Gracias a Wendy Zhang, Luuk Lubbers, Marc Miskin y Michelle Driscoll para muchas discusiones útiles y Qiti Guo para obtener ayuda con la preparación de las muestras experimentales. Este trabajo fue apoyado por el programa MRSEC de la National Science Foundation con la subvención No. DMR-0820054.

1. Configuración de Imagen Rápida (Ver Figura 1) <ol><li> Comience por la creación de un carril vertical a lo largo de la cual un recipiente lleno con el fluido a ser estudiado se puede mover libremente para ajustar la velocidad de impacto. El fluido sale de la parte inferior del recipiente a través de una boquilla y entra entonces en caída libre. Para este trabajo la altura de caída se varió desde 1 hasta 200 cm para dar una velocidad de impacto V 0 = (0,4-6,3) ± 0,15 m / seg. </li><li> Construir y montar un bastidor para sostener el plano horizontal impacto, típicamente una placa de vidrio, en las que un espejo reflectante inclinada está posicionado para visualizar el impacto de la caída de la parte inferior. </li><li> Coloque una placa de vidrio limpia y lisa en el soporte. Asegúrese de que la placa esté nivelada horizontalmente. </li><li> Montar una bomba de jeringa en la pista vertical. </li><li> Para el impacto de metal líquido, colocar un difusor de papel transparente detrás de la boquilla para la cara-vista de imagen. Al mismo tiempo, adjuntar un papel opaco blanco por encima de la bomba de jeringa para generarreflexión para la parte inferior de visualización (ver Figura 1). A continuación, busque la fuente de luz detrás de la boquilla. </li><li> Para el impacto suspensión densa, no se necesita difusor. En lugar de ello, sólo tiene que colocar la fuente de luz frente al plano de la imagen. </li><li> Seleccione la macro con una distancia focal apropiada para ampliación deseada y de la distancia de trabajo óptico. A continuación, conecte el objetivo a la cámara. </li><li> Monte la cámara en un trípode y ajuste la altura de la cámara de acuerdo con el (lateral o inferior) perspectiva de obtención de imágenes. </li></ol> 2. Preparación de la muestra <ol><li> Preparación de metal líquido oxidado <ol><li> Tienda de galio-indio eutéctica (EGAIN) en un contenedor sellado. Desde su punto de fusión es de unos 15 ° C, EGAIN permanece en estado líquido a temperatura ambiente. </li><li> Utilizar una pipeta para extraer 3 ml EGAIN del recipiente y extruir que sobre una placa de acrílico. Espere 30 min para la muestra que se oxida completamente en el aire. Como consequena vez, una capa delgada de la piel arrugada oxidado cubre completamente la superficie de la muestra. </li><li> Utilice ácido clorhídrico (HCl; &quot;PRECAUCIÓN&quot;) de diferentes concentraciones de prelavado de la muestra EGAIN y para controlar la oxidación de la superficie. Específicamente, cizallar la muestra, mientras está en el baño de ácido, en 60 seg -1 tasa de cizallamiento con un reómetro. Después de 10 min de cizalladura, el nivel de oxidación de la superficie en la muestra alcanza el equilibrio, fijado por la concentración de HCl 15,18. </li><li> Después de este prelavado, utilizar una jeringa de plástico con una punta de la boquilla de acero para extraer EGAIN del baño. </li><li> Monte la jeringa en la bomba de jeringa y estar listo para el experimento. </li></ol></li><li> Preparación de suspensiones densas <ol><li> Corte el extremo de una jeringa comercial (4,5 mm o 2,3 mm de radio) y utilizarlo como tubo cilíndrico para dispensar la suspensión densa. </li><li> Tire hacia atrás el émbolo y llene la jeringa con agua todo el camino hasta el extremo abierto, por lo que sUre no hay ninguna burbuja de aire arrastrado. </li><li> Ponga esféricas de ZrO 2 o perlas de vidrio en la jeringa. Con la sedimentación de las partículas, el agua se derrame fuera de la boquilla. Llene la jeringa con partículas de todo el camino hasta el extremo abierto. La suspensión se atasco por gravedad. </li><li> Use una hoja de afeitar para eliminar las partículas húmedas adicionales de la parte superior para mantener ese extremo plano. </li><li> Dé la vuelta a la boquilla y montarlo en la bomba de jeringa. La tensión superficial evitará que las partículas se caigan 16. </li></ol></li></ol> 3. Calibración Antes de recoger los vídeos, los parámetros del dispositivo de imagen se deben establecer y alineación de iluminación tiene que ser completado. Además, la resolución espacial necesita ser calibrado. <ol><li> Encienda la bomba de jeringa a un velocidad de 20 ml / hora para sacar el fluido (líquido metal o suspensión) de la boquilla. </li><li> Esperar a que el fluido a separar de la jeringa, formar una gota y la caída def para hacer una prueba de impacto sobre el sustrato de vidrio. </li><li> Ajustar la posición de la cámara, incluyendo su posición vertical y la orientación de formación de imágenes, para encontrar el splat en el monitor de la computadora que se conecta a la cámara. Modificar la distancia de trabajo para arreglar la imagen de estar en el plano focal cuando la relación de reproducción de la lente se fija en 1:1. </li><li> Variar el tamaño de la abertura, el tiempo de exposición y el ángulo de iluminación para obtener la mejor calidad de imagen cuando la velocidad de cuadro es lo suficientemente alta (&gt; 6.000 fps). Figura 2 (a) muestra imágenes típicas tomadas por la cámara para tanto EGAIN líquido y una suspensión densa. </li><li> Coloque una regla en el campo de visión (vea la Figura 2 (b)) y calcular la resolución espacial contando cuántos píxeles se ajusta a través de 1 cm. Asegúrese de que no hay diferencia en la resolución entre las direcciones horizontal y vertical. </li><li> Seguir un proceso de 3 pasos para medir la fracción de empaquetamiento denso de caída de suspensión: <ol><li> Medir la masa de la entire splat justo después del impacto (por ejemplo, dejando caer la gota en un vaso medidor que puede ser exactamente pesados). </li><li> Luego, se evapora todo el disolvente con un calentador y pesar el splat de nuevo para obtener la masa de la partícula. </li><li> Calcular el volumen de partículas y líquido para obtener la fracción de empaquetamiento. Normalmente, esta fracción de volumen debe estar alrededor de 60%. </li></ol></li><li> De acuerdo a la dirección de observación (inferior o lateral), coloque la cámara de manera adecuada. En particular, poner la cámara junto al sustrato para la vista lateral o en el mismo nivel del espejo reflectante para la imagen de fondo. </li></ol> 4. Grabación de vídeo y Adquisición de Datos <ol><li> Después de la calibración de imágenes, reinicie la bomba de jeringa. Al mismo tiempo, abrir la cámara de control de software para controlar el proceso de impacto. </li><li> Establezca los números posteriores a la activación de marco a aproximadamente la mitad de la duración del video. Observa con cuidado cuando la caída comienza a formar y manualmente trigger la cámara en el momento cuando la caída se separa de la boquilla. Lleve a cabo un par de pruebas de la práctica antes de la grabación de datos. </li><li> Después de grabar los datos, recortar el vídeo a la parte que contiene el impacto y guardar los vídeos como las secuencias de imágenes para el análisis. </li></ol> 5. Imagen Post-procesamiento y análisis <ol><li> Use un método de detección límite de localizar el frente móvil de EGAIN líquido a medida que se propaga, lo que corresponde a una transición brusca en el valor medio de píxel (véanse las figuras 3 (ab)). </li><li> A partir de imágenes, tanto de fondo y laterales, determinar el inicio salpicaduras de suspensión densa. </li><li> Realizar algoritmos de partículas de seguimiento para obtener rastros de partículas individuales que escaparon del símbolo (véase la Figura 3 (c)). Entonces, el cálculo de la velocidad de expulsión de dichas trayectorias (Figura 3 (d)). </li></ol>

