The authors gratefully acknowledge continued funding and support for the project from the Atomic Weapons Establishment, AWE Plc. (UK) and Imperial College London.

1. الهدف تصنيع والجمعية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الجهاز المستهدف اسطوانة لأبعاد المطلوبة من الأسهم الصلبة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد سطح الاسطوانة عن طريق إزالة علامات بالقطع. سطح منتشر موحد هو الأفضل لPDV التفكير. وقد تم الحصول على نتائج جيدة مع الرملي الرطب الضوء مع&gt; 1200 الحصباء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توصيف مكونات الهدف، أي قياس ما يلي: طول اسطوانة والقطر وسمك الجدار (في مواقع متعددة) طول قذيفة، قطر طول القوس القوطي، قطر كتلة من كل ما سبق </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تجميع حلقة متصاعدة اسطوانة وPDV الذراع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جبل تحقيقات PDV في يتصاعد الحركية وعلى الذراع PDV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إدراج القوس القوطي في الاسطوانة الهدف بحيث أن الجزء الخلفي من القوس القوطي هو مطاردة مع الجزء الخلفي من اسطوانة (يجب أن يتم ذلك في ورشة عمل مسطح). تم تصميم مسامير M3 ثلاث لعقد القوس القوطي في المكان في حين يسمح للاسطوانة ل&quot;قشر فصيل عبد الواحد<html> عبد المنعم يوسف &quot;خلال التوسع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع اسطوانة الهدف في الأجهزة المتزايدة بحيث مدخل الاسطوانة هو مطاردة مع مواجهة الرائدة في حلقة متصاعدة. تأمين اسطوانة في مكان مع 6 M4 مسامير اليرقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت التدفئة / التبريد والأجهزة المزدوجات الحرارية السندات على طول الاسطوانة الجدار الخارجي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنظيف FC / APC (موصل الطويق، الاتصال الجسدي الزاوية) موصلات على نهاية الألياف التحقيق PDV مع قطعة قماش للتنظيف الألياف وتحقق مع نطاق الألياف. وهذا أمر مهم للحد من العودة للانعكاس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام مرئية (660 نانومتر) 3R فئة ليزر تقريبا محاذاة تحقيقات بحيث تكون الطبيعي أن الاسطوانة (أي الضوء الذي ينعكس يرتد على التحقيق). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تجميع الدوائر الانعكاسية الأساسية باستخدام شكل دائري. ربط نانومتر الليزر من الفئة 1 1550 لإدخال 1، والتحقيق PDV لإدخال 2 والسلطة متر لإدخال 3. محاذاة تحقيقات PDV بدوره بحيث يتم تعظيم قوة إرجاعها. </li></ol>ق ق = &quot;jove_title&quot;&gt; 2. الغاز بندقية التحضير <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام المكونات برميل وميكرومتر عمق محاذاة حلقة الهدف إلى نهاية للبرميل للحد من تأثير الميل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت نظام تخفيف جزء وحماية الباب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع المحاذاة المكونات المستهدفة في برميل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت التجميع المستهدفة ومحاذاة إلى المكونات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت الزناد جعل الزوج على نهاية برميل ووصل إلى الأجهزة توقيت والتشخيص. قياس المسافة من الاتصال مع الزناد لتأثير قذيفة على القوس القوطي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت المرايا تحول لسرعة عالية والتصوير الفوتوغرافي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> محاذاة المرايا لإعطاء صورة متعامد من الاسطوانة عبر منافذ دبابات الهدف وقفل في المكان. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> محاذاة كاميرات السرعة وميض المصابيح عالية خارج الدبابة المستهدفة. غمط برميل، وضع كاميرا عالية السرعة ومصباح ومضة واحدة في 3:00 النسبية للاسطوانة. ضع الكاميرا IVV في 09:00 ومصباح آخر فلاش في 00:00. في هذا التكوين على كاميرا عالية السرعة ستكون المواجهة مضاءة لتتبع الكراك وسوف IVV توفير صور ظلل للكشف عن الحافة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط التدفئة / التبريد معدات لاستهداف والاقدام تغذية فراغ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنبيه: مع النظارات المناسبة وغيرها من الاحتياطات بدوره على الليزر الدرجة الرابعة، الذبذبات وأنظمة PDV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التحقق من مستويات الطاقة إرسالها إلى تحقيقات PDV. مع نظام PDV، وعادة ما تستخدم حوالي 5 ميغاواط لكل التحقيق مع 1 ميغاواط لكل قناة للمرجعية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحقق المواءمة بين تحقيقات PDV مع السلطة متر. راض مرة واحدة مع محاذاة استخدام بطاقة IR لقياس حيث تحقيقات PDV يبحثون على سطح الاسطوانة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدوره على الليزر المرجعية والتحقق من جودة الإشارات ضربات التي قدمها كل التحقيق. ضبط الطول الموجي لليزر (ق) لتعيين المطلوب الصفر تردد سرعة ضربات (ضبط هذا حوالي 5 غيغاهرتز). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> راض مرة واحدة مع علي الهدفgnment، موقع الزناد، وكاميرا والمواءمة المرآة، PDV محاذاة التحقيق والمكان والإطار التخفيف إغلاق خزان الهدف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة المكونات التنسيق؛ تثبيت قذيفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كاميرات الإعداد والإضاءة (معدل الإطار، والتعرض، توقيت) وإجراء التصوير الاختبار. معدلات الإطار النموذجية هي حوالي 250،000 لقطة / ثانية لكل من الكاميرات، مع تعرض نحو 0.5 μsec. يتم توقيت الصورة الأولى عادة لتتزامن مع لحظة تأثير. </li></ol> 3. إعداد اطلاق النار <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت أغشية المؤخرة التي تنطبق على الضغط اطلاق الحاجة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إغلاق المؤخرة والبدء في اخلاء الدبابات المستهدفة. تهدف لمستوى الفراغ في المنطقة من 50 mTorr. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أداء الإعداد النهائي لجميع التشخيص (التأخير الذبذبات، وموجبات، وإعدادات الكاميرا وما إلى ذلك). تعيين الذبذبات لPDV في 50 μsec في تقسيم، 25 psec لكل نقطة وpretrigger من 20٪ لإعطاء نافذة 500 μsec. تحريك سscilloscopes وكاميرات الوقت بحيث الصفر يتزامن مع وقت التأثير. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الاختبار النهائي الزناد. توقيت الاختيار دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدوره على الليزر. كاميرات الذراع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غرفة قريبة. ضمان ليزر وارتفاع ضغط المتداخلة هي في الموضع الصحيح. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تبدأ التدفئة / التبريد كما هو مطلوب باستخدام برنامج ابفيف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توجيه الاتهام الى البندقية لضغط اطلاق المطلوب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عندما تحت الضغط، والقيام الاختيار النهائي التي مسلحين جميع أنظمة التشخيص. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عزل جهاز التدفئة أو التبريد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> العد التنازلي &quot;3، 2، 1 الحريق&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنفيس الدبابات المستهدفة والقبض عليه. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حفظ جميع البيانات الذبذبات والكاميرا. </li></ol> 4. المشاركة أطلق عليه الرصاص <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اغلاق الليزر وانتظر البندقية لتحقيق التعادل تماما في الغلاف الجوي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح خزان الهدف، وجمع كل القطع المعدنية وفرز تي-6AL-4V. </li></ol> 5. تحليل البيانات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إجراء تحليل STFT على نظام التشغيل PDVالبيانات cilloscope للحد من تاريخ السرعة وفقا لتحليل آو ودولان 12. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عملية تصوير البيانات بسرعة عالية مع برنامج مثل المذكورة في الجدول المعدات. والكاميرا لقطات سرعة عالية توفر الوقت والضغط على الفشل وتمكين تحليل تشكيل الكراك والنمو. الصور ظلل من IVV توفر ميزة واضحة لدراسة ملامح التشوه الكامل للاسطوانة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس ووزن شظايا استردادها. حدد الأجزاء مع ميزات مثيرة للاهتمام مثل الكسور القبض عليهم وإعدادهم للفحص المجهري. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> القسم، جبل، وتلميع شظايا. ثم تحليل في المجهر الإلكتروني. يوفر الإلكترون تشتت ارتدادي حيود معلومات عن الملمس والمجهرية إلى جانب التصوير الإلكترون الثانوية للتحقيق في السطوح كسر وتحديد الأعطال. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Jones, D. R., Chapman, D. J., Eakins, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+gas+gun+based+technique+for+studying+the+role+of+temperature+in+dynamic+fracture+and+fragmentation.">A gas gun based technique for studying the role of temperature in dynamic fracture and fragmentation.</a> J. Appl. Phys. 114, 173508 (2013).</li><li>Liao, S. C., Duffy, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adiabatic+shear+bands+in+a+Ti-6Al-4V+titanium+alloy.">Adiabatic shear bands in a Ti-6Al-4V titanium alloy.</a> J. Mech. Phys. Solids. 46 (11), 2201-2231 (1998).</li><li>Mott, N. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fragmentation+of+shell+cases.">Fragmentation of shell cases.</a> Proc. R. Soc. Lond. A. 189 (1018), 300-308 (1947).</li><li>Hoggatt, C. R., Recht, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fracture+behavior+of+tubular+bombs.">Fracture behavior of tubular bombs.</a> J. Appl. Phys. 39 (3), 1856-1862 (1968).</li><li>Banks, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fragmentation+behavior+of+thin-walled+metal+cylinders.">The fragmentation behavior of thin-walled metal cylinders.</a> J. Appl. Phys. 40 (1), 437-438 (1969).</li><li>Warnes, R. H., Duffey, T. A., Karpp, R. R., Carden, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+technique+for+determining+dynamic+metal+properties+using+the+expanding+ring.">Improved technique for determining dynamic metal properties using the expanding ring.</a> Los Alamos Scientific Laboratory Report. , (1980).</li><li>Niordson, F. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+unit+for+testing+materials+at+high+strain+rates.">A unit for testing materials at high strain rates.</a> Exp. Mech. 5 (1), 29-32 (1965).</li><li>Grady, D. E., Benson, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fragmentation+of+metal+rings+by+electromagnetic+loading.">Fragmentation of metal rings by electromagnetic loading.</a> Exp. Mech. 23 (4), 393-400 (1983).</li><li>Winter, R. E., Prestidge, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+technique+for+the+measurement+of+the+high+strain+rate+ductility+of+metals.">A technique for the measurement of the high strain rate ductility of metals.</a> J. Mat. Sci. 13 (8), 1835-1837 (1978).</li><li>Vogler, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fragmentation+of+materials+in+expanding+tube+experiments.">Fragmentation of materials in expanding tube experiments.</a> Int. J. Imp. Eng. 29, 735-746 (2003).</li><li>Strand, O. T., Goosman, D. R., Martinez, C., Whitworth, T. L., Kuhlow, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compact+system+for+high-speed+velocimetry+using+heterodyne+techniques.">Compact system for high-speed velocimetry using heterodyne techniques.</a> Rev. Sci. Inst. 77, 083108 (2006).</li><li>Ao, T., Dolan, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SIRHEN:+A+data+reduction+program+for+photonic+Doppler+velocimetry+measurements.">SIRHEN: A data reduction program for photonic Doppler velocimetry measurements.</a> Sandia National Laboratories Report. , (2010).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

هذه الطريقة يمكن التحقيق في المواد بمعدلات عالية من الشد تحميل على نطاق واسع من درجات الحرارة، من التجميد إلى ~ 1000 K، فريدة من نوعها لهذا التصميم. ومع ذلك، وهذا يضيف تحديات معينة إلى الإعداد التجريبية والتنفيذ. أولا، لتحسين التحكم في درجة الحرارة يحتاج إدراج القوس الق...

