEW, compactadas en forma de toroide. Para el aprendizaje del difractometro utilizado para este trabajo y el método de difracción de Rayos-X, se ha asistido al curso “Caracterización de materiales mediante DRX-P” impartido por SGIker de la UPV/EHU. Con la técnica de Rayos-X se ha determinado que el toroide consiste en dos fases: el FeNi metálico y el NiFe2O4. Ambos se cristalizan en un sistema cúbico FCC. Se ha determinado un valor de 50 nm del tamaño de dominio coherente de difracción en la superficie del toroide y aproximadamente el doble en el interior. Se han empleado los microscopios electrónicos SEM y TEM para obtener imágenes de gran resolución de la muestra y analizar su contenido elemental. Se puede apreciar que el toroide, efectivamente, es el fruto de la compactación de nanopartículas de alrededor de 60 nm. Para la caracterización magnética se ha utilizado el “trazador de ciclos” y el magnetómetro de muestra vibrante. Consiguiendo un valor de saturación, en uno de los toroides, de 140 emu/g con la aplicación de un campo magnético de 0.15 kOe. Estos valores dependen de los tratamientos recibidos. En la segunda etapa, se han realizado distintas mezclas de polímetro y nanopartículas para obtener los composites en forma de lámina y analizar su capacidad de absorción frente a la radiación en el rango de microondas. Todas las medidas de absorción en función del campo magnético externo muestran una absorción pronunciada en el campo cero y un desplazamiento a la izquierda del pico de resonancia respecto a la posición esperada para partículas esféricas. Dicho desplazamiento se interpreta, aparte de otros mecanismos, como el resultado de la existencia de la estructura cristalina tipo “gemelos” en algunas nanopartículas. La absorción en campo cero y el ensanchamiento de la línea de resonancia ferromagnética de los composites tipo polímero/nanopartículas de FeNi forman una solida base de las posibles aplicaciones de estos materiales como absorbentes en el rango de microondas.

Understanding Micro- and Macro-Mechanics of Soil Liquefaction: A Necessary Step for Field-Scale Assessment

Liquefaction is a devastating instability associated with saturated, loose, and cohesionless soils. It poses a significant risk to distributed infrastructure systems that are vital for the security, economy, safety, health, and welfare of societies. In order to make our cities resilient to the effects of liquefaction, it is important to be able to identify areas that are most susceptible. Some of the prevalent methodologies employed to identify susceptible areas include conventional slope stability analysis and the use of so-called liquefaction charts. However, these methodologies have some limitations, which motivate our research objectives. In this dissertation, we investigate the mechanics of origin of liquefaction in a laboratory test using grain-scale simulations, which helps (i) understand why certain soils liquefy under certain conditions, and (ii) identify a necessary precursor for onset of flow liquefaction. Furthermore, we investigate the mechanics of liquefaction charts using a continuum plasticity model; this can help in modeling the surface hazards of liquefaction following an earthquake. Finally, we also investigate the microscopic definition of soil shear wave velocity, a soil property that is used as an index to quantify liquefaction resistance of soil. We show that anisotropy in fabric, or grain arrangement can be correlated with anisotropy in shear wave velocity. This has the potential to quantify the effects of sample disturbance when a soil specimen is extracted from the field. In conclusion, by developing a more fundamental understanding of soil liquefaction, this dissertation takes necessary steps for a more physical assessment of liquefaction susceptibility at the field-scale.