Wir erkennen an, Meister Maschinist Al Lance von der Universität Delaware für die Bearbeitung der Scherzelle und Herr Cedric Gagnon für Design und Erstellung. Das Manuskript wurde im Rahmen von Kooperationsabkommen 70NANB7H6178 von NIST, US-Handelsministerium vorbereitet. Diese Arbeit genutzt Einrichtungen zum Teil von der National Science Foundation unter Abkommen Nr. DMR-0944772 unterstützt. Die Aussagen, Ergebnisse, Schlussfolgerungen und Empfehlungen sind die der Autor (en) und stellen nicht notwendigerweise die Ansicht der NIST oder der US-Handelsministerium reflektieren.

Figur 2 zeigt einen zusammengebauten Scherzelle mit der Bodenplatte, die mit dem Steckbrett auf der Probenumgebung Bühne montiert ist und in der Neutronenstrahl eine SANS Experiment ausgerichtet angebracht. Der Schrittmotor, Getriebe und Riemenantrieb, Schlitzmotorphase Scherzelle und die Richtung des Neutronenstrahls in Fig. 2 bezeichnet. Die vorliegende Protokoll bietet Richtungen für die Montage der Scherzelle (Abschnitt 1), die Montage der Scherzelle auf die Probenumgebung Stufe (Abschnitt 2), die Kalibrierung der Geometrie für eine SANS-Experiment (Abschnitt 3), das Laden einer Probe (Abschnitt 4), Laufen ein Experiment und Datenerfassung (Abschnitt 5) und endet ein Experiment (Abschnitt 6). Als Referenz 3 ist eine schematische Darstellung des zusammengebauten Zelle und Abbildung 4 zeigt die aus Frontplatte gelegt, um die Platte zurück Scherzelle demontierten Teile, von links nach rechts, und die notwendigen Werkzeuge für die Montage (1/16 und 3/16 in Allen wrenches und einer 3/8 Gabelschlüssel). Von links nach rechts in Abbildung 4 sind die Frontplatte, Lager, gefederte Buchse, O-Ringe, Quarzfenster, Mittelplatte mit O-Ringen, Probendurchführungen und die Spritze Stecker, Set-Schrauben, Dorn und die Teile für die Rückplatte (Quarzfenster, O-Ringe, gefederte Buchse, Lager), Rückenplatte, vier Sechskantschrauben und schnelle Verbindung Kühlschlauch mit Schnell-Stecker angeschlossen werden. 1. Montieren Sie die Scherzelle (Inset Rechts im Bild 2) <ol><li> Bereiten Sie die Mittelplatte für die Montage. <ol><li> Reinigen Sie die mittlere Platte einschließlich Proben-und Set-Schraubenwege und Identifizierung der Oberseite der Platte durch die Partitur-Marke. </li><li> Verschließen Sie die Probenladewege mit Hilfe der drei Stellschrauben. Wickeln Sie jede Set-Schraube im Gewindedichtband und mit einem 1/16 in Inbusschlüssel stecken jede Schraube in jedes Loch am &quot;Boden&quot; (2) und ein Satz-Schraube in das Loch auf der &quot;Seite&quot;. </li><li&gt; Legen Sie die runden weißen O-Ringe (2-14 in ID, Viton AS568 Standardgröße 035) in den Nuten an beiden Seiten der Mittelplatte. </li></ol></li><li> Bereiten Sie die Rücken-und Frontplatten für die Montage (Abbildung 5). <ol><li> Drücken Sie passen das Lager in jede der vorderen und hinteren Platten. </li><li> Legen Sie die gefederte Buchse (das ist ein Siegel ist) mit der Federseite in Richtung der offenen Probe in die vorderen und hinteren Platten. </li><li> Setzen Sie die kleine (1-5/8 in ID) und große (2-1/4 in ID) Buna-N Quadrat Doppeldichtung O-Ringe in die Nuten in jeder der vorderen und hinteren Platten. </li><li> Legen Sie die Quarzfenster auf der quadratischen O-Ringe in jeder Platte. </li></ol></li><li> Montieren Sie die Vorder-und Mittelplatten zusammen. <ol><li> Setzen Sie die Frontplatte auf einer ebenen Fläche, richten Sie die Kerbe auf der Oberseite der mittleren und vorderen Platten und legen Sie die mittlere Platte auf der Frontplatte. Wenn nötig, eine kleine Menge von geeigneten Fett auf den abgerundeten O-Ringe in ter Mittelplatte, um sie während der Montage zu halten. </li></ol></li><li> Montieren Sie den Dorn und Rückenplatte zusammen. <ol><li> Stecken Sie das kurze Ende des Dornwelle in der Rückplatte. Verwenden gleichmäßig aufgebrachte Kraft und der Dorn wird &quot;Klick&quot; einrasten. Beachten Sie, dass der Dorn hält jetzt das Quarzfenster und Platz O-Ringe an Ort und Stelle auf der Rückenplatte. </li></ol></li><li> Montieren Sie die Frontplatte, Mittelplatte, Dorn und Rückenplatte zusammen. <ol><li> Setzen Sie den vorderen und mittleren Plattenanordnung auf einer erhöhten Plattform mit der Mittelplatte nach oben. Das Podest ist es, Raum für die Dornwelle unter die Montage, ohne auf die Tabelle zu erweitern. </li><li> Richten Sie die Kerbe auf der Oberseite der Frontplatte Montage mit der Punktzahl auf der Rückenplattenanordnung. </li><li> Legen Sie die lange Teil der Dornwelle in die Frontplatte Montage. Stellen Sie sicher, die abgerundeten O-Ringe an der Mittelplatte bleiben beim Zusammenbau sitzt. Die Zelle wkrank Folie zusammen und immer wieder, &quot;Klick&quot;, wenn sie richtig zusammengebaut. </li><li> Schrauben Sie die Baugruppe zusammen mit den vier Sechskantschrauben und ein 3/16 Inbusschlüssel. Ziehen Sie die Schrauben in einer Quermuster, so die Zelle behält Rundlaufgenauigkeit. </li></ol></li><li> Wickeln Sie Gewindedichtband um die beiden Access-Ports und schrauben sie in der Spitze der Mittelplatte. Ziehen Sie mit einem 3/8 in Maulschlüssel. </li><li> Platzieren des Cadmium Maske (6) in den Aufnahmeschlitz in der Frontseite der Frontplatte bearbeitet. Bewerben Band oder tack, um die Maske in Position zu halten, wenn nötig. </li><li> Verwenden Sie die Quick-Connectoren an Cross-Connect-Kühlmittelschlauch zwischen den Top-Ports auf der Front-und Rückplatten. </li></ol> 2. Montieren Sie die Scherzelle in die Beamline <ol><li> Decken Sie die SANS Detektorfenster mit dem Schutzschild. </li><li> Fragen Sie die zuständige Instrument an Wissenschaftler, um die Probenumgebung Bühne mit dem Neutronenstrahl auszurichten. </li&gt; <li> Brotschneidebrett Montieren Sie das zu der Probenumgebung Bühne mit vier ¼ in × 20 Kant Allen Schrauben und eine 16.3 in Sechskantschlüssel. </li><li> Befestigen der Scherzellenanordnung zur Zellhalterung an der Grundplatte befindet (die bereits mit dem Steckbrett (7) angebracht ist). <ol><li> Identifizieren Sie die Zellhalterung und Wellenkupplung an der Grundplatte befestigt (Abbildung 8). Stellen Sie sicher, dass die Stellschrauben für die Wellenkupplung gelöst sind. </li><li> Ausrichten der Wellenkupplung und der Dornachse, so dass die Stellschrauben am Koppler in das flache Teil der Dornwelle zu schrauben. </li><li> Horizontal gleiten die Scher Zelle in den Zellhalterung so dass die Anordnung sieht wie die in Fig. 8 gezeigt. Dieser Schritt sollte mit Sorgfalt durchgeführt, wie es wichtig ist, um die Spindel oder Welle der Wellenkupplung biegen. </li><li> Befestigen Sie die Scherzelle Anordnung an der Zellhalterung mit zwei Kantcap-Schrauben mit einem 3/16 in Sechskantschlüssel. Ziehen Sie immer sicher machen, dass der Scherzelle bündig an der Zellhalterung ist. </li><li> Ziehen Sie die beiden Stellschrauben auf der Welle-Anschluss mit einem 1/16 in Inbusschlüssel, um die Scherzelle Dornwelle zum Antriebsaggregat verbinden. </li></ol></li><li> Richten Sie die Scherzelle Geometrie mit dem Neutronenstrahl. <ol><li> Verwenden des Lasers, um die Probenumgebung SANS Stufe, so dass die Höhe des Dornachse ist die gleiche wie die Neutronenstrahls einzustellen. Die Mitte des Spalts der Scherzelle zum Zentrum des Neutronenstrahllinie Pfad. </li></ol></li><li> Legen Sie die entsprechende Cadmium Schlitz in den Schlitz Motorstufe Baugruppe, die auf dem Steckbrett (Abbildung 8) montiert ist. Sichern Sie die Schlitz mit tack wenn nötig. Hinweis: Der Schlitz sollte bündig mit der Frontplatte und in den Spalt der Scherzelle ungefähr platziert werden. Wählen Sie den Schlitz entsprechend der gewünschten Experiments. Für Lücke resolutiExperimente auf 0,1 mm und 0,2 mm gebogen Schlitze sind. Während für Messungen, die keine räumlichen Auflösung von 0,8 mm ein rechteckiger Schlitz ratsam. </li><li> Bewegen der Motorposition mit der Kurbel um die Spannung des Antriebsriemens einzustellen, so dass es in etwa ¼ Auslenkung des Gürtels. Wenn richtig gespannt, sperren Sie die Motor Lage durch Anziehen der Madenschraube unter dem Rad liegt mit einem 7/64 in Sechskantschlüssel. Hinweis: Ein optionales Getriebe kann an der Motoranordnung aufgenommen werden. Diese Option kann erforderlich sein, auf der Grundlage der für ein bestimmtes Experiment erforderlich erforderliche Scherraten. </li><li> Verbinden Sie die beiden Kühlmittelschläuche Bad mit den Schnellkupplungen der Scherzelle. </li><li> Stellen Sie alle Überwachungskameras oder andere Hilfseinrichtungen speziell für die Beobachtung des Experiments. </li><li> Entfernen Sie den Schutzschild zum Schutz des Detektorfensters SANS. </li></ol> 3. SANS Einrichtung und Kalibrierung <ol><li> Bringen Sie eine 0,5 in &amp;# 160, Mündung bis zum Ende der Schnauze über den Vorfall Neutronenstrahls. </li><li> Stellen Sie die gewünschte SANS Detektorposition (q-Bereich), Neutronen-Wellenlänge und Wellenlängen Verbreitung folgende Norm SANS-Protokolle und für die experimentellen Bedingungen optimiert. Anmerkung: Die Berechnung für die Probe-zu-Detektor-Abstand ist auf der Probenumgebung Stufe auf der &quot;Huber Tabelle&quot; befindet basiert. </li><li> Ausrichten der Schlitzposition mit dem Spalt der Scherzelle. <ol><li> Verwenden die Schlitzmotorstadium (8), um die Schlitzposition mit dem Spalt der Scherzelle auszurichten. Verwenden eines Lasers, um den Neutronenstrahl und einen Spiegel, um den Laser zu erfassen, wenn es durch das Quarzfenster in den Spalt der Scherzellenanordnung verläuft emulieren. </li><li> Feinabstimmung der Position des Schlitzes mit SANS Transmissionsmessungen. Systematisch variiert die Schlitzmotorposition von der Innenwand der Scherzellenspalt an der Außenwand des Scherzellenspalt mit 0,1 mm Spaltkraftübersetzungsschritten.Beachten Sie die Übertragung (typischerweise 2 sec) unter Verwendung SANS aufzeichnen und den Schlitz Motor Position für jedes Transmissionsmessung (9). Hinweis: Wenn räumliche Auflösung gewünscht wird, identifizieren die Motor Positionen für die SANS-Experimente erforderlich. Wenn räumliche Auflösung ist nicht notwendig identifizieren den einzelnen Motorposition, die den Schlitz mit der Mitte des Scherzellenspalt richtet. Ausrichten des Schlitzes mit dem Spalt in der Scherzelle ist entscheidend für die Durchführung einer guten Experiment. Es ist auch möglich (und empfohlen), um Wasser zu verwenden, um die Position des Schlitzes mit SANS Transmissionsmessungen auszurichten. Mit Wasser reduziert die Übertragung und liefert dagegen mit der Scherzellengehäuse (Abbildung 9). Hinweis: Legen Sie das Wasser in die Zelle, indem Sie die Probenbeladung Protokoll (Abschnitt 4). Mit Wasser erfordern im Allgemeinen die Scherzelle von der Grundplatte entfernt, zerlegt, getrocknet und wieder zusammengesetzt und wieder montiert auf der Grundplatte vor dem Laden der einenmple für das Experiment. Solange die Grundplatte nicht von der Probenumgebung Stufe entfernt dies sollte kein Problem sein, aber es ist immer wichtig, die Schlitzausrichtung mit der Lücke überprüfen. </li></ol></li><li> Kalibrieren Sie die Probengeometrie <ol><li> Führen Sie einen Strahl blockiert dunklen Zahl und eine leere Zelle nach standardisierten Messverfahren SANS. Beachten Sie, dass die leere Zelle Messungen sollten bei jeder räumlichen Lage durchgeführt, wie die durch den Schlitz Kalibrierung in Abschnitt 3.3 durchgeführt, bestimmt werden. </li></ol></li></ol> 4. Probenaufgabe Protokoll <ol><li> Legen Sie das Schutzschild auf dem Detektorfenster SANS. </li><li> Montieren Sie die zwei Spritzen Anschlüsse (Nylon) und Gewindebefestigungen Spritze (blau und gelb) an den Stahlrohren an die Spitze der Probenzelle. Stellen Sie sicher, dass die Hähne in der geschlossenen Position. </li><li> Vorspannung der Probe in einen 10-ml-Spritze mit Gewinde (Mindestprobenvolumen 6 ml). Achten Sie darauf, die Probe frei von Blasen. <ol><li> Beseitigen Sie Blasen durch Zentrifugieren entweder leicht oder Erwärmen der Probe auf die Viskosität der Probe zu reduzieren, während das Laden der Spritze. Wenn die Probe erwärmt wird, wird es empfohlen, dass die Temperatur des Scherzelle wird ebenfalls erhöht, um beim Laden der Probe zu unterstützen. </li></ol></li><li> Legen Sie eine leere Spritze ohne Kolben auf dem Stecker in der Mitte der Scherzelle, um überschüssige Probe (Abbildung 8) zu empfangen. </li><li> Platzieren der Probenspritze auf der anderen Verbinder (Abbildung 8). </li><li> Öffnen Sie die beiden Hähne. </li><li> Injizieren Sie die Probe langsam, bis die Probe beginnt, in die leere Spritze geben. </li><li> Um mögliche Luftblasen aus dem Spalt der Scherzelle. <ol><li> Drehen Sie die Motorsteuerung aus, um den Motor zu lösen und den Gurt manuell bewegt werden. </li><li> Scher die Probe mit der Hand zu helfen, bewegen die Blasen an die Spitze der Scherzelle, wobei zusätzliche Probeninjektion wird in der Regel drücken die Blase in die Steckdoseund aus dem Scherspalt Zelle. </li></ol></li><li> Schließen Sie die Hähne, die Probe in der Zelle zu sperren. </li><li> Ändern der Temperatur des Wasserbades auf die gewünschte Versuchstemperatur, und Vorkonditionierung der Probe Scherhistorie entsprechend. </li><li> Prüfen Sie, ob Blasen (und tun dies regelmäßig im Verlauf des Experiments). Wenn Blasen beobachtet, öffnen Sie die Hähne, verwenden Drehung um die Luftblasen an die Spitze der Scherzone zu bewegen, und injizieren zusätzliche Probe um die Luftblasen aus der Scherzone der Zelle zu drücken. </li><li> Schutzschild entfernen und alle überflüssigen Werkzeuge und Materialien aus dem Strahlbereich. </li></ol> 5. Ausführen des Scher Experiment und Sammeln SANS Daten <ol><li> Für einfache stationäre Scherversuche: <ol><li> Stellen Sie die Scherrate im stationären Schersteuerdatei mit der Motorsteuerung-Software (siehe zugehörige Dokumentation für die Motorsteuerung Software-Betrieb) zugeordnet ist. </li><li> Identifizieren Sie die Scherrichtungder Probe während des Versuchs. </li><li> Stellen Sie die gewünschte SANS-Experimente nach den standardisierten Verfahren SANS. </li><li> Starten Sie den Motor Scherzelle. </li><li> Starten Sie die SANS-Experiment. Überprüfen Sie die Detektor zählt und beobachten Sie die SANS 2D-Muster, um sicherzustellen, SANS Ergebnisse werden während der Scher richtig erfasst. Ein Beispiel einer für die Tensidlösungen in dem Abschnitt über repräsentative Ergebnisse diskutiert beobachtet typisches Muster ist in Fig. 10 gezeigt. </li><li> Wiederholen Sie den Vorgang (Abschnitt 5.1) für jede gewünschte Scherrate. </li></ol></li><li> Zur zeitaufgelösten Schwingungsscherversuche: <ol><li> Überprüfen Sie die Trigger-Position für die oszillierende Scherversuch. Für oszillierende Scher, ist dies an dem Punkt der maximalen Belastung und minimalen (Null) Dehnungsrate. </li><li> Stellen Sie die Schwingungsfrequenz und Dehnungsamplitude in der zeitaufgelösten Steuerdatei mit der Motorsteuerung-Software verbunden sind (siehe zugehörige Dokumentation für Kraft control Software-Betrieb). Beachten Sie, dass die Spannungsamplitude wird entsprechend der Amplitude der angelegten Spannung bei Null zentriert ist und die rheologisch definierten Dehnungsamplitude. </li><li> Starten Sie die Scherzelle Motor für die oszillierende Scherversuch. </li><li> Starten Sie die SANS-Experiment. Überprüfen Detektor zählt und beobachten die 2D-Muster SANS versichern wird ordnungsgemäß bei oszillierenden Scher aufgezeichnet. </li><li> Kopieren Sie die Zeitstempel versehen Neutronendetektor Protokolldatei Nisto nach Charlotte und Vorverarbeitung der Daten mit einer Software von der NCNR Verfügung gestellt. </li><li> Reduzieren Sie die aufbereiteten Daten mit der Reduktion Software-Paket in IGOR gesetzt. </li><li> Wiederholen Sie den Vorgang (Kapitel 5.2) für jeden, der gewünschten Schwingungsfrequenz und Dehnungsamplitude Zustand. </li></ol></li></ol> 6. Ende des Experiments <ol><li> Abschalten des Neutronenstrahls und Motorsteuerung. </li><li> Legen Sie das Schutzschild auf dem Detektorfenster SANS. </li><li> Lassen Sie die Probe und Gerät stand in der Schließbalken für 5 min. Führen Sie eine Standard-Strahlungsprüfung vor dem Entfernen der Scherzelle von der Grundplatte. </li><li> Öffnen Sie die Absperrhähne auf die Probe Ports und zurücktreten oder Push-out der Probe unter Verwendung der Probe Spritzen. Gewinnen der Probe, schließen Sie die Hähne, und entfernen Sie die Spritzen. </li><li> Schalten Sie die Temperatur-Bad. Abkuppeln Fluidbad Kühlschläuche von den Scherzelle Schnellverbindungsanschlüsse. </li><li> Lösen Sie die Innensechskantschrauben auf der Welle Koppler zwischen dem Dorn und der Antriebswelle mit einem 1/16 in Sechskantschlüssel. Verwenden Sie ein 3/16 in Sechskantschlüssel, um die beiden Innensechskantschrauben, die die Scherzelle zur Zellhalterung befestigen abzuschrauben. Schieben Sie die Scherzelle aus der Zelle Montagebügel. </li><li> Demontieren Sie die Scherzelle durch die Umkehrung der Montage-Protokoll (Abschnitt 1 des Protokolls). </li><li> Reinigen Sie die Scherzelle mit Seifenwasser. Abspülen und gründlich trocknen. </li></ol>

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Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Ein neues Instrument zur Messung der Mikroscher komplexen Fluiden in der Geschwindigkeit-Geschwindigkeitsgradienten Scherebene mittels Neutronenkleinwinkelstreuung wird entwickelt und validiert. Die Scherzelle Design ergänzt andere Instrumente mit Strahlungsquellen, wie z. B. Röntgen-und Lichtstreuung, sowie Rheo-SANS Instrumente in der Lage, die Charakterisierung der Mikrostruktur in den beiden anderen Ebenen der Scher (Geschwindigkeits-und Wirbelgeschwindigkeitsgefälle-Wirbel) 8 , 10. Dieses Instrument s...

Die Entwicklung einer wissenschaftlichen Verständnis der Naturphänomen erfordert eine genaue und präzise Messungen. Messtechnik ist auch die Grundlage für eine erfolgreiche Entwicklung und Planung von neuen Verfahren und Materialien. Rheologie ist die Wissenschaft von der Deformation und den Fluss von Materie. Die Rheologie ist in unsere Fähigkeit, eine Vielzahl von Materialien verarbeiten zentralen und wird auch von Produkt Formulierer verwendet, um bestimmte Materialeigenschaften gezielt. Typische Beispiele für die ersteren zählen Form Polymeren oder Verbundwerkstoffe bilden, während die letzteren gehört die Entwicklung von alltäglichen Konsumprodukten wie Farben, Shampoos und Lebensmittel. Ob die Viskosität des geschmolzenen Polymers wird gesteuert, so dass es sein kann wirkungsspritzt oder die Viskoelastizität eines Shampoos geändert wird, sodass die richtige Konsistenz für den Verbraucher werden die rheologischen Eigenschaften durch Änderung der Formulierung des Materials 1 gesteuert. Die Rheologie von Materialien und Produkten hängt auch von ter im flüssigen Zustand zu strukturieren und diese Struktur reicht von der Mikro in den Nanobereich. Ferner ändert sich diese Struktur mit den Verarbeitungsparametern, wie beispielsweise Durchflussrate und der Zeit der Strömung, die Rheologen Herausforderungen, die Struktur während des Durchflusses zu messen. Es ist diese Herausforderung, die erfüllt ist, teilweise durch das in diesem Artikel beschriebene neuartige Instrumente. Neue Techniken in der Lage, die Erforschung der Mikrostruktur von weichen Materialien unter Scherfluss weichen Material Produktentwicklung und Verarbeitungsbedingungen Optimierung profitieren. Viele interessante und langjährige Herausforderungen für die Anwendung von weichen Materialien in einer Vielzahl von Branchen und in der Grundlagenforschung betreffen ungewöhnliche Fließverhalten, wie Scher Verdickung in kolloidalen Suspensionen 2, Scher-und Streifenbildung in Wirbelwurmartigen Mizellen 3 und Heterogenitäten in der inhärenten Fluss von kolloidalen Gele 4-6. Rheologen sind ständig herausgefordert, die microstru aufzuklärenctural Herkunft der Nichtlinearitäten in den rheologischen Antworten und manchmal sogar in die Geschwindigkeitsfeld Scher viskoelastischen Materialien. Diese Aufgabe erfordert die gleichzeitige Erfassung der Mikrostruktur als eine Funktion von sowohl der räumlichen Stelle in dem Strömungsfeld und die zeitabhängige Verhalten, das eine schwierige Aufgabe für Experimentatoren bewährt hat. Neutronenkleinwinkelstreuung (SANS) ist besonders gut für die Messung der Struktur von komplexen Fluiden, wie es Materialien, die lichtundurchlässig sind Sonde geeignet. Auch selektive Deuterierung kann verwendet werden, um den Kontrast zwischen den Komponenten, die erscheinen unter Röntgenstreuung 7 ähnliche vorsehen. Darüber hinaus haben Neutronen einen Vorteil gegenüber Röntgenstrahlen, da es keine Strahlenschäden von biologischen oder anderen weichen Materie Proben. In der hier gezeigten Experimenten werden kalte Neutronen durch einen Reaktor oder ein Abplatzen Quelle erzeugt kollimiert und auf eine Probe beleuchtet. Die Streuintensität yiELDs über die Struktur des Materials auf Längenskalen von atomarer zu Hunderten von Nanometern (und mit ultra-Kleinwinkelneutronenstreuung bis zu zehn Mikrometer), sondern in Form einer Fourier-Transformation der Realraum-Struktur. Daher kann die Interpretation der Daten schwierig und beinhaltet eine inverse Transformation oder Vergleich zur Mikrostruktur Modelle oder Simulationen. Mehr über SANS Instrumentierung, Experimente, und Kontrastanpassung auf die Tutorials auf der Website des Center for Neutron Science www.cns.che.udel.edu geschrieben gefunden werden. Hier beschreiben wir eine Scherzelle entwickelt, um die SANS-Methode erweitern, um Materialien unter Strom zu untersuchen. Eine aktuelle Übersicht über die allgemeine Methodik und Instrumentierung, sowie eine umfangreiche Literatur Überprüfung der jüngsten Anwendungen können in Bezug 8 und den darin zitierten Referenzen gefunden werden. Eine bequeme und fast ideale Umgebung, um Fluid-Struktur unter Scherströmung mit SondeSANS ein schmaler Spalt Couette-Geometrie, die auch als konzentrische Zylinder 9 bekannt. Diese Geometrie gilt eine einfache (dh laminar) Scherstrom zu der Probe, während ein ausreichender freie Volumen für die einfallenden Neutronenstrahls. Die Anwendung von Durchfluss bricht die Symmetrie der Mikrostruktur, wie eine solche vollständige Charakterisierung der Mikrostruktur des Materials unter einfache Scherströmung erfordert Gefügemessungen in allen drei Ebenen des Scher. Zwei Scherebenen können unter Verwendung des Couette Geometrie Konfiguration (1a) untersucht werden: die Neutronenstrahl konfiguriert ist, um entlang der Geschwindigkeitsgradient Richtung bewegt und die Geschwindigkeit der Sonde-Wirbel (1-3) Scherebene (&quot;radial&quot; Konfiguration) alternativ wird der Strahl durch einen dünnen Schlitz und parallel ausgerichtet zur Strömungsrichtung parallel ausgerichtet, wodurch die Wirbelgeschwindigkeitsgefälle-(2-3)-Ebene (&quot;tangential&quot; Konfiguration) Sondieren. Dieses Instrument ist verfügbar commercially und wurde kürzlich zur Untersuchung komplexer Fluide unter Scher 10 dokumentiert. Die genannte Überprüfung beschreibt seine Verwendung und der damit verbundenen Geräte zur Struktur-Eigenschafts-Bestimmung in einem breiten Spektrum von Materialien und Anwendungen 8. Zeitaufgelöste Messungen, wie zum oszillierenden Scherströmungen haben auch berichtet, 11, 12. Oft ist die interessanteste und wichtigste Ebene ist die Strömungsgeschwindigkeit-Geschwindigkeitsgradient (1-2)-Ebene (Fig. 1b), aber es ist auch die schwierig zu untersuchen, da es spezielle Instrumentierung erforderlich. Eine benutzerdefinierte Scherzelle wurde entwickelt, um direkte Untersuchung der Geschwindigkeit-Geschwindigkeitsgefälle (1-2)-Ebene von SANS, so dass der Neutronenstrahl parallel zu den Wirbelachse Scher 13-16 reist zu ermöglichen. Messungen in der Ebene 1-2 der Strömung sind entscheidend für Gewinnung eines quantitativen Verständnis für die Scherviskosität, weil sie elucidaß die Orientierung der Struktur relativ zu der Strömungsrichtung 15, 17, 18. Dies ist für Materialien wie Polymere, selbstorganisierten Tenside, Kolloide, und andere komplexe Fluide. Darüber hinaus ist es möglich, Mikrostruktur der Materialien als eine Funktion der Position über den Spalt in der Gradientenrichtung des Scherflusses zu untersuchen. Mit der Zugabe von räumlichen Auflösung, wobei das Verfahren ein Mittel zur Untersuchung von Materialien, die Gefügeänderungen entlang der Gradientenrichtung des Scher aufweisen. Ein Beispiel für die Untersuchung von Veränderungen in der Mikrostruktur und Zusammensetzung entlang des Gradienten Strömungsrichtung Scherkanten. Scherkanten ist ein Phänomen, durch eine Kopplung zwischen der Mikrostruktur und der Strömungsrichtung, die in einem inhomogenen Strömungsfeld 13 Ergebnisse verursacht werden. Wie am NIST Center for Ne implementiert in diesem Artikel beschreiben wir das Instrument, dessen Montage und die Strömungs SANS-Messtechnikutron Forschung (NCNR) am National Institute of Standards and Technology (NIST) in Gaithersburg, MD. Diese Probenumgebung ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen der Universität Delaware, NIST und dem Institut Laue-Langevin (ILL), und wurde erfolgreich an beiden ILL und NIST implementiert. Für die Zwecke dieses Artikels, in dem die SANS bestimmte Teile des Protokolls betroffen sind, wird die Technik beschrieben, wie bei NIST implementiert. Doch die Veränderung dieser gerätespezifischen Details sollte einfach sein und die gesamte Technik kann auf jedem Instrument SANS für stetigen Fluss (Abschnitt 5.1) realisiert werden. Darüber hinaus können Geräte mit zeitaufgelöster SANS-Funktionen ausgestattet auch oszillierenden Scherströmung SANS-Experimenten (Abschnitt 5.2) durchzuführen. Technische Zeichnungen der Scherzelle Komponenten werden als Figuren 12-23 zur Verfügung gestellt.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="785">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Deuterated Water (99.9%)</td>
			<td>Cambridge Isotopes</td>
			<td>7789-20-0</td>
			<td>83.3 wt % in formulation 
			D2O</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CTAB- Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>57-09-0&#160;</td>
			<td>16.7 wt % in formulation 
			CH3(CH2)15N(Br)(CH3)3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/16&#34; Allen wrench</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3/16&#34; Allen wrench</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3/8&#34; open end wrench</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tape</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>thread seal tape</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td style="font-size: 13px; line-height: 1.6em;">syringes (2)</td>
			<td style="font-size: 13px; line-height: 1.6em;"></td>
			<td style="font-size: 13px; line-height: 1.6em;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring material microstructure under flow using 1-2 plane flow-small angle neutron scattering

Eine neue Kleinwinkelneutronenstreuung (SANS) Probenumgebung für die Untersuchung der Mikrostruktur von komplexen Flüssigkeiten unter einfachen Scherströmung optimiert wird vorgestellt. Die SANS Scherzelle besteht aus einem konzentrischen Zylinder Couette Geometrie, abgedichtet ist und um eine horizontale Achse dreht, so daß die Wirbelrichtung des Strömungsfeld mit der Neutronenstrahl ermöglicht Streuung von der 1-2 Scherebene (Geschwindigkeits-Geschwindigkeitsgradienten flucht bezeichnet). Dieser Ansatz ist ein Fortschritt gegenüber früheren Scherzelle Probenumgebungen, da es eine starke Kopplung zwischen der Masse und der Rheologie des Gefüges in der Scherebene 1-2. Strömungsinstabilitäten, wie Scherkanten, kann auch durch ortsaufgelöste Messungen untersucht werden. Dies wird in dieser Beispielumgebung durch Verwendung einer schmalen Öffnung für den Neutronenstrahl und Scannen entlang der Geschwindigkeitsgradient Richtung erreicht. Zeitaufgelöste Experimente, wie Strömungs Start-ups und große Amplitude schwing sieAr-Strom auch durch die Synchronisation der Schubbewegung und zeitaufgelöste Detektion der gestreuten Neutronen möglich. Repräsentative Ergebnisse mit den hier beschriebenen Verfahren zeigen die nützliche Art der räumlichen Auflösung für die Messung der Mikrostruktur eines wurmartigen Mizellen-Lösung, die Scherkanten, ein Phänomen, das nur durch Auflösen der Struktur entlang der Geschwindigkeitsgradient Richtung untersucht werden können, aufweist. Schließlich werden Verbesserungsmöglichkeiten auf den aktuellen Design zusammen mit Vorschlägen für ergänzende Experimente als Motivation für zukünftige Experimente auf ein breites Spektrum von komplexen Flüssigkeiten in einer Vielzahl von Scherbewegungen diskutiert.

Repräsentative Ergebnisse eines erfolgreichen Strömungs SANS Experiments sind in den Fig. 9, 10 und 11 angegeben. Diese Beispiele sind aus Untersuchungen an einer wurmartigen Mizellen-Lösung (WLM) bekannt, um die Scherkanten bei bestimmten Scherbedingungen aufweisen (Tabelle 1) hergestellt. Eine vollständige Diskussion der wissenschaftlichen Erkenntnisse in den Referenzen 15-17 gefunden werden. 10 stellt die E...

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Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

Eine Scherzelle für Neutronenkleinwinkelstreuung im Geschwindigkeits-Geschwindigkeitsgradienten Scherebene entwickelt und wird verwendet, um komplexe Fluide zu charakterisieren. Ortsaufgelöste Messungen der Geschwindigkeit Steigung Richtung sind möglich für ein Studium Scherkanten Materialien. Anwendungen sind Untersuchungen von kolloidalen Dispersionen, Polymerlösungen und selbstorganisierten Strukturen.

Messwerkstoffgefüge unter Verwendung von Fluss 1-2 Flugzeug Flussneutronenkleinwinkelstreuung

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

measuring-material-microstructure-under-flow-using-1-2-plane-flow

Research

JoVE Journal

Engineering

14.2K Aufrufe.  University of Delaware.  Eine Scherzelle für Neutronenkleinwinkelstreuung im Geschwindigkeits-Geschwindigkeitsgradienten Scherebene entwickelt und wird verwendet, um komplexe Fluide zu charakterisieren. Ortsaufgelöste Messungen der Geschwindigkeit Steigung Richtung sind möglich für ein Studium Scherkanten Materialien. Anwendungen sind Untersuchungen von kolloidalen Dispersionen, Polymerlösungen und selbstorganisierten Strukturen. 

Serie: Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the milli-scale structure of barbs and barbules largely determines the directional pattern of reflected light; and through the macro-scale spatial structure of overlapping, curved feathers, these directional effects create the visual texture. Milli-scale and macro-scale effects determine where on the organism's body, and from what viewpoints and under what illumination, the iridescent colors are seen. Thus, the highly directional flash of brilliant color from the iridescent throat of a hummingbird is inadequately explained by its nano-scale structure alone and questions remain. From a given observation point, which milli-scale elements of the feather are oriented to reflect strongly? Do some species produce broader "windows" for observation of iridescence than others? These and similar questions may be asked about any organisms that have evolved a particular surface appearance for signaling, camouflage, or other reasons.
In order to study the directional patterns of light scattering from feathers, and their relationship to the bird's milli-scale morphology, we developed a protocol for measuring light scattered from biological materials using many high-resolution photographs taken with varying illumination and viewing directions. Since we measure scattered light as a function of direction, we can observe the characteristic features in the directional distribution of light scattered from that particular feather, and because barbs and barbules are resolved in our images, we can clearly attribute the directional features to these different milli-scale structures. Keeping the specimen intact preserves the gross-scale scattering behavior seen in nature. The method described here presents a generalized protocol for analyzing spatially- and directionally-varying light scattering from complex biological materials at multiple structural scales.

We present a non-destructive method for sampling spatial variation in the direction of light scattered from structurally complex materials. By keeping the material intact, we preserve gross-scale scattering behavior, while concurrently capturing fine-scale directional contributions with high-resolution imaging. Results are visualized in software at biologically-relevant positions and scales.

Mess-und Richtungs räumlich variierenden Lichtstreuung aus biologischem Material

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the ...

Forschung

Ingenieurwesen

Atom Probe Tomography Studies on the Cu(In,Ga)Se2 Grain Boundaries

Compared with the existent techniques, atom probe tomography is a unique technique able to chemically characterize the internal interfaces at the nanoscale and in three dimensions. Indeed, APT possesses high sensitivity (in the order of ppm) and high spatial resolution (sub nm).
Considerable efforts were done here to prepare an APT tip which contains the desired grain boundary with a known structure. Indeed, site-specific sample preparation using combined focused-ion-beam, electron backscatter diffraction, and transmission electron microscopy is presented in this work. This method allows selected grain boundaries with a known structure and location in Cu(In,Ga)Se2 thin-films to be studied by atom probe tomography.
Finally, we discuss the advantages and drawbacks of using the atom probe tomography technique to study the grain boundaries in Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells.

Atom Probe Tomography Studies on the CuIn,GaSe2 Grain Boundaries

In this work, we describe the use of the atom-probe tomography technique for studying the grain boundaries of the absorber layer in a CIGS solar cell. A novel approach to prepare the atom probe tips containing the desired grain boundary with a known structure is also presented here.

Atomsondentomographie Studien über die Cu (In, Ga) Se<sub&gt; 2</sub&gt; Grain Boundaries

Compared with the existent techniques, atom probe tomography is a unique technique able to chemically characterize the internal interfaces at the ...

Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped crystallites. Neutrons are passed through two well defined regions of magnetic field; one before and one after the sample. The two magnetic field regions have opposite polarity and are tuned such that neutrons travelling through both regions, without being perturbed, will undergo the same number of precessions in opposing directions. In this case the neutron precession in the second arm is said to &#34;echo&#34; the first, and the original polarization of the beam is preserved. If the neutron interacts with a sample and scatters elastically the path through the second arm is not the same as the first and the original polarization is not recovered. Depolarization of the neutron beam is a highly sensitive probe at very small angles (&#60;50&#160;&#956;rad) but still allows a high intensity, divergent beam to be used. The decrease in polarization of the beam reflected from the sample as compared to that from the reference sample can be directly related to structure within the sample.
In comparison to scattering observed in neutron reflection measurements the SERGIS signals are often weak and are unlikely to be observed if the in-plane structures within the sample under investigation are dilute, disordered, small in size and polydisperse or the neutron scattering contrast is low. Therefore, good results will most likely be obtained using the SERGIS technique if the sample being measured consist of thin films on a flat substrate and contain scattering features that contains a high density of moderately sized features (30 nm to 5 &#181;m) which scatter neutrons strongly or the features are arranged on a lattice. An advantage of the SERGIS technique is that it can probe structures in the plane of the sample.

Progress has been made in utilizing spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) as a neutron scattering technique to probe the length-scales in irregular samples. Crystallites of [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester have been probed using the SERGIS technique and the results confirmed by optical and atomic force microscopy.

Mit Neutron Spin Echo Gelöste Grazing Incidence Scattering zur Untersuchung organischer Solarzellenmaterialien

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped ...

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric vehicles.1,2 However, many challenges, such as energy density and battery lifetimes, need to be overcome before this particular battery technology can be widely implemented in such applications.3 This research is challenging, and we outline a method to address these challenges using in situ NPD to probe the crystal structure of electrodes undergoing electrochemical cycling (charge/discharge) in a battery. NPD data help determine the underlying structural mechanism responsible for a range of electrode properties, and this information can direct the development of better electrodes and batteries.
We briefly review six types of battery designs custom-made for NPD experiments and detail the method to construct the &#8216;roll-over&#8217; cell that we have successfully used on the high-intensity NPD instrument, WOMBAT, at the Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO). The design considerations and materials used for cell construction are discussed in conjunction with aspects of the actual in situ NPD experiment and initial directions are presented on how to analyze such complex in situ data.

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

We describe the design and construction of an electrochemical cell for the examination of electrode materials using in situ neutron powder diffraction (NPD). We briefly comment on alternate in situ NPD cell designs and discuss methods for the analysis of the corresponding in situ NPD data produced using this cell.

In Situ Neutronenpulver Mit Maßgeschneiderte Lithium-Ionen-Batterien

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric ...

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).

Charakterisierung von Full Set Materialkonstanten und deren Temperaturabhängigkeit für piezoelektrische Materialien mit Resonanzultraschallspektroskopie

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

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor compression based cooling process. Nickel-Titanium (Ni-Ti) based alloy systems, especially, show large elastocaloric effects. Furthermore, exhibit large latent heats which is a necessary material property for the development of an efficient solid-state based cooling process. A scientific test rig has been designed to investigate these processes and the elastocaloric effects in SMAs. The realized test rig enables independent control of an SMA&#39;s mechanical loading and unloading cycles, as well as conductive heat transfer between SMA cooling elements and a heat source/sink. The test rig is equipped with a comprehensive monitoring system capable of synchronized measurements of mechanical and thermal parameters. In addition to determining the process-dependent mechanical work, the system also enables measurement of thermal caloric aspects of the elastocaloric cooling effect through use of a high-performance infrared camera. This combination is of particular interest, because it allows illustrations of localization and rate effects &#8212; both important for efficient heat transfer from the medium to be cooled.
The work presented describes an experimental method to identify elastocaloric material properties in different materials and sample geometries. Furthermore, the test rig is used to investigate different cooling process variations. The introduced analysis methods enable a differentiated consideration of material, process and related boundary condition influences on the process efficiency. The comparison of the experimental data with the simulation results (of a thermomechanically coupled finite element model) allows for better understanding of the underlying physics of the elastocaloric effect. In addition, the experimental results, as well as the findings based on the simulation results, are used to improve the material properties.

Experimental methods for investigation of solid state cooling processes and characterization of elastocaloric material properties of Shape Memory Alloys (SMA) are presented. A custom-built test rig has been designed for controlling and comprehensive monitoring of elastocaloric cooling processes. Furthermore, it provides a validation platform for thermomechanically coupled modeling approaches.

Experimentelle Methoden zur Untersuchung von Formgedächtnis-Based Elastocaloric Kühlprozesse und Modellvalidierung

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Dielectric RheoSANS &#8212; Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and microstructural properties of complex fluids is presented. The instrument consists of a Couette geometry contained within a modified forced convection oven mounted on a commercial rheometer. This instrument is available for use on the small angle neutron scattering (SANS) beamlines at the National Institute of Standards and Technology (NIST) Center for Neutron Research (NCNR). The Couette geometry is machined to be transparent to neutrons and provides for measurement of the electrical properties and microstructural properties of a sample confined between titanium cylinders while the sample undergoes arbitrary deformation. Synchronization of these measurements is enabled through the use of a customizable program that monitors and controls the execution of predetermined experimental protocols. Described here is a protocol to perform a flow sweep experiment where the shear rate is logarithmically stepped from a maximum value to a minimum value holding at each step for a specified period of time while frequency dependent dielectric measurements are made. Representative results are shown from a sample consisting of a gel composed of carbon black aggregates dispersed in propylene carbonate. As the gel undergoes steady shear, the carbon black network is mechanically deformed, which causes an initial decrease in conductivity associated with the breaking of bonds comprising the carbon black network. However, at higher shear rates, the conductivity recovers associated with the onset of shear thickening. Overall, these results demonstrate the utility of the simultaneous measurement of the rheo-electro-microstructural properties of these suspensions using the dielectric RheoSANS geometry.

Dielectric RheoSANS &amp;#8212; Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

Here, we present a procedure for the measurement of simultaneous impedance, rheology and neutron scattering from soft matter materials under shear flow.

Dielectric RheoSANS - Gleichzeitige Interrogation von Impedanz, Rheologie und Kleinwinkelneutronenstreuung komplexer Fluide

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) basierte Methodik zur quantitativen Bewertung von Vorwärts- und Rücklichtlichtstreuung aus Intraokularlinsen

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as aqueous solutions and biomaterials, with fast acquisition times. Here, we discuss the assembly and operation of a Brillouin spectrometer that uses stimulated Brillouin scattering (SBS) to measure stimulated Brillouin gain (SBG) spectra of water and lipid emulsion-based tissue-like samples in transmission mode with &lt;10 MHz spectral-resolution and &lt;35 MHz Brillouin-shift measurement precision at &lt;100 ms. The spectrometer consists of two nearly counter-propagating continuous-wave (CW) narrow-linewidth lasers at 780 nm whose frequency detuning is scanned through the material Brillouin shift. By using an ultra-narrowband hot rubidium-85 vapor notch filter and a phase-sensitive detector, the signal-to-noise-ratio of the SBG signal is significantly enhanced compared to that obtained with existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables measurement of SBG spectra with up to 100-fold faster acquisition times, thereby facilitating high spectral-resolution and high-precision Brillouin analysis of soft materials at high speed.

We describe the construction of a rapid continuous-wave-stimulated-Brillouin-scattering (CW-SBS) spectrometer. The spectrometer employs single-frequency diode-lasers and an atomic vapor notch-filter to acquire transmission spectra of turbid/non-turbid samples with high spectral-resolution at speeds up to 100-fold faster than those of existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables high-speed Brillouin material analysis.

High-Speed-Dauerstrich-stimulierten Brillouin-Streuung Spektrometer für Materialanalyse

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...

Measurement of Dynamic Force Acted on Water Strider Leg Jumping Upward by the PVDF Film Sensor

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, with its peak locomotion speed reaching 150 cm/s. First of all, we observed the microstructure and hierarchy of water strider legs using the scanning electron microscope. On the basis of the observed morphology of the legs, a theoretical model of the detachment from water surface was established, which explained water striders' capability to slide on water surface effortlessly in terms of energy reduction. Secondly, a dynamic force measurement system was devised using the PVDF film sensor with excellent sensitivity, which could detect the whole interaction process. Subsequently, a single leg in contact with water was pulled upward at different speeds, and the adhesion force was measured at the same time. The results of the departing experiment suggested a deep understanding of the fast jumping of water striders.

The protocol here is dedicated to investigating the free and quick maneuvering of water strider on water surface. The protocol includes observing the microstructure of legs and measuring the adhesion force when departing from water surface at different speeds.

Messung der dynamischen Kraft gehandelt auf Wasser Strider Bein nach oben springen, indem Sie die PVDF Film Sensor

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, ...