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G., Takehara, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+imaging+of+drops+and+bubble.">High-speed imaging of drops and bubble.</a> Ann. Rev. Fluid Mech. 40, 257-285 (2008).</li><li>Driscoll, M., Stevens, C. S., Nagel, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thin+film+formation+during+splashing+of+viscous+liquids.">Thin film formation during splashing of viscous liquids.</a> Phys. Rev. E. 82, (2010).</li><li>Pregent, S., Adams, S., Butler, M. F., Waigh, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+and+deformation+of+a+viscoelastic+drop+at+the+air-liquid+interface.">The impact and deformation of a viscoelastic drop at the air-liquid interface.</a> J. Non-Newtonian Fluid Mech. 166, 831 (2011).</li><li>Xu, Q., Brown, E., Jaeger, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+dynamics+of+oxidized+liquid+metal+drops.">Impact dynamics of oxidized liquid metal drops.</a> Phys. Rev. E. 87, (2013).</li><li>Peters, I. R., Xu, Q., Jaeger, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Splashing+onset+in+dense+suspension+droplets.">Splashing onset in dense suspension droplets.</a> Phys. Rev. Lett. 111, (2013).</li><li>Luu, L., Forterre, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+impact+of+yield-stress+fluids.">Drop impact of yield-stress fluids.</a> J. 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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+Formation+and+Scaling+in+Dense+Suspensions.">Droplet Formation and Scaling in Dense Suspensions.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 4389-4394 (2012).</li><li>Royer, J. R., 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=Birth+and+growth+of+a+granular+jet.">Birth and growth of a granular jet.</a> Phys. Rev. E. 78, (2008).</li><li>Paulsen, J. D., Burton, J. C., Nagel, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viscous+to+Inertial+Crossover+in+Liquid+Drop+Coalescence.">Viscous to Inertial Crossover in Liquid Drop Coalescence.</a> Phys. Rev. Lett. 106, (2011).</li></ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Varios pasos son fundamentales para la correcta ejecución de la formación de imágenes rápido. En primer lugar, la cámara y el objetivo tienen que estar debidamente configurado y calibrado. En particular, con el fin de obtener una alta resolución espacial, la relación de reproducción de la lente debe mantenerse cerca de 1:01. Esto es especialmente importante para la visualización de suspensiones densas. Además, el tamaño de la abertura debe ser cuidadosamente elegido para la imagen. Por ejemplo, la observació...

