This work is supported by an agreement with Syracuse University awarded by the Syracuse Center of Excellence in Energy and Environmental Systems with funding under prime award number DE-EE0006031 from the US Department of Energy and matching funding under award number 53367 from the New York State Energy Research and Development Authority (NYSERDA), contract 61736 from NYSERDA, and an award from Empire State Development's Division of Science, Technology and Innovation (NYSTAR) through the Syracuse Center of Excellence, under award number #C120183. This work is supported by the National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program under Grant No. 1247399.

1. Verbrennungs Berechnungen <ol><li> Wählen Sie Kraftstoff für die Analyse. Wählen Sie hier Methan als Bezugskraftstoff, aber die Prinzipien sind übertragbar auf andere Kohlenwasserstoffbrennstoffen. </li><li> Mit 1 Mol Methan als Brennstoff, Gleichgewichtsgleichung (1) für eine stöchiometrische Verbrennung zu erhalten, die Gleichung (2). <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq1.jpg" /> <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq2.jpg" /></li><li> Berechnen des Kraftstoff-Luft - Verhältnis für eine stöchiometrische (F / A stöch.) , Wie in Gleichung 3 für die Methanverbrennung durch die Masse von Methan durch die Masse von Luft geteilt wird . Zu berechnen, der Zähler ist die Anzahl der Mole von Methan - fache molare Masse von Methan (16 g · mol -1) und der Nenner ist die Anzahl der Mol Sauerstoff - fache molare Masse von Sauerstoff (32 g · mol -1) zuzüglich die Anzahl der Mole von Stickstoff - fache molare Masse von Stickstoff (28 g · mol -1). <img alt="Gleichung 3"src = &quot;/ files / ftp_upload / 54638 / 54638eq3.jpg&quot; /&gt; </li><li> Um das Äquivalenzverhältnis (Gleichung 4) zu variieren, variieren auch die Luftströmungsrate, der Kraftstoffdurchflussrate oder beides gleichzeitig. Typischerweise fix eine der Größen und variieren die anderen. Bestimmen Sie, ob entweder die Kraftstoff oder Luftdurchsatz für den Brenner zu beheben. Für dieses Experiment, fixieren Sie die Kraftstoff-Strömungsrate bei 10 l / min und damit der Luftdurchsatz in diesem Setup zu variieren. <img alt="Gleichung 4" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq4.jpg" /></li><li> Mit der Kraftstoffdurchsatz, f, fixiert (10 l / min), F / A - stoisch. berechnet (0,0583), und die Bestimmung des Äquivalenzverhältnisses gegeben, die Berechnung der Luftströmungsgeschwindigkeit, eine für jede Äquivalenzverhältnis geprüft werden. Gleichung (5) stellt einen direkten Weg für die Berechnung der Luftströmungsrate in L / min für jede Äquivalenzverhältnis und die Ergebnisse sind für ein Äquivalenzverhältnis von 1 für Stöchiometrie gezeigt. <img alt="Gleichung 5" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq5.jpg" /> HINWEIS: Die obere FlammFähigkeit Grenze (oder obere Explosionsgrenze) ist die reichste Äquivalenzverhältnis, das ohne Abschrecken der Flamme in der Abwesenheit eines Katalysators verbrannt werden kann. Höheren Äquivalenzverhältnissen kann unter Verwendung eines Katalysators erhalten werden, jedoch nur nicht-katalytischen Verbrennung wird in diesem Papier beschrieben. Lesen Sie die Literatur, die die obere Zündgrenze für den Brennstoff gewählt, um beurteilen zu können. </li></ol> 2. Verbrennungs Charakterisierung Experimenteller Aufbau <ol><li> Wählen Sie Massendurchflussregler (MFCs) für Methan und Luft auf der Basis der Durchflussraten, erhalten in Schritt 1.5. Seien Sie vorsichtig, wenn Sie eine MFC Größe der Auswahl, um sicherzustellen, dass das MFC nicht am unteren Ende seines Bereichs (&lt;10% vom Endwert) während der Prüfung in Betrieb sein. Für diesen spezifischen Fall verwenden 40 l / min und 200 l / min MFCs für Methan und Luft sind. </li><li> Schließen Sie die MFCs an die Methan und Lufttanks über Kupferrohre. </li><li> Stellen Sie die Regler auf die Methan und Luftbehälter an den entsprechenden Druck für das MFC wie angegebendurch den Hersteller. In diesem Fall den Druck auf 138 kPa (20 psi). </li><li> Kalibrieren Sie die MFCs genaue Durchflussraten zu gewährleisten. </li><li> Konstruieren Sie die Brennkammer. Für dieses Experiment wurde eine Brennkammer 914 mm lang mit einem 168 mm Austrittsdurchmesser zu entwickeln. <ol><li> Bohrer Ports für Verbrennungsabgasanalyse und für Thermoelement-Anordnung entlang der Länge der Verbrennungskammer. Die genaue Anzahl und der Abstand benötigt wird, hängt von der Größe der Flamme und die Zwecke des Experiments. Für diese Einrichtung, Raum die ersten 5 Thermoelemente am nächsten an der Verbrennungsbereich 7 mm auseinander gesetzt. Raum der letzten 6 Thermoelemente 14 mm auseinander. Verwenden Sie den gleichen Abstand für die Auslasskanäle. </li><li> Legen Sie die K-Typ-Thermoelemente in die Verbrennungskammer über die Anschlusslöcher. Richten Sie die Thermoelementspitze in der Mitte der Brennkammer. Größe der Anschlusslöcher das Thermoelement zu passen und Dichtung mit hoher Temperatur Metallhülsen und Muttern Auslaufen zu verhindern. </li></ol></li><li> Connect die K-Typ-Thermoelemente direkt mit dem Datenerfassungsmodul. </li><li> Schließen Sie das Datenerfassungsmodul an den Computer über den USB-Laufwerk. </li><li> Bringen Sie ein Einwegventil auf dem Weg Kupferrohr unmittelbar nach dem Kraftstoff MFC und kurz vor dem Brenner. Richten Sie das Ventil, so dass der Fluss nur weg von der MFC bewegen kann. Die Einwegventile sind eine wichtige Sicherheitsfunktion Blitz zurück zu verhindern. </li><li> Überprüfen Sie die Kupferrohr vor und nach dem MFC-Setup auf undichte Stellen. Verwenden Sie Seifenwasser aufgetragen mit einem Pinsel auf die Rohrlecks zu erfassen, wie Lecks Blasen schaffen würde. </li><li> Schließen Sie die Brennkammer und Brenner zu den Massendurchflussregler über Kupferleitungen. </li><li> die Brennkammer Setup, wählen Sie eine der Auslasskanäle für die Prüfung Nach Abschluss. Verbinden Sie diesen Anschluss an Kupferrohren, die mit dem GC-Analyse-Port erstreckt. </li><li> Wählen Sie eine Spritze, die die Abgase aus der Verbrennungskammer zu ziehen und drücken Sie dann in die GC für die Analyse. Für dieses Experiment verwenden ein25-ml-Spritze. </li><li> Platzieren ein Dreiwegeventil in Übereinstimmung mit dem Kupferrohr die Auslaßöffnung mit dem GC verbindet. Ein Ende des Zweiwegeventils mit dem GC, der zweiten in die Abgasöffnung und der dritten in die 25 ml-Spritze. Verbinden der Kupferrohre an die 3-Wege-Ventil. Verwenden Sie die Spritze Verbrennungsabgas aus der Kammer zu saugen und dann schieben in den GC für die Analyse. </li><li> Die 3-Wege-Ventil mit dem GC und Spritze. Betätigen, um den Spritzenkolben erfolgreichen Betrieb sicherzustellen. HINWEIS: Ein vereinfachtes Schema des Aufbaus ist in 1 gezeigt. </li></ol><img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54638/54638fig1.jpg" /> Abbildung 1. Die Verbrennung Charakterisierung Versuchsaufbau schematisch. Combustion Charakterisierung Versuchsaufbau schematische Darstellung , Kraftstoff-, Luft- und Abgasströme (schwarze Pfeile) und Datenströme (rote Pfeile). Einwegventile werden verwendet, Blitz zurück zu verhindern. <ahref = &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/54638/54638fig1large.