فشل الديناميكي للمادة هو جانب هام من جوانب سلوكها الميكانيكية الشامل، وله أهمية في العديد من الصناعات بما في ذلك السيارات والطائرات والجيش على سبيل المثال لا الحصر. في حين فشل في انخفاض الضغط في أسعار عادة ما درست من خلال اختبارات التوتر التقليدية، حيث يتم تحميل عينة رقيقة طويلة في التوتر من الطرفين، وبأسعار سلالة عالية يتطلب مثل هذه الهندسة / تكوين عينة لتكون صغيرة للغاية من أجل الحفاظ على شبه الميكانيكية التوازن طوال فترة الاختبار. في ظهور صدع واحد، وسوف تكون مريحة المواد المحيطة بها، وإلقاء القبض على نحو فعال في تطوير أي مواقع فشل المجاورة. وهذا يحد من عدد من الكسور التي يمكن ملاحظتها في وقت واحد في أي تجربة واحدة، ويمنع معلومات هامة بشأن إحصاءات الفشل يحدد لاحقا. اختبار اسطوانة توسيع هي تقنية راسخة لوصف الطريقة التي الماديهليرة سورية تفشل وجزء تحت عال سرعة التحميل. في الاختبار، اسطوانة مصنوعة من مادة الفائدة يتم تحميل بشكل موحد على طول محيطها الداخلي، وإطلاق موجة التوتر من خلال الجدار والتسبب في اسطوانة للتوسع. قريبا هذه الموجة شعاعي تبدد وإجهاد الشد طارة موحد حول محيط يهيمن. كما أن معدل الضغط العصبي والتوتر هو نفسه في جميع أنحاء اسطوانة يحكم سلوك كسر والتفتت فقط من خصائص مادة. اختبار يخفف المشكلة المذكورة أعلاه كما العينة محيطات كبيرة وعادة ما تروج الشروع في مواقع الفشل متعددة تحت الضغط موحد 1. وكان الهدف الرئيسي في تطوير هذه التقنية التجريبية لتمكين دراسة دور درجة الحرارة في السلوك كسر وتفتت اسطوانة التوسع. سوف السيطرة على درجة حرارة العينة يسمح للتحقيق في كيفية الشد ديناميكية، وآلية الكسر، وfragmيتأثر سلوك entation للمادة. على سبيل المثال في المعادن، وزيادة في درجة الحرارة يمكن أن يسبب تحولا من التقصف لكسر الدكتايل، واستيعاب المزيد من العمل البلاستيك قبل أن تفشل في نهاية المطاف. بعض المواد مثل تي-6AL-4V يمكن أيضا يحمل القص ثابت الحرارة توطين 2. في حين تشوه العينة، والعمل البلاستيك يولد حرارة. إذا كان معدل تليين نتيجة لهذه الزيادة في درجة الحرارة أكبر من معدل تصلب العمل من التشوه، يمكن لعدم الاستقرار تشكل فيها كمية كبيرة من تشوه البلاستيك يحدث في فرقة محلية جدا (الفرقة القص ثابت الحرارة). ويتم تشجيع هذا الرد في تي-6AL-4V بسبب التوصيل الحراري الفقراء، ويمكن أن تحد من فعاليتها لتطبيقات مثل خفيفة الوزن دروع. هذا النهج اختبار جديد يجب أن يرضي معيارين رئيسيين. أولا، يجب أن طريقة إنتاج معدل الضغط شعاعي بناء على أمر من 10 ثانية 4 -1، وينظر عادة في الباليستية وأحداث الأثر، للسماح بالمقارنة مع الدراسات السابقة التي توظف المزيد من برامج تحميل التقليدية. ثانيا، تحتاج آلية حملة للن تتأثر درجة حرارة العينة لضمان الاتساق بين التجارب. آليات التوسع اسطوانة الأولية المستخدمة عبوات ناسفة، إما ببساطة ملء نموذج اسطوانة 3-5 مباشرة أو باستخدام برنامج متوسطة. في الحالة الأخيرة يتم استخدام منطقة عازلة 6، حيث يتم وضع العينة على اسطوانة الصلب الذي بدوره يحتوي على عبوة ناسفة. القيد وضوحا هو أن مثل اسطوانة عينة تحتوي على مواد محرك الأقراص (في شكل المتفجرات) تسخين الاسطوانة وأيضا حرارة هذه التهمة. في حين أن هذا قد لا يسبب الشروع في تهمة مباشرة العديد من أنواع المتفجرات تحتوي على مواد الموثق البوليمر التي سوف تذوب الخروج من عينة اسطوانة. وبالمثل، فإن بعض المتفجرات تصبح حساسة للغاية عندما تبرد. وهذا يعني أن محركات الأقراص المتفجرة ليست مناسبة لدراسة درجة الحرارة. بديل<html> يستخدم أسلوب قوة لورنتز للتوسع - يتم وضع العينة على لفائف سائق 7، 8 يتم حقن الحالية المرتفعة إلى هذا الملف سائق (الثقيل عادة سلك قياس النحاس)، وحمل التيار المعاكس في العينة. وترتبط هذه التيارات المتعارضة المجالات المغناطيسية التي تعمل ضد بعضها البعض، والضغط المغناطيسي يقود عينة الخارج من الوجه الداخلي. مرة أخرى، تسخين المواد سيؤثر سلبا على لفائف محرك النحاس داخل العينة. وقد استخدمت بنادق الغاز للتوسع اسطوانة منذ أواخر 1970s 9. في هذه التجارب على المواد المستخدمة للإدراج في الاسطوانة هو البوليمر، محرك يأتي نتيجة كل من قذيفة وإدراج تشويه في الأثر. هذا الإدراج هو عادة من المطاط أو البلاستيك 10، وقوة وليونة من التي ستتأثر بشدة من جراء درجات الحرارة. سوف التدفئة جعل إدراج لينة جدا، وسوف التبريد جعلها تتصرف بطريقة هشة لذلك فشل قبل الأوان. معشوقة = &quot;jove_content&quot;&gt; وخلافا للتقنيات توسيع اسطوانة السابقة، فإن الطريقة الموصوفة هنا هو الأول لتوفير محرك التحميل للتكرار على نطاق واسع من درجات الحرارة (100-1،000 K). تقنية لدينا هي فريدة من نوعها في حقيقة أن المواد المستخدمة لقيادة التوسع (في حالتنا القذيفة) منفصلة عن الاسطوانة حتى نقطة التأثير. وبناء على ذلك، فإنه لا يتأثر درجة الحرارة الأولية من العينة اسطوانة ويوفر حمولة تكرار. تتكون هندسة التجريبية من الصلب القوس القوطي شنت داخل الاسطوانة الهدف، مع تلميح تقع في منتصف المسافة تقريبا على طول الاسطوانة. ثم يتم استخدام بندقية واحدة الغاز ضوء المرحلة لإطلاق قذيفة البولي مع وجه مقعر في الاسطوانة بسرعات تصل إلى 1000 م / ثانية -1. محور الهدف هو تلاؤمه اسطوانة بعناية لمحور برميل الغاز بندقية لتسهيل الحمل للتكرار وموحدة. تدفق تأثير واللاحق للصقذيفة lycarbonate حول الصلب القوس القوطي شبه جامدة، ويدفع الاسطوانة إلى التوسع من الجدار الداخلي. هندسة إدراج القوس القوطي ووجه مقعر من قذيفة تم بعناية الأمثل باستخدام المحاكاة الحاسوبية المائية رمز لتوليد التوسع المطلوب من الاسطوانة. باستخدام 4340 سبائك الصلب لالقوس القوطي تمكن التجريب مع اسطوانة في درجة حرارة كما قوتها هي أعلى بكثير من قذيفة البولي على درجات حرارة تتراوح بين الفائدة وضمان تبقى آلية محرك متسقة. Ogives تعافى من التجارب ساخنة وتبريد يحمل سوى الحد الأدنى تشوه نتيجة لتأثير. ويتم إنجاز التدفئة والتبريد من العينة اسطوانة من خلال تركيب أجهزة التحكم في درجة الحرارة في عطلة تشكيله في الجزء الخلفي من إدراج القوس القوطي. لتبريد العينة لدرجات الحرارة المبردة (~ 100 K)، وختم عطلة في القوس القوطي مع غطاء الألومنيوم والنيتروجين السائل وlowed من خلال تجويف. كما الاسطوانة المستهدفة لديها مساحة كبيرة اتصال مع القوس القوطي يتم تبريد العينة من خلال التوصيل. لتسخين الاسطوانة هدف لدرجات حرارة تقترب من 1000 K، يتم وضع سخان الخزف ونيتشروم مقاوم في عطلة القوس القوطي. ويوفر العرض عالية الطاقة الحالية تصل إلى 1 كيلو واط، تسخين القوس القوطي والاسطوانة. الاسطوانة والقوس القوطي معزولة حراريا من الهدف جبل في واحد مرحلة الغاز بندقية من خلال استخدام MACOR الفواصل السيراميك. يقام للدبابات أيضا في ظل فراغ معتدل (&lt;0.5 عربة) خلال التجربة التي تساعد التلاعب الحراري. من أجل تشخيص عملية تفتيت الاسطوانة، التصميم التجريبي يتضمن قنوات متعددة للتردد من تحويل PDV، لقياس سرعة التوسع في نقاط على طول الاسطوانة. PDV هو جديد نسبيا 11، والألياف البصرية القائمة على تقنية التداخل الذي يمكن قياس سرعات السطح خلال أحداث ديناميكية للغاية. خلال قياس PDV، تحول دوبلر الضوء المنعكس من سطح تتحرك من الاهتمام باستخدام وجنبا إلى جنب مع المنزاحة الامم المتحدة ضوء التحقيق الألياف الضوئية، وخلق فازت تردد أن يتناسب طرديا مع سرعة سطح متحرك. أساسا، وهو نظام PDV هو نيكلسون تداخل سريع باستخدام التقدم في الأشعة تحت الحمراء القريبة (1550 نانومتر) تكنولوجيا الاتصالات لتسجيل الترددات فاز في نطاق غيغاهرتز. النظام المتصاعدة ل100 مم البعد البؤري للتحقيقات PDV المستخدمة في الدراسة الحالية