Impacto por caída sobre una superficie sólida es un proceso clave en muchas aplicaciones que implican la fabricación electrónica 1, recubrimiento por pulverización 2, y el aditivo de fabricación de inyección de tinta utilizando la impresión de 3,4, donde un control preciso de la caída de la difusión y se desea salpicaduras. Sin embargo, la observación directa del impacto de la caída es técnicamente difícil por dos razones. En primer lugar, es un proceso dinámico complejo que se produce dentro de un plazo de tiempo demasiado cortos (~ 100 microsegundos) para obtener imágenes fácilmente por los sistemas de formación de imágenes convencionales, tales como microscopios ópticos y cámaras DSLR. La fotografía con flash puede imagen Curso de mucho más rápido, pero no permite la grabación continua, como se requiere para el análisis detallado de la evolución con el tiempo. En segundo lugar, la escala de longitud inducida por inestabilidades de impacto puede ser tan pequeño como 10 micras 5. Por lo tanto, para estudiar cuantitativamente el proceso de impacto de un sistema que combina la formación de imágenes ultrarrápida junto con razonablemente alta resolución espacial es a menudodeseada. En ausencia de tal sistema, los primeros trabajos sobre el impacto de gotas centrado sobre todo en la deformación geométrica mundial después del impacto de 6-8, pero fue incapaz de reunir información sobre los primeros momentos, los procesos de no equilibrio asociados con el impacto, tales como la aparición de salpicaduras. Los recientes avances en CMOS de alta velocidad de la videografía de fluidos 9,12 han empujado a la velocidad de cuadro de hasta un millón de fps y tiempos de exposición por debajo de 1 microsegundos. Por otra parte, las técnicas de imagen CCD de nuevo desarrollo puede empujar la velocidad de fotogramas muy por encima de un millón de 9-12 fps. La resolución espacial en el otro lado, se puede aumentar con el orden de 1 m / píxel usando lentes de aumento 12. Como consecuencia, se ha hecho posible para explorar en detalle sin precedentes la influencia de una amplia gama de parámetros físicos en varias etapas de impacto por caída y para comparar sistemáticamente experimento y teoría 5,13-16. Por ejemplo, la transición chapoteando en fluidos newtonianos fue found que será establecido por la atmósfera de presión 5, mientras que la reología intrínseca decide la dinámica de propagación de fluidos rendimiento-estrés 17. Aquí una simple y poderosa técnica de imagen rápida se introduce y se aplicó para estudiar la dinámica de impacto de dos tipos de fluidos no newtonianos: metales líquidos y suspensiones densas. Con la exposición al aire, en esencia todos los metales líquidos (excepto el mercurio) de forma espontánea desarrollarán una capa de óxido en su superficie. Mecánicamente, la piel se encuentra para alterar la tensión superficial efectiva y la capacidad de humectación de los metales 18. En un trabajo anterior 15, varios de los autores estudiaron el proceso de difusión cuantitativa y fueron capaces de explicar cómo el efecto de la piel influye en la dinámica de impacto, en especial la ampliación del radio máximo la difusión con los parámetros de impacto. Como el metal líquido tiene una alta reflectividad de la superficie, se requiere un ajuste cuidadoso de la iluminación de la proyección de imagen. Suspensiones unre compuesta de pequeñas partículas en un líquido. Incluso para líquidos newtonianos simples, la adición de partículas resultados en el comportamiento no newtoniano, que se convierte en especialmente pronunciada en suspensiones densas, es decir, en la fracción de alto volumen de partículas en suspensión. En particular, la aparición de las salpicaduras cuando una gota de suspensión incide en una superficie lisa y dura fue estudiado en el trabajo previo 16. Tanto líquido y las partículas y las interacciones entre las partículas pueden cambiar el comportamiento de las salpicaduras significativamente de lo que podría esperarse de los líquidos simples. Para el seguimiento de partículas tan pequeñas como 80 micras en estos experimentos se necesita una alta resolución espacial. Una combinación de varios requisitos técnicos, tales como la alta resolución temporal y espacial, además de la capacidad de observación de impactos, tanto desde un lado y desde abajo, todo puede ser satisfecho con la configuración de imagen se describe aquí. Siguiendo un protocolo estándar, se describe a continuación, la dinámica de impacto pueden ser inversoresvestigado de una manera controlada, como se muestra de forma explícita para la difusión y salpicaduras de comportamiento.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:604px;" width="605">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:103px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gallium-Indium Eutectic</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>495425-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Hydrochloric Acid&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>320331-2.5L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Zirconium oxide</td>
			<td>Glen Mills Inc.</td>
			<td>7200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Phantom V12 &#38; V7 Fast Ccamera</td>
			<td>Vision Research</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">105mm Micro-Nikon</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">12V/200W light Source</td>
			<td>Dedolight</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Syringe Pump</td>
			<td>RAZEL</td>
			<td>MODEL R9-9E</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fast imaging technique to study drop impact dynamics of non-newtonian fluids