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 3. Verbrennung Charakterisierung Experiment <ol><li> Vor der Prüfung drücken Sie den Kolben Spritze in vollständig und öffnen Sie das Dreiwegeventil auf der Auslaßöffnungsseite. </li><li> Schalten Sie die Klima MFC auf den ersten zu einer Fließgeschwindigkeit von 86,5 l / min. </li><li> Drehen Methan MFC auf eine Strömungsgeschwindigkeit von 10 L / min. Dadurch entsteht ein vorgemischtes Äquivalenzverhältnis von 1,10, ein leicht fettes Gemisch, das leichter zu zünden ist. </li><li> Schalten Sie Thermoelemente auf über das Computermodul zum Aufzeichnen von Daten beginnen. </li><li> Zünden des Gemisches am Ende der Verbrennungskammer mit einem Gasfeuerzeug. Nach der Zündung, sollte die Flamme an der Brennerfront stabilisieren. </li><li> Stellen Sie das Äquivalenzverhältnis, indem die Strömungsgeschwindigkeit der Luft langsam aus dem Anfangswert von 86,5 L / min auf den gewünschten Wert eingestellt wird. Achten Sie darauf, nicht zu schnell zu bewegen oder außerhalb des Entzündb gehenility Grenzen, die Flamme Löschung verursachen würde. </li><li> Notieren Sie sich die Temperaturanzeige in einer Datendatei, nachdem die Thermoelemente Temperaturen stabilisieren. </li><li> Wieder einmal, ziehen Sie den Spritzenkolben Verbrennungsabgas von der Abgasöffnung zu extrahieren. </li><li> Nach dem Extrahieren des Verbrennungsabgas, öffnen Sie das Drei-Wege-Ventil mit dem GC Seite und die Auslaßöffnungsseite schließen. </li><li> Drücken Sie den Spritzenkolben, bis es vollständig und alle des Abgases schließt wurde der GC gesendet. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3,8-3,10, bis alle der Restgase in dem Kupferrohr um den Port zu dem GC Verbinden entfernt wird. Eine einfache Analyse des Innenvolumens des Kupferrohre im Vergleich zu dem Volumen der Spritze zeigt an, wie viele Male die Schritte 3,8-3,10 Bedarf wiederholt werden. </li><li> Nachdem alle Restgase in dem Schlauch zu entfernen eine endgültige Abgasprobe für die Analyse zu extrahieren. Schieben Sie das Abgas in den GC und drehen Sie die GC - Analyse - Modus 7,17. </li><li> Notieren Sie die GC-Daten durch SpeichernDie GC-Analyse-Daten. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3,1-3,13, bis alle gewünschten Äquivalenzverhältnisse getestet werden. </li></ol> 4. Entwicklung des Modells Verbrennungsabgas <ol><li> Zeichnen Sie die Verbrennungsabgas Arten Volumenanteil der Trends zu beobachten. </li><li> Bestimmen Sie den Konzentrationswert für das Modell Verbrennungsabgas abgeschnitten. Bei der Entwicklung eines Modells Verbrennungsabgas Kraftstoff für die anfängliche mT-FFC-Analyse nur die auftretenden Komponenten in signifikanten Anteilen (&gt; 1%) sind im Modell Kraftstoff enthalten. </li><li> Für das Modell Brennstoff wählen diese Äquivalenzverhältnisse, die im Abgas nur signifikante Wasserstoff und Kohlenmonoxid (für jede Komponente&gt; 1%) zu erzeugen. </li><li> Aufzeichnen der Volumenprozentsatz für jedes der Abgasbestandteile, die die Kriterien von 4,3. </li></ol> 5. Fuel Cell Testing-Setup <ol><li> Bestimmen Sie die Durchflussbereiche für jedes Gas. Multiplizieren Sie den Volumenanteil aus den GC-Analyseergebnisse von t erhaltener Gesamtflussrate des Modells Verbrennungsabgas in jeder Brennstoffzelle erwünscht. </li><li> Beurteilen Sie den Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten für jede Verbrennungsabgas Arten der maximalen und minimalen Strömungs für jede Art zu bestimmen. </li><li> Select-Durchflussmesser nach den gleichen in Schritt 2.1 beschriebenen Prinzipien. </li><li> Erstellen Sie das Testgerät durch den Durchflussmesser in die Gastanks über Kupferrohr befestigt wird. </li><li> Stellen Sie die Gasdruckregler auf den vorgeschriebenen Wert für den Durchflussmesser. </li><li> Platzieren Einwegventile in den Kupferrohrpfad stromabwärts von jedem Durchflussmesser ein brennbares Gas verwendet wird. </li><li> Schließen Sie alle Durchflussmesser Austrittsöffnungen miteinander über Kupferrohr und einem Verteiler. </li><li> Stellen Sie den Mikrorohrförmigen SOFC an der Innenseite des Stahlrohrs einen Innendurchmesser gerade größer als die Brennstoffzelle Außendurchmesser. Abdichtung um die Brennstoffzelle mit dem Stahlrohr unter Verwendung von Keramikkleber. </li><li> Schließen Sie das Stahlrohr mit mikrotubulären SOFC zu einem Stück Keramik feuerfesten material die Brennstoffzelle in dem Ofen zu halten. </li><li> Nutzen Sie die 4 Sondentechnik 10,11 mit Stromerfassung und Spannungsmessleitungen mit dem mikrotubulären SOFC mit zwei Drähten an der Anode und zwei Drähte an der Kathode. Stellen Sie sicher, dass die Drähte einander nicht zu schaffen Shorts überqueren. </li><li> Verbinden Sie die vier Adern an den vier Sonden des Potentiostaten 10,11. </li><li> Schließen Sie den Potentiostaten an den Computer 10,11. </li><li> Platzieren eines Thermoelements in den Ofen mit der Spitze berührt die Außenseite des Mikrorohrförmigen SOFC Elektrolyt 10,11. </li><li> Befestigen Thermodrähte an die Datenerfassungsmodul. </li><li> Schließen Sie das Datenerfassungsmodul an den Computer über den USB-Anschluss. ANMERKUNG: Abbildung 2 ist ein vereinfachtes Schema der mT-FFC - Test - Setup zeigt. Mit dem Modell Kraftstoff entwickelt und die für die Steuerung des Modells Brennstoffströmung zu der Brennstoffzelle etabliert Setup können Tests nach herkömmlichen f vorgehenuel Zelle Testmethoden. Diese Verfahren sind in der Literatur gut etabliert und werden hier nicht wiederholt werden. </li></ol><img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54638/54638fig2.jpg" /> Abbildung 2. mikrotubulären Flamme-unterstützte Brennstoffzellentestaufbau schematisch. Flüsse von H 2, CO, CO 2, N 2 (schwarze Pfeile) sind mit einem MFC geregelt und ein Einwegventil Blitz zurück zu verhindern. Elektronen fließen (grüne Linie) von der SOFC in dem Ofen mit dem Potentiostaten und zurück zu der SOFC. Durchfluss von Thermoelement - Daten und elektrochemischen Daten wird durch rote Pfeile dargestellt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54638/54638fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54638/54638fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