يضمن أنهم معزولون عن درجة حرارة الاسطوانة، ويقدم تشكيلة سهلة. ميزة إضافية لاستخدام 100 ملم تحقيقات البعد البؤري هو أنها توفر الوصول البصرية يكفي لتمكين عالية السرعة والتصوير الفوتوغرافي لقياس الشخصية توسيع اسطوانة كاملة. يظهر ترتيب ومكان أربعة تحقيقات، AD، جنبا إلى جنب الاسطوانة في الشكل 1 يتم توظيف اثنين من الكاميرات عالية السرعة هنا؛ كاميرا فيديو عالية السرعة فانتوم V16.10 تعمل على 250،000 إطارا في الثانية وIVV UHSi كاميرا 12/24 تأطير، واستولت على 24 صورة. والخلفية الكاميرا IVV بحيث الاسطوانة يضيء في صورة ظلية تمكين حافة توسيع شعاعيا من الاسطوانة لتعقبها بدقة. الكاميرا الوهمية هي الجبهة مضيئة تصوير عملية بدء الفشل والتشرذم. ويمكن بعد ذلك أن يرتبط سرعة التصوير العالية مع velocimetry لإعطاء سلالة ومعدل الضغط على عينة كاملة. التصوير فائق السرعة يسمح أيضا لقياس دقيق من سلالة الفشل وأنماط كسر طول السطح. تقنية التجريبية المعروضة في القسم التالي بروتوكول توفر وسيلة للتحكم في درجة حرارة العينة في تجربة اسطوانة التوسع، والتي من خلالها آليات كسر مختلفة يمكن تفعيلها أو قمعها. وهذا الأسلوب يؤدي إلى فهم أشمل لدور درجة الحرارة في السيناريوهات تحميل الديناميكي.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1154">
	<tbody>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:268px;">Item</td>
			<td style="width:235px;">Company / Manufacturer</td>
			<td style="width:344px;">Part Number</td>
			<td style="width:307px;">Comments / Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">1550 nm CW Laser</td>
			<td style="width:235px;">NKT Photonics</td>
			<td style="width:344px;">Koheras Adjustik</td>
			<td style="width:307px;">x 2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">1550 nm Power Amplifier</td>
			<td style="width:235px;">NKT Photonics</td>
			<td style="width:344px;">Koheras Boostik HPA</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="42" rowspan="2" style="height:42px;width:268px;">Delay Generators</td>
			<td style="width:235px;">Quantum Composers</td>
			<td style="width:344px;">9500+ Digital Delay Pulse Generator</td>
			<td style="width:307px;">8 output version</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Stanford Research Systems</td>
			<td style="width:344px;">DG535 Digital Delay Generator</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">16 Channel Digitiser</td>
			<td style="width:235px;">Agilent Technologies</td>
			<td style="width:344px;">U1056B Chassis + 4 X U1063A Digitiser</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="42" rowspan="2" style="height:42px;width:268px;">High Bandwidth Oscilloscopes</td>
			<td style="width:235px;">Teledyne LeCroy</td>
			<td style="width:344px;">WaveMaster 816Zi-A</td>
			<td style="width:307px;">Expansion Velocity, Gen 3 PDV</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Tektronix</td>
			<td style="width:344px;">DPO71604C</td>
			<td style="width:307px;">Projectile Velocity, Gen 1 PDV</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="84" rowspan="4" style="height:84px;width:268px;">High Speed Imaging Systems</td>
			<td style="width:235px;">Vision Research</td>
			<td style="width:344px;">Phantom v16.10</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Invisible Vision</td>
			<td style="width:344px;">IVV UHSi-24</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Zeiss Optics</td>
			<td style="width:344px;">Planar T* 1,4/85</td>
			<td style="width:307px;">85mm Prime Lens</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Nikon</td>
			<td style="width:344px;">AF-S Nikkor 70-200mm f/2.8 ED VR II</td>
			<td style="width:307px;">70-200mm Telephoto Lens</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Flash Lamp</td>
			<td style="width:235px;">Bowens</td>
			<td style="width:344px;">Gemini Pro 1500W</td>
			<td style="width:307px;">x 2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">PDV Probe</td>
			<td style="width:235px;">Laser 2000</td>
			<td style="width:344px;">LPF-04-1550-9/125-S-21.5-100-4.5AS-60-3A-3-3</td>
			<td style="width:307px;">x 4 (Custom order)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:268px;">PDV System</td>
			<td style="width:235px;">Built in-house by the Institute of Shock Physics</td>
			<td style="width:344px;">Custom Build</td>
			<td style="width:307px;">3rd Generation (Upshifted) 8 Channel Portable PDV System</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Control Software</td>
			<td style="width:235px;">National Instruments</td>
			<td style="width:344px;">LabVIEW 2013</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Control Hardware for heating</td>
			<td style="width:235px;">National Instruments</td>
			<td style="width:344px;">NI-DAQ 6009 USB</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Heating Power Supply</td>
			<td style="width:235px;">BK Precision</td>
			<td style="width:344px;">BK1900</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Thermocouple Logger</td>
			<td style="width:235px;">Pico Technology</td>
			<td style="width:344px;">TC-08</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:268px;">100 mm Single Stage Light Gas Gun</td>
			<td style="width:235px;">Physics Applications, Inc. (PAI)</td>
			<td style="width:344px;">Custom Build</td>
			<td style="width:307px;">Capable of at least 1000 meters per second with ~ 2 kg projectile</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Image analysis software</td>
			<td style="width:235px;">National Institutes of Health</td>
			<td style="width:344px;">ImageJ</td>
			<td style="width:307px;">Open source, free</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Image analysis software</td>
			<td style="width:235px;">Mathworks</td>
			<td style="width:344px;">MATLAB r2014a</td>
			<td style="width:307px;">With image processing toolboxes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Material sectioning saw</td>
			<td style="width:235px;">Struers</td>
			<td style="width:344px;">Accutom-50</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Electron Microscope</td>
			<td style="width:235px;">Zeiss</td>
			<td style="width:344px;">Auriga</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Electron Backscatter Diffraction</td>
			<td style="width:235px;">Bruker</td>
			<td style="width:344px;">e-Flash 1000</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">EBSD software</td>
			<td style="width:235px;">Bruker</td>
			<td style="width:344px;">eSprit</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a method for studying the temperature dependence of dynamic fracture and fragmentation