En el campo de la mecánica de fluidos, muchos procesos dinámicos no sólo se producen en un intervalo de tiempo muy corto, pero también requieren una alta resolución espacial para la observación detallada, escenarios que hacen que sea difícil de observar con los sistemas de formación de imágenes convencionales. Uno de ellos es el impacto de la caída de líquidos, que por lo general ocurre dentro de un décimo de milisegundo. Para hacer frente a este reto, una técnica de imagen rápido, se indica que combina una cámara de alta velocidad (con capacidad de hasta un millón de cuadros por segundo) con un objetivo macro con distancia de trabajo para que la resolución espacial de la imagen a 10 micras / píxel. La técnica de formación de imágenes permite la medición precisa de las cantidades de dinámica de fluidos pertinentes, tales como el campo de flujo, la distancia y la velocidad de propagación de las salpicaduras, a partir del análisis del vídeo grabado. Para demostrar las capacidades de este sistema de visualización, la dinámica de impacto cuando las gotas de fluidos no newtonianos inciden sobre una superficie plana y dura se caracAUTORIZADO. Dos situaciones se consideran: por gotas de metal líquido oxidados nos centramos en el comportamiento de la difusión, y para las suspensiones densas se determina el inicio de salpicaduras. De manera más general, la combinación de una alta resolución temporal y espacial de imágenes introducida aquí ofrece ventajas para el estudio de dinámica rápida en una amplia gama de fenómenos microescala.

La técnica de imagen rápido puede ser utilizado para cuantificar la difusión y salpicaduras para varios escenarios de impacto. Figura 4 (a), por ejemplo, muestra secuencias de imágenes de impacto típicos para EGAIN líquidos con diferente fuerza la piel de óxido. Por expulsar EGAIN de la misma boquilla y a la misma altura que cae, gotitas con reproducibles velocidad de impacto V 0 = 1,02 ± 0,12 m / seg y radio R 0 = 6,25 ± 0,10 mm fueron generados. La columna de la izquierd...

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Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

Impacto de la gota de fluidos no newtonianos es un proceso complejo ya que los diferentes parámetros físicos influyen en la dinámica durante un tiempo muy corto (menos de un décimo de un milisegundo). Una técnica de imagen rápida se introdujo con el fin de caracterizar los comportamientos de impacto de los diferentes fluidos no newtonianos.

Técnica de escaneo rápido para el Estudio de impacto por caída de la Dinámica de Fluidos no newtonianos

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for ...