<ol>
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Power Sources. 306, 148-151 (2016).</li><li>Horiuchi, M., Suganuma, S., Watanabe, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+power+generation+directly+from+combustion+flame+of+gases,+liquids,+and+solids.">Electrochemical power generation directly from combustion flame of gases, liquids, and solids.</a> J. Electrochem. Soc. 151 (9), A1402-A1405 (2004).</li><li>Starik, A. M., Kuleshov, P. S., Loukhovitski, B. I., Titova, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+study+of+partial+oxidation+of+methane+by+non-equilibrium+oxygen+plasma+to+produce+hydrogen+rich+syngas.">Theoretical study of partial oxidation of methane by non-equilibrium oxygen plasma to produce hydrogen rich syngas.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 40 (32), 9872-9884 (2015).</li><li>Katta, V. 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Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integration+of+solid+oxide+fuel+cells+with+multi-element+diffusion+flame+burners.">Integration of solid oxide fuel cells with multi-element diffusion flame burners.</a> J. Electochem. Soc. 160 (11), F1241-F1244 (2013).</li><li>Horiuchi, M., 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=Performance+of+a+solid+oxide+fuel+cell+couple+operated+via+in+situ+catalytic+partial+oxidation+of+n-butane.">Performance of a solid oxide fuel cell couple operated via in situ catalytic partial oxidation of n-butane.</a> J. Power Sources. 189 (2), 950-957 (2009).</li><li>Wang, Y., 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=The+study+of+portable+direct-flame+solid+oxide+fuel+cell+(DF-SOFC)+stack+with+butane+fuel.">The study of portable direct-flame solid oxide fuel cell (DF-SOFC) stack with butane fuel.</a> J. Fuel Chem. Technol. 42 (9), 1135-1139 (2014).</li><li>Wang, K., 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=A+high-performance+no-chamber+fuel+cell+operated+on+ethanol+flame.">A high-performance no-chamber fuel cell operated on ethanol flame.</a> J. Power Sources. 177 (1), 33-39 (2008).</li><li>Sun, L., Hao, Y., Zhang, C., Ran, R., Shao, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coking-free+direct-methanol-flame+fuel+cell+with+traditional+nickel-cermet+anode.">Coking-free direct-methanol-flame fuel cell with traditional nickel-cermet anode.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 35 (15), 7971-7981 (2010).</li><li>Zeng, P., Wang, K., Falkenstein-Smith, R. L., Ahn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+sintering+temperature+on+the+performance+of+SrSc0.1Co0.9O3-&#948;+oxygen+semipermeable+membrane.">Effects of sintering temperature on the performance of SrSc0.1Co0.9O3-&#948; oxygen semipermeable membrane.</a> Braz. J. Chem. Eng. 32 (3), 757-765 (2015).</li><li>Turns, S. 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The authors have nothing to disclose.

Das Protokoll diskutiert hier ist eine wichtige Brücke zwischen früheren Verbrennungs Charakterisierung Forschung und Testen von Brennstoffzellen. Die Verwendung von Verbrennung für Kraftstoffreformierung und Brennstoffzellentest ist seit mehreren Jahren in DFFC Aufbauten 10-15 angewandt. Jedoch ist die Charakterisierung des Verbrennungsprozesses in DFFCs hauptsächlich mit in-situ Charakterisierung der Flammenzusammensetzung 16 und verwendet eine MS 8. Da die DFFC zur Umgebu...

Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) Innovationen wurden in den letzten Jahren berichtet, wie die Technologie weiter zu entwickeln. Unter den vielen Vorteilen haben, SOFCs für hohe Kraftstoffeffizienz, geringe Emissionen und moderate Brennstoffflexibilität im Vergleich zu anderen Verbrennungs basierten Leistungserzeugungstechniken 1 bekannt geworden. Darüber hinaus sind SOFCs skalierbar so dass für hohe Kraftstoffeffizienz auch bei kleinen Skalen. Leider haben Einschränkungen in der aktuellen Wasserstoff-Infrastruktur ein Bedarf an Kraftstoffreformierung Systeme geschaffen, die oft ineffizient sind. Eine neuere Entwicklung ist die mikrotubulären flamm unterstützt Brennstoffzelle (mT-FFC) in des Autors früheren Arbeiten 2 berichtet. Der mT-FFC ist das erste Beispiel einer Flamme unterstützten Brennstoffzelle (FFC) , die auf die Vorteile der ursprünglichen direkten Flamme Brennstoffzelle (DFFC) baut, die 3 durch Verbrennung Reformierung Wärmeerzeugung und Treibstoff zur Verfügung stellt. Die DFFC Einrichtung platziert eine SOFC in direkten Kontakt mit einer Flamme offen für die Umgebungs environment. Die Flamme oxidiert teilweise schwerere Kohlenwasserstoffbrennstoffen H 2 und CO zu erzeugen, die in der SOFC mit weniger Potential für Kohlen Verkokung im Vergleich zu reinem Methan oder andere schwerere Kohlenwasserstoffe direkt verwendet werden kann. Zusätzlich stellt die Flamme die Wärmeenergie benötigt, um die SOFC auf seine Betriebstemperatur zu bringen. Eine aktuelle Änderung der ursprünglichen DFFC erfolgte durch die SOFC aus dem Flammenbereich bewegt und das Verbrennungsabgas in die SOFC Kanalisierung des FFC 2 zu schaffen. Anders als bei der DFFC erfolgt die Verbrennung in einer teilweise umschlossenen Kammer (anstelle der Umgebungs), so dass der Kraftstoff-Luft-Verhältnis gesteuert werden kann und das Abgas kann direkt in die Brennstoffzelle eingespeist werden, ohne daß eine vollständige Verbrennung stattfindet. FFCs haben zusätzliche Vorteile wie hohe Brennstoffausnutzung und einen hohen elektrischen Wirkungsgrad im Vergleich zu DFFCs 2. Als aufstrebender Bereich der Forschung werden experimentelle Techniken benötigt, die das Potenzial von mT-FF beurteilenCs für die zukünftige Energieerzeugung Anwendungen. Diese Techniken erfordern Analyse der partiellen Oxidation oder brennstoffreichen Verbrennung und der Abgas die als Weg identifiziert worden ist , zur Erzeugung von H 2 und CO, das auch als Synthesegas bekannt ist , zusammen mit CO 2 und H 2 O. Das Syngas kann direkt in den Brennstoffzellen für die Stromerzeugung verwendet werden. Die Analyse der brennstoffreichen Verbrennungsabgas wurde in den letzten Jahren gut etabliert und hat theoretisch 4 durchgeführt wird , berechnungs 5,6 und experimentell 7 für viele verschiedene Zwecke. Viele der theoretischen und rechnerischen Studien haben sich auf das chemische Gleichgewicht Analyse (CEA) stützte sich die Verbrennungsproduktspezies zu bewerten, die energetisch günstig sind, und chemische kinetische Modelle für Reaktionsmechanismen. Während diese Verfahren sehr nützlich gewesen sind, haben viele neue Technologien auf experimentelle Techniken in der Forschung und Entwicklung berufen. Experimentelle Techniken beruhen typischerweise auf anaLyse des Verbrennungsabgas unter Verwendung entweder eines Gaschromatographen (GC) 7 oder ein Massenspektrometer (MS) 8. Entweder die GC line / Spritze oder die MS-Sonde wird in das Verbrennungsabgas eingeführt und die Messungen nach dem Spezieskonzentration abzuschätzen. Die Anwendung der experimentellen Techniken wurde im Bereich der kleinen Stromerzeugung gemeinsam. Einige Beispiele umfassen Mikro Brennkammern , die entwickelt wurden mit Einkammer SOFCs 7,9 und DFFCs 10-15 zu betreiben. Die Analyse des Verbrennungsabgas tritt in einem breiten Bereich von Betriebsbedingungen einschließlich unterschiedlichen Temperaturen, Durchflussraten und Äquivalenzverhältnisse. Im Bereich der DFFC Forschung, Brennstoff und Oxidationsmittel können teilweise vorgemischt werden oder nicht vorgemischten, mit dem Brenner offen zur Umgebungs die vollständige Verbrennung gewährleistet. Mit einer Notwendigkeit , die Flamme Zusammensetzung zu analysieren, eine MS hat in vielen Fällen für DFFC Forschung und Verbrennungsanalyse 16 eingesetzt. Die neuere Entwicklung des FFC unterscheidet sich in einer teilweise geschlossenen Umgebung auf einer vorgemischten Verbrennung mit dem Brenner, indem sie sich eine vollständige Oxidation des Brennstoffes zu verhindern. Als Ergebnis zeigte die Analyse des Verbrennungsabgases in einer kontrollierten Umgebung frei von Luftleckage benötigt. Experimentelle Techniken für diesen Zweck entwickelt verlassen sich auf den früheren Techniken für die Mikrobrennkammer Forschung mit GC-Analyse des Verbrennungsabgases bei variierenden Äquivalenzverhältnissen verwendet. Die GC - Analyse führt zur Charakterisierung der Verbrennungsabgaszusammensetzung (dh der Volumenprozentsatz jedes Bestandabgas einschließlich CO 2, H 2 O, N 2, etc.) Diese Analyse ermöglicht das Mischen der getrennten Gase nach den Verhältnissen durch die gemessene GC, um ein Modell brennstoffreichen Verbrennungsabgas für zukünftige FFC Forschung schaffen. Die Protokolle für brennstoffreichen Verbrennungsabgas zu analysieren, ein Modell brennstoffreichen Verbrennungsabgas zu entwickeln und anwendening den Auspuff für SOFC-Tests werden in diesem Papier hergestellt. Gemeinsame Herausforderungen und Einschränkungen sind für diese Techniken diskutiert.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="758">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Gas chromotograph</td>
			<td style="width:111px;">SRI Instruments, Inc.</td>
			<td style="width:129px;">SRI 8610C</td>
			<td style="width:303px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">K type thermocouples</td>
			<td style="width:111px;">Omega</td>
			<td style="width:129px;">KQXL-116G-6</td>
			<td>Custom length</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">K type thermocouple extension wire</td>
			<td style="width:111px;">Omega</td>
			<td style="width:129px;">EXTT-K-20-SLE-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Mass flow controller</td>
			<td style="width:111px;">Omega</td>
			<td style="width:129px;">FMA5427</td>
			<td style="width:303px;">0-40 L/min (N2) 
			Used for methane</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Mass flow controller</td>
			<td style="width:111px;">Omega</td>
			<td style="width:129px;">FMA5443</td>
			<td style="width:303px;">0-200 L/min (N2) 
			Used for air</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Mass flow controller</td>
			<td style="width:111px;">Omega</td>
			<td style="width:129px;">FMA5402A</td>
			<td style="width:303px;">0-10 mL/min (N2) 
			Used for CO</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Mass flow controller</td>
			<td style="width:111px;">Brooks Instrument</td>
			<td style="width:129px;">SLA5850</td>
			<td style="width:303px;">200 SCCM (Propane) 
			Used for CO2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Mass flow controller</td>
			<td style="width:111px;">Brooks Instrument</td>
			<td style="width:129px;">SLA5850</td>
			<td style="width:303px;">5 L/min (Air) 
			Used for N2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Mass flow controller</td>
			<td style="width:111px;">Brooks Instrument</td>
			<td style="width:129px;">SLA5850</td>
			<td style="width:303px;">500 SCCM (N2) 
			Used for H2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Regulator</td>
			<td style="width:111px;">Harris Products Group</td>
			<td style="width:129px;">HP721-125-350-F</td>
			<td style="width:303px;">Methane tank</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Regulator</td>
			<td style="width:111px;">Harris Products Group</td>
			<td style="width:129px;">HP702-050-590-E</td>
			<td>Air tank</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Regulator</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">Y11-SR145B</td>
			<td>CO tank</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Regulator</td>
			<td style="width:111px;">Harris Products Group</td>
			<td style="width:129px;">HP702-050-320-E</td>
			<td>CO2 tank</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Regulator</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">Y12-215B</td>
			<td>N2 tank</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Regulator</td>
			<td style="width:111px;">Harris Products Group</td>
			<td style="width:129px;">HP702-015-350-D</td>
			<td>H2 tank</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Methane, Compressed , 
			Ultra high purity</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">UN1971</td>
			<td style="width:303px;">Extremely Flammable</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Air, Compressed, 
			Ultra pure</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">UN1002</td>
			<td style="width:303px;">Not classified as hazardous to health.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">CO, Compressed, 
			Ultra high purity</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">UN1016</td>
			<td style="width:303px;">Toxic by inhalation, Extremely flammable</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">CO2, Compressed, 
			Research grade</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">UN1013</td>
			<td style="width:303px;">Asphyxiant in high 
			concentrations</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">&#160;N2, Compressed, 
			Ultra high purity</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">UN1066</td>
			<td style="width:303px;">Not classified as hazardous to health.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">H2, Compressed, 
			Ultra high purity</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">UN1049</td>
			<td style="width:303px;">Extremely flammable, 
			burns with invisible flame</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Source meter</td>
			<td style="width:111px;">Tektronix, Inc.</td>
			<td style="width:129px;">Keithley 2420</td>
			<td style="width:303px;">Connects to computer 
			via USB</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Horizontal split tube furnace</td>
			<td style="width:111px;">MTI Corportation</td>
			<td style="width:129px;">OTF-1200X</td>
			<td style="width:303px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Data acquisition</td>
			<td style="width:111px;">National Instruments</td>
			<td style="width:129px;">NI cDAQ-9172</td>
			<td style="width:303px;">Connects to computer 
			via USB</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Thermocouple input</td>
			<td style="width:111px;">National Instruments</td>
			<td style="width:129px;">NI 9211</td>
			<td>Connects to cDAQ-9172</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Computer control for Mass Flow Controllers</td>
			<td style="width:111px;">National Instruments</td>
			<td style="width:129px;">NI 9263</td>
			<td style="width:303px;">Connects to cDAQ-9172 
			Computer control for Mass Flow Controllers</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Testing software</td>
			<td style="width:111px;">National Instruments</td>
			<td style="width:129px;">LabVIEW 8.6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Ceramabond</td>
			<td style="width:111px;">Aremco</td>
			<td>552-VFG</td>
			<td>1 Pint</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

combustion characterization and model fuel development for micro-tubular flame-assisted fuel cells

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power generation and micro combustion as well as development in fuel cell research has created new means of power generation that combine solid oxide fuel cells with open flames and combustion exhaust. Instead of relying upon the heat of combustion, these solid oxide fuel cell systems rely on reforming of the fuel via combustion to generate syngas for electrochemical power generation. Procedures were developed to assess the combustion by-products under a wide range of conditions. While theoretical and computational procedures have been developed for assessing fuel-rich combustion exhaust in these applications, experimental techniques have also emerged. The experimental procedures often rely upon a gas chromatograph or mass spectrometer analysis of the flame and exhaust to assess the combustion process as a fuel reformer and means of heat generation. The experimental techniques developed in these areas have been applied anew for the development of the micro-tubular flame-assisted fuel cell. The protocol discussed in this work builds on past techniques to specify a procedure for characterizing fuel-rich combustion exhaust and developing a model fuel-rich combustion exhaust for use in flame-assisted fuel cell testing. The development of the procedure and its applications and limitations are discussed.

Die Verbrennungskammer Charakterisierung sollte bei den gewünschten Äquivalenzverhältnissen für die Rückströmung der Luft in die Kammer oder eine andere Luftverlust während des Tests vor dem Test überprüft werden. Verbrennungsprozesse in offenen Kammern sind dafür bekannt, fast isobar zu sein. Rück fließt in die Verbrennungskammer aus der Kammer Auslassanschluss oder andere Leckstellen Als Ergebnis kann nicht ausreichen, um Druck innerhalb der Verbrennungskammer, um sicherzus...

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Combustion Characterization and Model Fuel Development for Micro-tubular Flame-assisted Fuel Cells

A protocol for creating a model fuel-rich combustion exhaust is developed through combustion characterization and is applied for micro-tubular flame-assisted fuel cell testing and research.

Combustion Charakterisierung und Modell Kraftstoffentwicklung für Mikrorohr Flamme-unterstützte Brennstoffzellen

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power ...

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Alkanes and Cycloalkanes

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9.5K Aufrufe.  Syracuse University. A protocol for creating a model fuel-rich combustion exhaust is developed through combustion characterization and is applied for micro-tubular flame-assisted fuel cell testing and research.

Serie: Combustion Characterization and Model Fuel Development for Micro-tubular Flame-assisted Fuel Cells

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen 1-7. The performance of SOFCs and the rates of many chemical and energy transformation processes in energy storage and conversion devices in general are limited primarily by charge and mass transfer along electrode surfaces and across interfaces. Unfortunately, the mechanistic understanding of these processes is still lacking, due largely to the difficulty of characterizing these processes under in situ conditions. This knowledge gap is a chief obstacle to SOFC commercialization. The development of tools for probing and mapping surface chemistries relevant to electrode reactions is vital to unraveling the mechanisms of surface processes and to achieving rational design of new electrode materials for more efficient energy storage and conversion2. Among the relatively few in situ surface analysis methods, Raman spectroscopy can be performed even with high temperatures and harsh atmospheres, making it ideal for characterizing chemical processes relevant to SOFC anode performance and degradation8-12. It can also be used alongside electrochemical measurements, potentially allowing direct correlation of electrochemistry to surface chemistry in an operating cell. Proper in situ Raman mapping measurements would be useful for pin-pointing important anode reaction mechanisms because of its sensitivity to the relevant species, including anode performance degradation through carbon deposition8, 10, 13, 14 ("coking") and sulfur poisoning11, 15 and the manner in which surface modifications stave off this degradation16. The current work demonstrates significant progress towards this capability. In addition, the family of scanning probe microscopy (SPM) techniques provides a special approach to interrogate the electrode surface with nanoscale resolution. Besides the surface topography that is routinely collected by AFM and STM, other properties such as local electronic states, ion diffusion coefficient and surface potential can also be investigated17-22. In this work, electrochemical measurements, Raman spectroscopy, and SPM were used in conjunction with a novel test electrode platform that consists of a Ni mesh electrode embedded in an yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte. Cell performance testing and impedance spectroscopy under fuel containing H2S was characterized, and Raman mapping was used to further elucidate the nature of sulfur poisoning. In situ Raman monitoring was used to investigate coking behavior. Finally, atomic force microscopy (AFM) and electrostatic force microscopy (EFM) were used to further visualize carbon deposition on the nanoscale. From this research, we desire to produce a more complete picture of the SOFC anode.

We present a unique platform for characterizing electrode surfaces in solid oxide fuel cells (SOFCs) that allows simultaneous performance of multiple characterization techniques (e.g. in situ Raman spectroscopy and scanning probe microscopy alongside electrochemical measurements). Complementary information from these analyses may help to advance toward a more profound understanding of electrode reaction and degradation mechanisms, providing insights into rational design of better materials for SOFCs.

Sondieren und Mapping-Elektrode Oberflächen in Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Forschung

Ingenieurwesen

Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs along the interface between the fuel and core materials. Simultaneously, dynamic changes in thermal and chemical potentials across the micro/nanostructured materials result in concomitant electrical energy generation induced by charge transfer in the form of a high-output voltage pulse. We demonstrate the entire procedure of a thermopower wave experiment, from synthesis to evaluation. Thermal chemical vapor deposition and the wet impregnation process are respectively employed for the synthesis of a multi-walled carbon nanotube array and a hybrid composite of picric acid/sodium azide/multi-walled carbon nanotubes. The prepared hybrid composites are used to fabricate a thermopower wave generator with connecting electrodes. The combustion of the hybrid composite is initiated by laser heating or Joule-heating, and the corresponding combustion propagation, direct electrical energy generation, and real-time temperature changes are measured using a high-speed microscopy system, an oscilloscope, and an optical pyrometer, respectively. Furthermore, the crucial strategies to be adopted in the synthesis of hybrid composite and initiation of their combustion that enhance the overall thermopower wave energy transfer are proposed.

A protocol for conducting thermopower wave experiments is presented. The synthesis of hybrid composites of a chemical fuel and micro/nanostructured material, manufacturing of a thermopower wave generator, and methods for measuring the corresponding physical phenomena are described.

Herstellung und Auswertung der Hybrid Composites der chemischen Treibstoff und mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren in das Studium der Thermokraft Waves

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The common techniques used for the size analysis are transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and photoluminescence spectroscopy (PL). These techniques, however, are not suitable for analyzing the nanocrystal size distribution in a fast, non-destructive and a reliable manner at the same time. Our aim in this work is to demonstrate that size distribution of semiconductor nanocrystals that are subject to size-dependent phonon confinement effects, can be quantitatively estimated in a non-destructive, fast and reliable manner using Raman spectroscopy. Moreover, mixed size distributions can be separately probed, and their respective volumetric ratios can be estimated using this technique. In order to analyze the size distribution, we have formulized an analytical expression of one-particle PCM and projected it onto a generic distribution function that will represent the size distribution of analyzed nanocrystal. As a model experiment, we have analyzed the size distribution of free-standing silicon nanocrystals (Si-NCs) with multi-modal size distributions. The estimated size distributions are in excellent agreement with TEM and PL results, revealing the reliability of our model.

We demonstrate how to determine the size distribution of semiconductor nanocrystals in a quantitative manner using Raman spectroscopy employing an analytically defined multi-particle phonon confinement model. Results obtained are in excellent agreement with the other size analysis techniques like transmission electron microscopy and photoluminescence spectroscopy.

Charakterisierung von Nanokristallgrößenverteilung mittels Raman-Spektroskopie mit einem Multi-Partikel Phonon Confinement Modell

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

Printing Herstellung von Bulk-Heterosolarzellen und<em&gt; In Situ</em&gt; Morphologie Charakterisierung

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated species. The synthesis approach inhibits the topochemical effect promoting rapid hydration when exposed to the relative humidity of ambient air. This stable, amorphous, nano-particle material was analyzed using differential scanning calorimetry (DSC) and thermal gravimetric analysis (TGA) and showed an exothermic energy release at low temperature (i.e., 180 &#176;C) for the transformation of I4O9 into I2O5. This additional exothermic energy release contributes to an increase in overall reactivity of I4O9 when dry mixed with nano-aluminum (Al) powder, resulting in a minimum of 150% increase in flame speed compared to Al + I2O5. This study shows that as an oxidizer, I4O9 has more reactive potential than other forms of iodine(V) oxide when combined with Al, especially if I4O9 can be passivated to inhibit absorption of water from its surrounding environment.

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

A protocol for measuring flame speeds of a reactive mixture composed of tetraiodine nonoxide (I4O9) and aluminum (Al) is presented. A method for resolving reaction kinetics using differential scanning calorimetry (DSC) is also presented. It was found that I4O9 is 150% more reactive than other iodine(V) oxides.

Reaktionskinetik und Verbrennungsdynamik von I<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; Und Aluminium-Mischungen

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated ...

Two-way Valorization of Blast Furnace Slag: Synthesis of Precipitated Calcium Carbonate and Zeolitic Heavy Metal Adsorbent

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with sufficient heavy metal adsorption capacity. To this end, blast furnace slag, a residue from iron-making, is utilized as the starting material. Calcium is selectively extracted from the slag by leaching with acetic acid (2 M CH3COOH) as the extraction agent. The filtered leachate is subsequently physico-chemically purified and then carbonated to form precipitated calcium carbonate (PCC) of high purity (&lt;2 wt% non-calcium impurities, according to ICP-MS analysis). Sodium hydroxide is added to neutralize the regenerated acetate. The morphological properties of the resulting calcitic PCC are tuned for its potential application as a filler in papermaking. In parallel, the residual solids from the extraction stage are subjected to hydrothermal conversion in a caustic solution (2 M NaOH) that leads to the predominant formation of a particular zeolitic mineral phase (detected by XRD), namely analcime (NaAlSi2O6&#8729;H2O). Based on its ability to adsorb Ni2+, as reported from batch adsorption experiments and ICP-OES analysis, this product can potentially be used in wastewater treatment or for environmental remediation applications.

A protocol for the parallel production of precipitated calcium carbonate and zeolitic material from blast furnace slag via mineral carbonation and alkaline hydrothermal conversion, respectively, is presented. The performance of the zeolitic material towards nickel adsorption is tested.

Zwei-Wege-Valorisierung von Hochofenschlacke: Synthese von gefälltes Calciumcarbonat und Zeolithmaterialien Heavy Metal Adsorbent

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with ...

Infrared Degenerate Four-wave Mixing with Upconversion Detection for Quantitative Gas Sensing

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species in the ppm-to-single-percent range. The main purpose of the method is the spatially resolved detection of low-concentration species, which have no transitions in the visible or near-IR spectral range that could be used for detection. IR-DFWM is a nonintrusive method, which is a great advantage in combustion research, as inserting a probe into a flame can change it drastically. The IR-DFWM is combined with upconversion detection. This detection scheme uses sum-frequency generation to move the IR-DFWM signal from the mid-IR to the near-IR region, to take advantage of the superior noise characteristics of silicon-based detectors. This process also rejects most of the thermal background radiation. The focus of the protocol presented here is on the proper alignment of the IR-DFWM optics and on how to align an intracavity upconversion detection system.

Here, we present a protocol to perform sensitive, spatially resolved gas spectroscopy in the mid-infrared region, using degenerate four-wave mixing combined with upconversion detection.

Infrarot-entartete vier-Welle mischen mit Großbildschirmen Erkennung für Quantitative Gassensorik

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of data that can be obtained from an individual sample and renders it difficult to produce statistically relevant data for unique and rare materials. Resonant cavity dielectric spectroscopy is a non-destructive, contactless technique which can simultaneously interrogate both sides of a sheeted material and provide measurements which are suitable for statistical interpretations. This offers analysts the ability to quickly discriminate between sheeted materials based on composition and storage history. In this methodology article, we demonstrate how contactless resonant cavity dielectric spectroscopy may be used to differentiate between paper analytes of varying fiber species compositions, to determine the relative age of the paper, and to detect and quantify the amount of post-consumer waste (PCW) recycled fiber content in manufactured office paper.

A protocol for the non-destructive analysis of the fiber content and relative age of paper.

Methodenentwicklung für kontaktlose Resonanzhöhlen dielektrische spektroskopische Studien von Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...

Terahertz Imaging and Characterization Protocol for Freshly Excised Breast Cancer Tumors

This manuscript presents a protocol to handle, characterize, and image freshly excised human breast tumors using pulsed terahertz imaging and spectroscopy techniques. The protocol involves terahertz transmission mode at normal incidence and terahertz reflection mode at an oblique angle of 30&#176;. The collected experimental data represent time domain pulses of the electric field. The terahertz electric field signal transmitted through a fixed point on the excised tissue is processed, through an analytical model, to extract the refractive index and absorption coefficient of the tissue. Utilizing a stepper motor scanner, the terahertz emitted pulse is reflected from each pixel on the tumor providing a planar image of different tissue regions. The image can be presented in time or frequency domain. Furthermore, the extracted data of the refractive index and absorption coefficient at each pixel are utilized to provide a tomographic terahertz image of the tumor. The protocol demonstrates clear differentiation between cancerous and healthy tissues. On the other hand, not adhering to the protocol can result in noisy or inaccurate images due to the presence of air bubbles and fluid remains on the tumor surface. The protocol provides a method for surgical margins assessment of breast tumors.

Freshly excised human breast cancer tumors are characterized with terahertz spectroscopy and imaging following fresh tissue handling protocols. Tissue positioning is taken into consideration to enable effective characterization while providing analysis in a timely manner for future intraoperative applications.

This manuscript presents a protocol to handle, characterize, and image freshly excised human breast tumors using pulsed terahertz imaging and spectroscopy ...

Fabrication and Characterization of Thickness Mode Piezoelectric Devices for Atomization and Acoustofluidics

We present a technique to fabricate simple thickness mode piezoelectric devices using lithium niobate (LN). Such devices have been shown to atomize liquid more efficiently, in terms of &#64258;ow rate per power input, than those that rely on Rayleigh waves and other modes of vibration in LN or lead zirconate titanate (PZT). The complete device is composed of a transducer, a transducer holder, and a &#64258;uid supply system. The fundamentals of acoustic liquid atomization are not well known, so techniques to characterize the devices and to study the phenomena are also described. Laser Doppler vibrometry (LDV) provides vibration information essential in comparing acoustic transducers and, in this case, indicates whether a device will perform well in thickness vibration. It can also be used to &#64257;nd the resonance frequency of the device, though this information is obtained more quickly via impedance analysis. Continuous &#64258;uid atomization, as an example application, requires careful &#64258;uid flow control, and we present such a method with high-speed imaging and droplet size distribution measurements via laser scattering.

Fabrication of piezoelectric thickness mode transducers via direct current sputtering of plate electrodes on lithium niobate is described. Additionally, reliable operation is achieved with a transducer holder and &#64258;uid supply system and characterization is demonstrated via impedance analysis, laser doppler vibrometry, high-speed imaging, and droplet size distribution using laser scattering.

Herstellung und Charakterisierung von Piezoelektrischen Geräten für Zerstäubung und Akustofluidik

We present a technique to fabricate simple thickness mode piezoelectric devices using lithium niobate (LN). Such devices have been shown to atomize liquid ...