كسر الديناميكي للهيئة هو ظاهرة في مرحلة متأخرة درس عادة في ظل ظروف المبسطة، التي مشوها عينة تحت الضغط موحد ومعدل الضغط. يمكن أن تنتج هذه عن طريق تحميل بالتساوي على السطح الداخلي للاسطوانة. بسبب التماثل المحوري، مع توسع اسطوانة يتم وضع جدار إلى إجهاد الشد طارة يكون موحدا حول محيط. في حين أن هناك تقنيات مختلفة لتوليد هذا التوسع مثل المتفجرات، محرك الكهرومغناطيسي، وتقنيات مدفع الغاز الموجودة أنهم جميعا محدودة في حقيقة أن العينة اسطوانة يجب أن يكون في درجة حرارة الغرفة. نقدم طريقة جديدة باستخدام بندقية الغاز التي تسهل تجارب على اسطوانات من 150 إلى 800 K K مع ثابت والتحميل للتكرار. وتستخدم هذه التجارب تشخيص للغاية لدراسة تأثير درجة الحرارة على آليات كسر المسؤولة عن الفشل، وما ينجم عن ذلك من تأثير على إحصاءات التجزئة. وتوظف الهندسة التجريبية لالقوس القوطي الصلب يقع داخل الاسطوانة الهدف، مع غيض تقع في منتصف المسافة تقريبا في. ثم يتم استخدام واحد مدفع الغاز ضوء المرحلة لإطلاق قذيفة البولي في الاسطوانة في 1000 م / ثانية -1. آثار قذيفة وتدفقات حول القوس القوطي جامدة، والقيادة الاسطوانة عينة من الداخل. استخدام إدراج القوس القوطي غير تشويه، يسمح لنا لتثبيت أجهزة التحكم في درجة الحرارة داخل الجزء الخلفي من الاسطوانة. ويستخدم النيتروجين السائل (LN 2) لتبريد وحمولة الحالية المرتفعة مقاوم للتدفئة. قنوات متعددة من upshifted الفوتون دوبلر velocimetry (PDV) تتبع سرعة التوسع على طول اسطوانة تمكين المقارنة المباشرة للالمحاكاة الحاسوبية، في حين يستخدم التصوير عالي السرعة لقياس الضغط عليها بالفشل. شظايا اسطوانة تعافى تخضع لالمجهر الضوئي والإلكترون للتأكد من آلية فشل أيضا.

فإن جودة البيانات تعتمد أولا على توقيت التجريبية. إذا كان التأخير من الزناد لتأثير صحيحة ثم سوف ميض المصابيح يكون إنتاج ما يكفي من الضوء عندما تبدأ الاسطوانة الهدف إلى مسخ، مما يتيح للكاميرات عالية السرعة لإنتاج صور واضحة. في هذه الحالة الصور من الكاميرا تأطير سيكون ...

Watch this Scientific Journal Video about A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation at JoVE.com

A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation

Fracture and fragmentation are late stage phenomena in dynamic loading scenarios and are typically studied using explosives. We present a technique for driving expansion using a gas gun which uniquely enables control of both loading rate and sample temperature.

منهج في دراسة الاعتماد درجة الحرارة من ديناميك الكسر والتفتيت

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform ...

a-method-for-studying-temperature-dependence-dynamic-fracture

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Mechanical Engineering

Physics

Engineering

Unit 1

Concept of Stress

Temperature and Heat

SCIENTISTS IN ACTION

8.5K Views.  Imperial College London. Fracture and fragmentation are late stage phenomena in dynamic loading scenarios and are typically studied using explosives. We present a technique for driving expansion using a gas gun which uniquely enables control of both loading rate and sample temperature.

Video: A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation

Real-Time DC-dynamic Biasing Method for Switching Time Improvement in Severely Underdamped Fringing-field Electrostatic MEMS Actuators

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input bias voltage. However, the tradeoff for the improved switching performance is a relatively long settling time to reach each gap height in response to various applied voltages. Transient applied bias waveforms are employed to facilitate reduced switching times for electrostatic fringing-field MEMS actuators with high mechanical quality factors. Removing the underlying substrate of the fringing-field actuator creates the low mechanical damping environment necessary to effectively test the concept. The removal of the underlying substrate also a has substantial improvement on the reliability performance of the device in regards to failure due to stiction. Although DC-dynamic biasing is useful in improving settling time, the required slew rates for typical MEMS devices may place aggressive requirements on the charge pumps for fully-integrated on-chip designs. Additionally, there may be challenges integrating the substrate removal step into the back-end-of-line commercial CMOS processing steps. Experimental validation of fabricated actuators demonstrates an improvement of 50x in switching time when compared to conventional step biasing results. Compared to theoretical calculations, the experimental results are in good agreement.

The robust device design of fringing-field electrostatic MEMS actuators results in inherently low squeeze-film damping conditions and long settling times when performing switching operations using conventional step biasing. Real-time switching time improvement with DC-dynamic waveforms reduces the settling time of fringing-field MEMS actuators when transitioning between up-to-down and down-to-up states.

في الوقت الحقيقي DC-ديناميكية لتبديل طريقة يتحامل تحسين الوقت في Underdamped بشدة التهديب الميدان كهرباء MEMS المحركات

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input ...

Characterization of Full Set Material Constants and Their Temperature Dependence for Piezoelectric Materials Using Resonant Ultrasound Spectroscopy

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing the degradation of device performance. In order to evaluate such degradations using computer simulations, full matrix material properties at elevated temperatures are needed as inputs. It is extremely difficult to measure such data for ferroelectric materials due to their strong anisotropic nature and property variation among samples of different geometries. Because the degree of depolarization is boundary condition dependent, data obtained by the IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) impedance resonance technique, which requires several samples with drastically different geometries, usually lack self-consistency. The resonant ultrasound spectroscopy (RUS) technique allows the full set material constants to be measured using only one sample, which can eliminate errors caused by sample to sample variation. A detailed RUS procedure is demonstrated here using a lead zirconate titanate (PZT-4) piezoceramic sample. In the example, the complete set of material constants was measured from room temperature to 120 &#176;C. Measured free dielectric constants <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/53461/image001.jpg" /> and&#160;<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/53461/image002.jpg" /> were compared with calculated ones based on the measured full set data, and piezoelectric constants d15 and d33 were also calculated using different formulas. Excellent agreement was found in the entire range of temperatures, which confirmed the self-consistency of the data set obtained by the RUS.

This protocol describes the procedure of measuring the temperature dependence of the full set material constants of piezoelectric materials using resonant ultrasound spectroscopy (RUS).

توصيف يشبع مجموعة المواد الثوابت ومنها الاعتماد درجة الحرارة لمواد الكهروإجهادية عن طريق الرنين الموجات فوق الصوتية الطيفي

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing the ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film synthesis) for the purpose of exploratory materials research. Certain materials pose a challenge wherein the traditional bulk Hall bar device fabrication method is insufficient to produce a measureable device for sample transport measurement, principally because the single crystal size is too small to attach wire leads to the sample in a Hall bar configuration. This can be, for example, because the first batch of a new material synthesized yields very small single crystals or because flakes of samples of one to very few monolayers are desired. In order to enable rapid characterization of materials that may be carried out in parallel with improvements to their growth methodology, a method of device fabrication for very small samples has been devised to permit the characterization of novel materials as soon as a preliminary batch has been produced. A slight variation of this methodology is applicable to producing devices using exfoliated samples of two-dimensional materials such as graphene, hexagonal boron nitride (hBN), and transition metal dichalcogenides (TMDs), as well as multilayer heterostructures of such materials. Here we present detailed protocols for the experimental device fabrication of fragments and flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate and subsequent measurement in a commercial superconducting magnet, dry helium close-cycle cryostat magnetotransport system at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

We describe the methodology of mechanical exfoliation and deposition of flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate, fabrication of experimental device structures for transport experimentation, and the magnetotransport measurement in a dry helium close-cycle cryostat at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

طرق التجريبية المتقدمة لدرجات الحرارة المنخفضة Magnetotransport قياس المواد الجديدة

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due to fundamental constraints imposed by the hyperpolarized state, exotic imaging and reconstruction techniques are commonly used. A practical system for characterization of dynamic, multi-spectral imaging methods is critically needed. Such a system must reproducibly recapitulate the relevant chemical dynamics of normal and pathological tissues. The most widely utilized substrate to date is hyperpolarized [1-13C]-pyruvate for assessment of cancer metabolism. We describe an enzyme-based phantom system that mediates the conversion of pyruvate to lactate. The reaction is initiated by injection of the hyperpolarized agent into multiple chambers within the phantom, each of which contains varying concentrations of reagents that control the reaction rate. Multiple compartments are necessary to ensure that imaging sequences faithfully capture the spatial and metabolic heterogeneity of tissue. This system will aid the development and validation of advanced imaging strategies by providing chemical dynamics that are not available from conventional phantoms, as well as control and reproducibility that is not possible in vivo.

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

استخدام متعدد مقصورة الحيوي واحدة أنزيم فانتوم للدراسات وكلاء الرنين المغناطيسي Hyperpolarized

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line intensity ratios. By using a Johann spectrometer viewing the plasma, it is possible to construct profiles of plasma parameters such as density, temperature, and velocity with good spatial and time resolution. However, benchmarking atomic code modeling of X-ray spectra obtained from well-diagnosed laboratory plasmas is important to justify use of such spectra to determine plasma parameters when other independent diagnostics are not available. This manuscript presents the operation of the High Resolution X-ray Crystal Imaging Spectrometer with Spatial Resolution (HIREXSR), a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma. In addition, this manuscript covers a laser blow-off system that can introduce such ions to the plasma with precise timing to allow for perturbative studies of transport in the plasma.

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas. This manuscript presents the operation of a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma.