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12.2K vistas.  The University of Chicago.  Impacto de la gota de fluidos no newtonianos es un proceso complejo ya que los diferentes parámetros físicos influyen en la dinámica durante un tiempo muy corto (menos de un décimo de un milisegundo). Una técnica de imagen rápida se introdujo con el fin de caracterizar los comportamientos de impacto de los diferentes fluidos no newtonianos. 

Video: Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic (VES) fluids. The measurements are made for particles settling in unbounded fluids&#160;and fluids between parallel walls. VES fluids over a wide range of rheological properties are prepared and rheologically characterized. The rheological characterization involves steady shear-viscosity and dynamic oscillatory-shear measurements to quantify the viscous and elastic properties respectively. The settling velocities under unbounded conditions are measured in beakers having diameters at least 25x the diameter of particles. For measuring settling velocities between parallel walls, two experimental cells with different wall spacing are constructed. Spherical particles of varying sizes are gently dropped in the fluids and allowed to settle. The process is recorded with a high resolution video camera and the trajectory of the particle is recorded using image analysis software. Terminal settling velocities are calculated from the data.
The impact of elasticity on settling velocity in unbounded fluids is quantified by comparing the experimental settling velocity to the settling velocity calculated by the inelastic drag predictions of Renaud et al.1&#160;Results show that elasticity of fluids can increase or decrease the settling velocity. The magnitude of reduction/increase is a function of the rheological properties of the fluids and properties of particles. Confining walls are observed to cause a retardation effect on settling and the retardation is measured in terms of wall factors.

This paper demonstrates the experimental procedure to measure terminal settling velocities of spherical particles in surfactant-based shear thinning viscoelastic fluids. Fluids over a wide range of rheological properties are prepared and settling velocities are measured for a range of particle sizes in unbounded fluids and fluids between parallel walls.

Medición Experimental De La Velocidad De Sedimentación De Partículas Esféricas En Fluidos Viscoelásticos De Adelgazamiento No Confinados Y Confinados A Base De Surfactante

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Investigación

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Time Multiplexing Super Resolving Technique for Imaging from a Moving Platform

We propose a method for increasing the resolution of an object and overcoming the diffraction limit of an optical system installed on top of a moving imaging system, such as an airborne platform or satellite. The resolution improvement is obtained in a two-step process. First, three low resolution differently defocused images are being captured and the optical phase is retrieved using an improved iterative Gerchberg-Saxton based algorithm. The phase retrieval allows to numerically back propagate the field to the aperture plane. Second, the imaging system is shifted and the first step is repeated. The obtained optical fields at the aperture plane are combined and a synthetically increased lens aperture is generated along the direction of movement, yielding higher imaging resolution. The method resembles a well-known approach from the microwave regime called the Synthetic Aperture Radar (SAR) in which the antenna size is synthetically increased along the platform propagation direction. The proposed method is demonstrated through laboratory experiment.

A method for overcoming the optical diffraction limit is presented. The method includes a two-step process: optical phase retrieval using iterative Gerchberg-Saxton algorithm, and imaging system shifting followed by repetition of the first step. A synthetically increased lens aperture is generated along the direction of movement, yielding higher imaging resolution.

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Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

Fabricación De Cavidades Uniformes A Nanoescala A Través De La Unión Directa De Obleas De Silicio

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Laboratory Drop Towers for the Experimental Simulation of Dust-aggregate Collisions in the Early Solar System

For the purpose of investigating the evolution of dust aggregates in the early Solar System, we developed two vacuum drop towers in which fragile dust aggregates with sizes up to ~10 cm and porosities up to 70% can be collided. One of the drop towers is primarily used for very low impact speeds down to below 0.01 m/sec and makes use of a double release mechanism. Collisions are recorded in stereo-view by two high-speed cameras, which fall along the glass vacuum tube in the center-of-mass frame of the two dust aggregates. The other free-fall tower makes use of an electromagnetic accelerator that is capable of gently accelerating dust aggregates to up to 5 m/sec. In combination with the release of another dust aggregate to free fall, collision speeds up to ~10 m/sec can be achieved. Here, two fixed high-speed cameras record the collision events. In both drop towers, the dust aggregates are in free fall during the collision so that they are weightless and match the conditions in the early Solar System.

We present a technique to achieve low-velocity to intermediate-velocity collisions between fragile dust aggregates in the laboratory. For this purpose, two vacuum drop-tower setups have been developed that allow collision velocities between &#60;0.01 and ~10 m/sec. The collision events are recorded by high-speed imaging.

Laboratorio torres de caída para el experimental Simulación de colisiones de polvo acumuladas en el Sistema Solar temprano

For the purpose of investigating the evolution of dust aggregates in the early Solar System, we developed two vacuum drop towers in which fragile dust ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and polar dielectric liquids. These bridges are unique from capillary bridges in that they exhibit extensibility beyond a few millimeters, have complex bi-directional mass transfer patterns, and emit non-Planck infrared radiation. A number of common solvents can form such bridges as well as low conductivity solutions and colloidal suspensions. The macroscopic behavior is governed by electrohydrodynamics and provides a means of studying fluid flow phenomena without the presence of rigid walls. Prior to the onset of a liquid bridge several important phenomena can be observed including advancing meniscus height (electrowetting), bulk fluid circulation (the Sumoto effect), and the ejection of charged droplets (electrospray). The interaction between surface, polarization, and displacement forces can be directly examined by varying applied voltage and bridge length. The electric field, assisted by gravity, stabilizes the liquid bridge against Rayleigh-Plateau instabilities. Construction of basic apparatus for both vertical and horizontal orientation along with operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Horizontal and vertical electrohydrodynamic liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields and polar dielectric liquids. The construction of basic apparatus and operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

La Preparación de electrohidrodinámicos Puentes de Polar dieléctricas Líquidos

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Investigación capa de emisión espectroscópica de límites durante el ablativo de Ensayo de Materiales en Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve geologic seals and allow CO2 to escape. However, the dissolution processes at reservoir conditions are poorly understood. Thus, time-resolved experiments are needed to observe and predict the nature and rate of dissolution at the pore scale. Synchrotron fast tomography is a method of taking high-resolution time-resolved images of complex pore structures much more quickly than traditional &#181;-CT. The Diamond Lightsource Pink Beam was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 hours. The images were segmented and the porosity and permeability were measured using image analysis and network extraction. Porosity increased uniformly along the length of the sample; however, the rate of increase of both porosity and permeability slowed at later times.

Synchrotron fast tomography was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 h.

Dinámica de los poros a escala embalse condición de imagen de la Reacción en carbonatos Uso de Sincrotrón Tomografía rápida

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

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

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

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

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

RheoSANS dieléctricas - La interrogación simultánea de impedancia, reología y ángulo pequeño dispersión de neutrones de Fluidos Complejos

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

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of gamma rays created when neutrons interact with soil elements. The main parts of the INS system are a pulsed neutron generator, NaI(Tl) gamma detectors, split electronics to separate gamma spectra due to INS and thermo-neutron capture (TNC) processes, and software for gamma spectra acquisition and data processing. This method has several advantages over other methods in that it is a non-destructive in situ method that measures the average carbon content in large soil volumes, is negligibly impacted by local sharp changes in soil carbon, and can be used in stationary or scanning modes. The result of the INS method is the carbon content from a site with a footprint of ~2.5 - 3 m2 in the stationary regime, or the average carbon content of the traversed area in the scanning regime. The measurement range of the current INS system is &#62;1.5 carbon weight % (standard deviation &#177; 0.3 w%) in the upper 10 cm soil layer for a 1 hmeasurement.

Here, we present the protocol for in situ measurement of soil carbon using the neutron-gamma technique for single point measurements (static mode) or field averages (scanning mode). We also describe system construction and elaborate data treatment procedures.

Mediciones de carbono del suelo por neutrón-Gamma análisis en estática y modos de exploración

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...

Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous studies on flowing liquid films have neglected the contributions of spatial structures of waves to the impact outcome, while this has recently been shown to have a significant influence on the drop impact dynamics. In this report, we outline a step-by-step procedure to investigate the effect of periodic inlet forcing of a flowing liquid film leading to the production of spatiotemporally regular wave structures on drop impact dynamics. A function generator in connection with a solenoid valve is used to excite these spatiotemporally regular wave structures on the film surface while the impact dynamics of uniform-sized droplets are captured using a high-speed camera. Three distinct regions are then studied; viz. the capillary wave region preceding the large wave peak, the flat film region, and the wave hump region. The effects of important dimensionless quantities such as film Reynolds, drop Weber and Ohnesorge numbers parameterized by the film flow rate, drop speed, and drop size are also examined. Our results show interesting, hitherto undiscovered dynamics brought about by this application of film inlet forcing of the flowing film for both low and high inertia drops.

A protocol to study the contributions of waves to droplet impact dynamics on flowing liquid films is presented.

Control de la película para el estudio de las contribuciones de las ondas dinámicas de impacto de gota en películas líquidas delgadas que fluye

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous ...