MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham005449
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620.11
■1001  ▼aWang,  Kelly  L.
■24510▼aQuasicrystal  Growth  Mechanisms  and  Generalized  Defect  Detection  in  Crystals
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a154  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Glotzer,  Sharon  C.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2024.
■520    ▼aQuasicrystals  are  aperiodic  crystals  known  to  exhibit  properties  unexpected  for  their  composition.  These  materials  have  potential  applications  as  solar  absorbers,  Teflon  alternatives,  and  mechanical  reinforcement.  Unfortunately,  the  presence  of  defects,  dislocations,  and  grain  boundaries  in  synthesized  quasicrystals  impede  the  study  and  commercialization  of  these  materials.  Conventional  methods  to  detect  defects  and  grains  assume  periodicity,  are  limited  to  simple  crystals,  or  are  developed  for  a  specific  crystal  structure.  Although  theories  of  defects  and  dislocations  in  quasicrystals  exist,  they  can  be  difficult  to  implement  on  large  systems  due  to  their  complexity  and  computational  cost.  This  dissertation  aims  to  bridge  this  gap  by  deepening  our  understanding  of  quasicrystal  growth  mechanisms,  offering  a  versatile  tool  for  defect  and  dislocation  detection,  and  ultimately  enhancing  the  quasicrystal  manufacturing  processes.Due  to  the  difficulties  associated  with  defect  detection  in  quasicrystals,  research  on  the  growth  interactions  of  these  materials  remains  limited.  To  address  this  gap  in  the  literature,  I  use  molecular  dynamics  simulation  to  model  two  novel  growth  behaviors  discovered  by  our  experimental  collaborators.  First,  I  elucidate  how  phasons,  the  configurational  degrees  of  freedom  imparted  by  aperiodicity,  enables  the  formation  of  single,  defect  free  quasicrystals  upon  collision  of  two  grains  with  small  misorientation.  I  show  how  phasons  enable  quasicrystals  to  redistribute  direct  space  strain  (i.e.  phonon  strain)  upon  collision  and  rotation  of  misoriented  grains.  Second,  I  detail  the  role  of  multiple  length  scales  in  phason-mediated  coalesence  mechanisms  upon  quasicrystal  collison  and  engulfment  of  shrinkage  pores.  This  phason-mediated  mechanism  results  in  a  low-energy  region  at  the  site  of  growth  front  collision,  and  is  agnostic  to  pore  collision  conditions.  These  works  highlight  the  role  phasons  play  in  redistributing  strain  upon  collision  of  growth  fronts.  Understanding  how  the  presence  of  phasons  affects  quasicrystal  growth  behavior  will  give  experimentalists  the  tools  they  need  to  develop  better  manufacturing  processes  for  commercially  viable  quasicrystal  coatings.Although  Fourier  filtering  is  traditionally  used  to  detect  strain  and  dislocations  in  experimental  crystals  imaged  at  atomistic  resolution,  this  technique  has  seen  limited  usage  for  the  analysis  of  phason  and  classical  strain  in  quasicrystals.  Additionally,  Fourier  filtering  relies  on  manual  inspection  of  structural  data  and  often  requires  specialized  knowledge  of  proprietary  software.  For  systematic  studies  over  large  parameter  spaces,  manual  inspection  becomes  infeasible.  Consequently,  Fourier  filtering  for  defect  detection  has  seen  limited  usage  in  simulated  systems.  To  process  the  large  volumes  of  data  required  for  our  systematic  study  of  obstacles  and  temperature  on  quasicrystal  synthesis,  I  develop  a  structure  agnostic  algorithm  to  automate  defect  and  strain  detection.The  algorithm  is  robust  to  noise  and  artifacts  originating  from  disordered  regions  or  misaligned  grains,  effective  at  segmenting  misoriented  grains  in  polycrystalline  samples,  and  effective  at  identifying  defects  and  dislocations.  I  leverage  this  algorithm  to  analyze  phason  trail  relaxation  in  simulated  quasicrystals  and  demonstrated  the  algorithm's  generalizability  across  a  diverse  array  of  simulated  and  experimental  crystals,  including  images  of  non-spherical  particles,  three  dimensional  experimental  data,  and  three  dimensional  simulation  data.This  dissertation  aims  to  advance  our  understanding  of  quasicrystals  by  exploring  their  growth  behaviors,  offering  a  robust  defect  detection  tool,  and  providing  valuable  insight  for  material  scientists,  crystallographers,  and  other  researchers  specializing  in  quasicrystals.  Through  the  integration  of  molecular  dynamics  simulations  and  innovative  algorithms,  this  research  promises  to  facilitate  significant  advancements  in  the  comprehension  and  commercialization  of  these  remarkable  materials.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aMaterials  science
■650  4▼aChemical  engineering
■650  4▼aCondensed  matter  physics
■650  4▼aEngineering
■653    ▼aQuasicrystals
■653    ▼aSelf-assembly
■653    ▼aMolecular  dynamics  simulations
■653    ▼aDislocations
■653    ▼aGrain  boundary  groove
■653    ▼aCrystal  structure
■690    ▼a0794
■690    ▼a0542
■690    ▼a0537
■690    ▼a0611
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bMacromolecular  Science  &  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-12B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17162805▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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