تطبيق الأشعة السينية التصوير الطيفي كريستال لاستخدامها بوصفها درجة الحرارة عالية البلازما التشخيص

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a microfluidic chamber assembled in the specimen holder for Transmission Electron Microscopy (TEM) and STEM. The microfluidic system consists of two silicon microchips supporting thin Silicon Nitride (SiN) membrane windows. This article describes the basic steps of sample loading and data acquisition. Most important of all is to ensure that the liquid compartment is correctly assembled, thus providing a thin liquid layer and a vacuum seal. This protocol also includes a number of tests necessary to perform during sample loading in order to ensure correct assembly. Once the sample is loaded in the electron microscope, the liquid thickness needs to be measured. Incorrect assembly may result in a too-thick liquid, while a too-thin liquid may indicate the absence of liquid, such as when a bubble is formed. Finally, the protocol explains how images are taken and how dynamic processes can be studied. A sample containing AuNPs is imaged both in pure water and in saline.

This protocol describes the operation of a liquid flow specimen holder for scanning transmission electron microscopy of AuNPs in water, as used for the observation of nanoscale dynamic processes.

دراسة العمليات الديناميكية للأجسام نانو الحجم في السائل باستخدام المسح الضوئي نقل المجهر

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

تصنيع درجة الحرارة عالية من ذات البنية النانومترية اليتريا-استقرت-زركونيا (YSZ) السقالات من قبل<em&gt; في الموقع</em&gt; الكربون النموذجيه Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Atomic Layer Deposition of Vanadium Dioxide and a Temperature-dependent Optical Model

Vanadium dioxide is a material that has a reversible metal-insulator phase change near 68 &#176;C. To grow VO2 on a wide variety of substrates, with wafer-scale uniformity and angstrom level control of thickness, the method of atomic-layer deposition was chosen. This ALD process enables high-quality, low-temperature (&#8804;150 &#176;C) growth of ultrathin films (100-1000 &#197;) of VO2. For this demonstration, the VO2 films were grown on sapphire substrates. This low temperature growth technique produces mostly amorphous VO2 films. A subsequent anneal in an ultra-high vacuum chamber with a pressure of 7x10-4 Pa of ultra-high purity (99.999%) oxygen produced oriented, polycrystalline VO2 films. The crystallinity, phase, and strain of the VO2 were determined by Raman spectroscopy and X-ray diffraction, while the stoichiometry and impurity levels were determined by X-ray photoelectron spectroscopy, and finally the morphology was determined by atomic force microscopy. These data demonstrate the high-quality of the films grown by this technique. A model was created to fit to the data for VO2 in its metallic and insulating phases in the near infrared spectral region. The permittivity and refractive index of the ALD VO2 agreed well with the other fabrication methods in its insulating phase, but showed a difference in its metallic state. Finally, the analysis of the films&#39; optical properties enabled the creation of a wavelength- and temperature-dependent model of the complex optical refractive index for developing VO2 as a tunable refractive index material.

Thin films (100-1000 &#197;) of vanadium dioxide (VO2) were created by atomic-layer deposition (ALD) on sapphire substrates. Following this, the optical properties were characterized through the metal-insulator transition of VO2. From the measured optical properties, a model was created to describe the tunable refractive index of VO2.

ترسيب طبقة الذرية ثاني أكسيد الفاناديوم ونموذج بصرية تعتمد على درجة الحرارة

Vanadium dioxide is a material that has a reversible metal-insulator phase change near 68 &#176;C. To grow VO2 on a wide variety of substrates, with ...

Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere

A technique to measure the temperature of water and non-turbid aqueous media surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented. This technique utilizes wavelengths of 1150 and 1412 nm, at which the absorption coefficient of water is dependent on temperature. Water or a non-turbid aqueous gel containing a 2.0-mm- or 0.5-mm-diameter magnetic sphere is irradiated with 1150 nm or 1412 nm incident light, as selected using a narrow bandpass filter; additionally, two-dimensional absorbance images, which are the transverse projections of the absorption coefficient, are acquired via a near-infrared camera. When the three-dimensional distributions of temperature can be assumed to be spherically symmetric, they are estimated by applying inverse Abel transforms to the absorbance profiles. The temperatures were observed to consistently change according to time and the induction heating power.

A technique utilizing wavelengths of 1150 and 1412 nm to measure the temperature of water surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented.

تقنية قياس درجات الحرارة القريبة من الأشعة تحت الحمراء للمياه المحيطة مجال مغناطيسي صغيرة ساخنة التعريفي

A technique to measure the temperature of water and non-turbid aqueous media surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented. This ...

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate plasma to high speed; they have considerable potential for future space applications with the significant advantages of high specific impulse and thrust density. In this paper, we present a series of protocols for designing and manufacturing a 100 kW class of AF-MPD thruster with water-cooling structures, a 130 V maximum discharge voltage, a 800 A maximum discharge current, and a 0.25 T maximum strength of magnetic field. A hollow tantalum tungsten cathode acts as the only propellant inlet to inhibit the radial discharge, and it is positioned axially at the rear of the anode in order to relieve anode starvation. A cylindrical divergent copper anode is employed to decrease anode power deposition, where the length has been reduced to decrease the wall-plasma connecting area. Experiments utilized a vacuum system that can achieve a working vacuum of 0.01 Pa for a total propellant mass flow rate lower than 40 mg/s and a target thrust stand. The thruster tests were carried out to measure the effects of the working parameters such as propellant flow rates, the discharge current, and the strength of applied magnetic field on the performance and to allow appropriate analysis. The thruster could be operated continuously for significant periods of time with little erosion on the hollow cathode surface. The maximum power of the thruster is 100 kW, and the performance of this water-cooled configuration is comparable with that of thrusters reported in the literature.

The goal of this protocol is to introduce the design of a 100 kW class applied-field magnetoplasmadynamic thruster and relevant experimental methods.

100 كيلوواط فئة حقل تطبيق ستدمر ماجنيتوبلاسماديناميك

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate ...