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

1. Ziel Fertigung und Montage <ol><li> Maschinenzielzylinder zu gewünschten Abmessungen aus festen Lager. </li><li> Bereiten Sie die Zylinderoberfläche durch Entfernen Bearbeitungsspuren. Eine gleichförmige diffuse Oberfläche ist bevorzugt PDV Reflexion. Gute Ergebnisse wurden mit einer leichten Nassschliff mit&gt; 1.200 Körnung erhalten. </li><li> Charakterisieren Sie die Zielbestandteile, dh, messen Sie das folgende: Zylinderlänge, Durchmesser und Wandstärke (an mehreren Standorten) Projektil Länge, Durchmesser Ogive Länge, Durchmesser Masse aller oben </li><li> Bauen Sie die Zylinderbefestigungsring und PDV Arm. </li><li> Montieren Sie die PDV-Sonden in den kinematischen Halterungen und auf die PDV Arm. </li><li> Einfügen der Ogive im Zielzylinders, so daß das hintere Ende des Spitzbogens bündig mit der Rückseite des Zylinders (dies sollte auf einem flachen Werkstatt durchgeführt werden). Die drei Schrauben M3 sind auf der Ogive in Position zu halten und gleichzeitig den Zylinder zu &quot;peel away &#39;während der Expansion. </li><li> Platzieren des Zielzylinders im Befestigungsmaterial, so dass der Eingang des Zylinders bündig mit der Vorderfläche des Befestigungsringes. Sichern Sie den Zylinder an Ort und Stelle mit 6 M4 Madenschrauben. </li><li> Installieren Sie Heiz- / Kühlgerät und Anleihethermoelemente entlang der Länge des Zylinderaußenwand. </li><li> Reinigen Sie die FC / APC (Zwinge Stecker, gewinkelt Körperkontakt) Anschlüsse am Ende der PDV-Sonde Fasern mit Reinigungstuch und überprüfen Sie mit einem Faserumfang. Dies ist wichtig, um eine Rückreflexion zu verringern. </li><li> Verwendung eines sichtbaren (660 nm) Laserklasse 3R grob auszurichten der Sonden, so daß sie senkrecht zu der Zylinder sind (dh, das reflektierte Licht fällt wieder auf die Sonde). </li><li> Bauen Sie ein Grundreflexionsschaltung unter Verwendung einer Umwälzpumpe. Schließen Sie das Class 1 1.550 nm Laser an Eingang 1, dem PDV Sonde an Eingang 2 und einem Leistungsmesser zur Eingabe 3. Richten Sie die PDV-Sonden wiederum so, dass der Netzzurück maximiert wird. </li></ol><ol><li> Unter Verwendung der Klinkenstecker und die Tiefenmikrometer ausrichten Zielring bis zum Ende des Laufes zu Auswirkungen Neigung zu minimieren. </li><li> Installieren Sie das Fragment Minderungssystem und die Tür Schutz. </li><li> Legen Sie die Zielausrichtung Stecker in den Lauf. </li><li> Installieren Sie die Zielanordnung und richten Sie an den Stecker. </li><li> Installieren Sie den Auslöser make Paar am Ende der Trommel und eine Verbindung zum Hardware-Timing und Diagnostika. Den Abstand von der Berührung mit dem Auslöser zum Aufprall des Geschosses auf der Ogive. </li><li> Installieren Sie die Drehspiegel für High-Speed-Fotografie. </li><li> Richten Sie die Spiegel, um eine orthogonale Ansicht des Zylinders durch den Zielbehälter-Ports geben und einrasten. </li><li> Richten Sie den High-Speed-Kameras und Blitzlampen außerhalb der Zieltank. Blick in den Lauf, setzen Sie den High-Speed-Kamera und einer Blitzlampe bei 3 Uhr gegenüber dem Zylinder. Setzen Sie den IVV-Kamera bei 9 Uhr undein anderer Blitzlampe bei 12 Uhr. In dieser Konfiguration wird der Hochgeschwindigkeitskamera vorne beleuchteten zur Rissverfolgung und die IVV wird silhouetted Bilder für Kantenerkennung bieten. </li><li> Schließen Sie Heiz- / Kühlanlagen zum Ziel und Vakuumdurchführungen. </li><li> ACHTUNG: Mit der entsprechenden Brillen und andere Vorsichtsmaßnahmen schalten Sie die Klasse IV Laser, Oszilloskope und PDV-Systeme. </li><li> Überprüfen Sie die Leistungspegel an den PDV Sonden gesendet. Mit der PDV-System, in der Regel verwenden um 5 mW zu jeder Sonde mit 1 mW pro Kanal für den Hinweis. </li><li> Überprüfen Sie die Ausrichtung der PDV-Sonden mit einem Leistungsmesser. Einmal mit der Ausrichtung Mit IR Karte zufrieden zu messen, wo die PDV-Sonden werden auf der Zylinderoberfläche suchen. </li><li> Schalten Sie das Referenzlaser und überprüfen die Qualität der Überlagerungssignale von jeder Sonde gegeben. Stellen Sie die Wellenlänge des Lasers (n), um die gewünschte Geschwindigkeit Null Schwebungsfrequenz gesetzt (setzen Sie diese um 5 GHz). </li><li> Einmal mit der Ziel ali zufriedengnment, Triggerstelle, Kamera und Spiegelausrichtung, PDV Sonde Ausrichtung und Lage und die Milderung Rahmen schließen Sie die Zielbehälter. </li><li> Entfernen Sie die Ausrichtung Stecker; Installieren Sie das Projektil. </li><li> Setup-Kameras und Beleuchtung (Bildrate, Belichtung, Zeitpunkte) und führen Test Bildgebung. Typische Bildraten sind rund 250.000 Bilder / s für beide Kameras mit einer Belichtungszeit von etwa 0,5 &amp; mgr; s. Das erste Bild wird normalerweise zeitlich mit dem Zeitpunkt des Aufpralls zusammenfallen. </li></ol> 3. Firing Vorbereitung <ol><li> Installieren Sie die Verschlussblenden, die für den Aktivierungsdruck erforderlich sind. </li><li> Schließen Sie den Verschluss und beginnen Evakuierung der Zielbehälter. Ziel für eine Unterdruckniveau in der Region von 50 mTorr. </li><li> Durchführung der endgültigen Einstellung aller Diagnostik (Oszilloskop Verzögerungen, Trigger, Kameraeinstellungen etc.). Set-Oszilloskope für PDV bei 50 &amp; mgr; s pro Teilung, 25 ps pro Punkt und eine Pretrigger von 20%, um eine 500 &amp; mgr; s Fenster geben. Auslöser der oscilloscopes und Kameras, so dass Null-Zeit identisch mit dem Zeitpunkt des Aufpralls. </li><li> Schlussauslösetest; Check Zeiten sind korrekt. </li><li> Schalten Sie Lasern; Arm-Kameras. </li><li> Schließen Zimmer; Sicherstellung Laser und Hochdruckverriegelungen sind in die richtige Position. </li><li> Beginnen Heizen / Kühlen, wie mit Hilfe der LabVIEW-Software erforderlich. </li><li> Laden Sie die Pistole auf die erforderliche Aktivierungsdruck. </li><li> Wenn bei einem Druck, machen eine letzte Kontrolle, dass alle Diagnosesysteme sind bewaffnet. </li><li> Isolieren Sie die Heiz- oder Kühlvorrichtung. </li><li> Countdown &quot;3, 2, 1 Feuer&quot;. </li><li> Vent die Zielerfassung und Tanks. </li><li> Speichern Sie alle Oszilloskop und Kameradaten. </li></ol> 4. Beitrag Aufnahme <ol><li> Fahren Sie Lasern und warten, bis die Waffe voll auf Atmosphäre auszugleichen. </li><li> Öffnen Sie die Zielbehälter, sammeln Sie alle Metallteile und sortieren, die Ti-6Al-4V. </li></ol> 5. Datenanalyse <ol><li> Führen STFT-Analyse auf der PDV-oscilloscope Daten, um die Geschwindigkeit der Geschichte nach der Analyse von Ao und Dolan 12 zu reduzieren. </li><li> Verfahren Hochgeschwindigkeitsbilddaten mit einer Software, wie beispielsweise in der Hardware-Tabelle genannt. Die High-Speed-Kamera-Aufnahmen wird Zeit und Bruchdehnung liefern und die eine Analyse der Rissbildung und Wachstum. Die Silhouette Bilder von der IVV eine klare Kante, um die volle Deformationsprofil des Zylinders zu prüfen. </li><li> Messen und wiegen erholt Fragmente. Wählen Fragmente mit interessanten Features wie verhaftet Frakturen und bereiten sie für die Mikroskopie. <ol><li> Section, montieren und polieren die Fragmente; dann analysiert im Elektronenmikroskop. Electron Backscatter Diffraction bietet Informationen über Struktur und Mikrostruktur neben Sekundärelektronen-Bildgebung, um die Bruchflächen zu untersuchen und zu identifizieren, die Fehlermodus. </li></ol></li></ol>

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	<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.

Dieses Verfahren ermöglicht die Untersuchung von Werkstoffen bei hohen Zugbelastung über einen weiten Temperaturbereich von Tieftemperatur bis ~ 1.000 K, einzigartig in diesem Design. Dies erhöht jedoch gewisse Herausforderungen für den Versuchsaufbau und Durchführung. Erstens die Optimierung der Temperatursteuerung die Ogive Einsatz muss aus einem geeigneten Material gefertigt werden. 4340 Stahl wird hier verwendet, obwohl jede Hochtemperatur-Härte Stahl sollte ausreichen. Ebenso, da die gesamte Expansion ist nun...

Die dynamische Ausfall eines Materials ist ein wichtiger Aspekt seiner Gesamt mechanische Verhalten und hat Relevanz für zahlreiche Branchen, darunter Automotive, Luft- und Raumfahrt und Militär, um nur einige zu nennen. Beim Versagen bei niedrigen Verformungsraten wird typischerweise durch konventionelle Zugtests, in dem eine lange dünne Probe unter Spannung von den Enden geladen wird, bei hohen Dehnraten sucht solche Geometrie / Konfiguration erfordert eine Probe, um eine Aufrechterhaltung sehr klein zu sein pseudo-mechanischen Gleichgewicht während der gesamten Prüfung. Beim Auftreten eines einzelnen Risses, wird das umgebende Material gelockert werden, effektiv Anhalten der Entwicklung von irgendwelchen benachbarten Ausfall Webseiten. Dies begrenzt die Anzahl der Frakturen, die gleichzeitig in einem Experiment beobachtet werden kann, und verhindert, dass wichtige Informationen bezüglich der Spiel Ausfall zu bestimmen. Der Spreizzylinder Test ist eine gut etablierte Technik für die Charakterisierung der Art und Weise, Materials scheitern und Fragment unter hoher Geschwindigkeit geladen. In dem Test wird ein Zylinder aus dem Material von Interesse gemacht gleichmäßig entlang seinem Innenumfang geladen, die Einleitung einer Spannungswelle durch die Wand und Bewirken der Zylinder expandieren. Bald wird diese radiale Wellen abführt und eine gleichmäßige Zug- Ringspannung um den Umfang beherrscht. Da die Spannungs- und Dehnungsrate dieselbe um den Zylinder und die Bruchfragmentierungsverhalten wird allein durch die Eigenschaften des Materials bestimmt. Der Test lindert das oben genannte Problem, da die in der Regel großen Probenumfängen fördern Einleitung Mehrfachversagen Websites unter gleichmäßige Spannungs 1. Das Hauptziel bei der Entwicklung dieser Untersuchungen wurden über die Untersuchung der Rolle der Temperatur bei der Bruch und Fragmentierungsverhalten eines expandierenden Zylinders zu ermöglichen. Die Steuerung der Probentemperatur wird für die Untersuchung, wie die dynamische Zugfestigkeit, Bruchmechanismus und fragm ermöglichenentation Verhalten des Materials beeinträchtigt wird. Zum Beispiel in Metallen kann eine Temperaturerhöhung eine Verschiebung von spröde Verformungsbruch verursachen, Aufnahme plastischer Arbeit, bevor letztlich scheitern. Einige Materialien, wie beispielsweise Ti-6Al-4V kann auch aufweisen adiabatischen Scherlokalisierungs 2. Während die Probe verformt, erzeugt das Kunststoffwerk Wärme. Wenn die Rate der Erweichung als Ergebnis dieser Temperaturanstieg größer als die Geschwindigkeit der Verfestigung von der Verformung ist, kann eine Instabilität zu bilden, wo eine große Menge an Kunststoffverformung in einer sehr lokalisierten Band (adiabatische Scherb) auftritt. Diese Antwort wird in Ti-6Al-4V aufgrund ihrer schlechten Wärmeleitfähigkeit gefördert und kann dessen Wirksamkeit potentiell beschränken für Anwendungen wie leichte Panzerung. Diese neue Testansatz müssen zwei Hauptkriterien erfüllen. Erstens muss die Methode eine radiale Verformungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 10 4 sec -1 erzeugen, in der Regel in ballistischen gesehen undSchlagereignisse, um einen Vergleich zu früheren Studien mit mehr traditionellen Ladesystemen zu ermöglichen. Zweitens muss der Antrieb von der Probentemperatur nicht beeinflusst, um die Kohärenz zwischen den Experimenten zu gewährleisten. Initial Zylinder Ausfahrmechanismen verwendet Sprengladungen, entweder einfach direkt Füllen der Probenzylinder 3-5 oder unter Verwendung eines Zwischentreibers. Im letzteren Fall wird ein Puffer verwendet, 6, wobei die Probe über einen Stahlzylinder, der wiederum eine Sprengladung enthält, platziert. Die offensichtliche Beschränkung ist, dass, wenn die Probe Zylinder enthält die Antriebs Material (in der Form des Sprengstoffs) Erhitzen des Zylinders wird auch die Ladung aufzuheizen. Auch wenn dies nicht direkt Initiierung der Ladung führen, dass viele Arten von Sprengstoff enthalten ein polymeres Bindemittel, das aus dem Probenzylinder schmilzt. Ebenso einige Sprengstoffe werden hochempfindliche, wenn gekühlt. Dies bedeutet, dass explosive Antriebe geeignet für Temperatur Studie nicht. Eine AlternativeMethode verwendet die Lorentz-Kraft für die Expansion - die Probe wird über eine Treiberspule 7, 8 platziert ein hoher Strom in diese Antriebsspule (typischerweise dickem Kupferdraht) eingespritzt wird, induziert eine entgegengesetzte Strom in der Probe.. Diese gegensätzlichen Strömungen assoziiert Magnetfeldern, die gegeneinander wirken, der magnetische Druck Antrieb der Probe nach außen von der Innenfläche. Auch Erhitzen des Materials beeinträchtigen die Kupferantriebsspule im Inneren der Probe. Gaspistolen haben für Zylinder Expansion seit den späten 1970er Jahren 9 verwendet. In diesen Experimenten wurde die für den Einsatz in dem Zylinder verwendete Material ist ein Polymer, das Laufwerk kommt als Folge sowohl des Projektils und legen Verformen Wirkung. Dieser Einsatz ist typischerweise ein Gummi oder Kunststoff 10 wird die Festigkeit und Duktilität von denen durch die Temperatur stark beeinflußt werden. Heizung machen den Einsatz zu weich, und Kühlen wird es in einem spröden Weise zu verhalten, damit es nicht zu früh. <p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Im Gegensatz zu früheren Zylinder Expansionstechniken, ist das hier beschriebene Verfahren der Erste, der eine wiederholbare Loading Laufwerk über einen weiten Temperaturbereich (100-1000 K) bereitzustellen. Unsere Technik ist in der Tatsache, dass die für den Antrieb des Expansions (in unserem Fall das Projektil) verwendete Material getrennt von dem Zylinder bis zum Aufprallpunkt ist einzigartig. Folglich ist es unabhängig von der Ausgangstemperatur der Probenzylinder und stellt eine wiederholbare Last. Die experimentelle Geometrie besteht aus einem Stahl Ogive innerhalb der Zielzylinder angebracht, wobei die Spitze etwa auf halbem Weg entlang der Länge des Zylinders. Eine einstufige Leichtgaskanone wird dann verwendet, um ein Polycarbonat Projektil mit einer konkaven Fläche in den Zylinder bei Geschwindigkeiten bis zu 1.000 m / sec -1 starten. Die Achse des Targets Zylinder vorsichtig zu der Achse des gasGewehrLauf ausgerichtet sind, um eine reproduzierbare und gleichmäßige Belastung zu erleichtern. Die Auswirkungen und anschließende Strömung des polycarbonate Projektils um die pseudo-starren Stahl Ogive, treibt den Zylinder in Expansion von der Innenwand. Die Geometrie des Spitzeinsatz und der konkaven Fläche des Projektils wurden sorgfältig optimierten Verwendung hydro-Code Computersimulationen, um die gewünschte Expansion der Flasche zu erzeugen. Verwendung 4340 Stahllegierung für die Ogive ermöglicht Experimente mit dem Zylinder bei einer Temperatur als seine Stärke ist viel höher als die Polycarbonat Geschosses über den Temperaturbereich von Interesse, wodurch der Antriebsmechanismus konsistent bleibt. Ogives von beheizten und gekühlten Experimenten gewonnen weisen nur minimale Verformung infolge des Aufpralls. Das Erwärmen und Abkühlen des Probenzylinder wird durch den Einbau von Temperatursteuereinrichtungen in einer bearbeiteten Ausnehmung in der Rückseite des Spitzeinsatz erreicht. Zum Kühlen der Probe auf kryogene Temperaturen (~ 100 K), ist die Aussparung in der Ogive mit einem Aluminiumdeckel verschlossen und mit flüssigem Stickstoff ist fdingt beachtet durch den Hohlraum. Als Zielzylinder hat einen großen Kontaktbereich mit der Ogive die Probe wird durch Wärmeleitung gekühlt. Um den Zielzylinder zu Temperaturen von annähernd 1.000 K zu erhitzen, ist ein Keramikmaterial und Nichrom-Widerstandsheizung in der Ogive Aussparung platziert. Eine hohe Stromnetzteil liefert bis zu 1 kW, Erhitzen der Spitzbogen und Zylinder. Der Zylinder und Ogive thermisch vom Target getrennt Lagers im einstufigen Gaspistole durch den Einsatz von MACOR keramischen Abstandshaltern. Der Tank ist auch unter mäßigem Vakuum (&lt;0,5 Torr) während des Versuchs, die thermische Manipulation hilft statt. Um die Fragmentierung des Zylinders zu diagnostizieren, das experimentelle Design umfasst mehrere Kanäle von Frequenzwandlung PDV, um die Ausbreitungsgeschwindigkeit an den Punkten entlang des Zylinders zu messen. PDV ist eine relativ neue 11, Glasfaser basiert Interferometrie, welche die Messung der Oberflächengeschwindigkeit während der hochdynamischen Ereignissen ermöglicht. Während eines PDV Messung, verschoben Doppler Licht von einer sich bewegenden Fläche von Interesse reflektiert Verwendung einer faseroptischen Sonde mit nicht-verschobene Licht kombiniert, wodurch ein Schwebungsfrequenz, die direkt proportional zu der Geschwindigkeit der sich bewegenden Oberfläche ist. Im Wesentlichen ist eine PDV-System eine schnelle Michelson-Interferometer mit Fortschritten in der Nah-Infrarot (1.550 nm) Kommunikationstechnologie auf Rekordschwebungsfrequenzen im GHz-Bereich. Das Befestigungssystem für die 100 mm Brennweite PDV Sonden in der vorliegenden Studie verwendet wird sichergestellt, dass sie von der Temperatur des Zylinders isoliert und bietet eine einfache Ausrichtung. Ein zusätzlicher Vorteil der Verwendung der 100 mm Brennweite Sonden ist, dass sie einen ausreichenden optischen Zugang zum Aktivieren einer Hochgeschwindigkeitskamera, um das Dehnungsprofil des gesamten Zylinder zu messen. Die Anordnung und Lage der vier Sonden, AD, längs des Zylinders ist in 1 gezeigt zwei Hochgeschwindigkeitsgeräte werden hier eingesetzt. ein Hochgeschwindigkeits-Videokamera Phantom V16.10, die bei 250.000 fps und einer IVV UHSi 12/24 Framing Camera, Erfassung 24 Bilder. Die IVV Kamera ist hinterleuchtet, so dass der Zylinder in der Silhouette ermöglicht die radiale Ausdehnung Rand des Zylinders beleuchtet genau verfolgt werden. Die Phantom-Kamera ist vorne beleuchtet Abbildung des Ausfall Initiierung und Fragmentierung. Die High-Speed-Fotografie kann dann mit dem Geschwindigkeitsmessung korreliert, um Belastung und Verformungsgeschwindigkeit über die gesamte Probe zu geben. Die Hochgeschwindigkeitsabbildungs ​​ermöglicht auch eine genaue Messung der Bruchdehnung und die Bruchmuster entlang der Fläche. Das experimentelle Verfahren in dem folgenden Protokoll Abschnitt dargestellt stellt ein Mittel zur Steuerung der Probentemperatur in einem expandierenden Zylinder Experiment, durch die unterschiedliche Bruchmechanismen aktiviert oder unterdrückt werden. Diese Technik wird, um ein umfassenderes Verständnis der Rolle der Temperatur in dynamischer Belastung Szenarien führen.

<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

Die dynamische Bruch eines Körpers ist ein Late-Stage-Phänomen in der Regel unter vereinfachten Bedingungen, in dem eine Probe unter einheitlichen Stress und Belastung verformt Rate untersucht. Dies kann durch gleichmäßiges Laden der inneren Oberfläche eines Zylinders erzeugt werden. Aufgrund der Rotationssymmetrie, da die Zylinder dehnt sich die Wand in eine Zug- Umfangsspannung, die uniform über den Umfang angeordnet ist. Zwar gibt es verschiedene Techniken, um diese Ausdehnung zu erzeugen, wie Sprengstoffe, elektromagnetischem Antrieb bestehenden Gaskanone Techniken sind sie alle in der Tatsache, dass der Probenzylinder muss bei Raumtemperatur begrenzt. Wir präsentieren ein neues Verfahren, das eine Gas-Pistole, die Experimente an Zylindern von 150 K bis 800 K mit einer konsistenten, reproduzierbaren Beladung erleichtert. Diese hoch diagnostiziert Experimente werden verwendet, um die Wirkung der Temperatur auf die Bruchmechanismen Ausfall verantwortlich, und die daraus resultierenden Einfluss auf Fragmentierungsstatistik zu untersuchen. Die experimentelle Geometrie beschäftigt einStahlspitzbogen innerhalb der Zielzylinder befindet, mit der Spitze in etwa auf halber Strecke befindet. Eine einstufige Leichtgaskanone wird dann verwendet, um ein Polycarbonat Projektil in den Zylinder bei 1000 m / sec -1 starten. Das Projektil Auswirkungen und umströmt den starren Ogive und treibt den Probenzylinder von innen. Die Verwendung eines nicht verformbaren Ogive Einsatz ermöglicht es uns, eine Temperatursteuerung Hardware innerhalb der Rückseite des Zylinders benötigt. Flüssigen Stickstoff (LN 2) zum Kühlen und eine resistive hoher Strombelastung für die Heizung verwendet wird. Mehrere Kanäle von hochgeschalteten Photonen Doppler-Geschwindigkeits (PDV) verfolgen die Expansionsgeschwindigkeit entlang des Zylinders, die direkten Vergleich mit Computersimulationen, während High-Speed-Bildgebung verwendet wird, um die Belastung bis zum Versagen zu messen. Die wiedergewonnenen Zylinder Fragmente unterliegen auch optische und Elektronenmikroskopie, um den Fehlermechanismus zu ermitteln.

Die Qualität der Daten werden zunächst über die experimentelle Zeit abhängen. Wenn die Verzögerungen vom Auslöser, um Auswirkungen richtig sind dann die Blitzlampen produzieren wird genug Licht, wenn der Zielzylinder beginnt, sich zu verformen, so dass die Hochgeschwindigkeitskameras, um klare Bilder zu erzeugen. In diesem Fall werden die Bilder von dem Framing Kamera ein klares silhouettiertem Kante, die verwendet werden können, um die Verformung des gesamten Zylinder zu verfolgen. Software wie ImageJ kann zur l...

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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.

Eine Methode zur Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der dynamischen Bruch und Fragmentierung

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

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8.5K Aufrufe.  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.

Serie: 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.

Echtzeit-DC-Vorspannung dynamische Verfahren zur Verbesserung Schaltzeit in stark unterdämpft Fransen-Bereich Elektroantriebe MEMS

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

Forschung

Ingenieurwesen

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 ...

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.

Erweiterte Experimentelle Methoden für Niedertemperatur-Magneto Messung der 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 ...

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.

Die Verwendung eines Mehrfach Dynamische einzelner Enzym-Phantom für Studien von hyperpolarisiertem Magnetic Resonance Agents

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.

Anwenden von Röntgen Imaging Kristall Spektroskopie für den Einsatz als Hochtemperatur-Plasmadiagnose

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.

Studium dynamischer Prozesse von Nano-Größe Objekte in Liquid Scanning Transmission Electron Micros mit

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.

Hochtemperatur Herstellung von Nanostrukturierte Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) Scaffolds durch<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon-Templating Xerogele

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.

Atomic Layer Deposition von Vanadium Kohlendioxid und eine temperaturabhängige optische Modell

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.

Nah-Infrarot-Temperatur-Messtechnik für Wasser umgibt eine Induktion erhitzt kleine magnetische Kugel

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.

Ein 100 KW-Klasse angewendet-Feld Magnetoplasmadynamic Thruster

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