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

1. ייצור והרכבת יעד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גליל יעד מכונת לממדים רצויים ממניות מוצקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את משטח הצילינדר על ידי הסרת סימני עיבוד. משטח מפוזר אחיד עדיף להשתקפות PDV. תוצאות טובות כבר הושגו עם מלטש רטוב אור עם&gt; 1,200 חצץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפיין את מרכיבי היעד, כלומר, למדוד את הפעולות הבאות: אורך גליל, קוטר ועובי דופן (במקומות רבים) אורך קליע, קוטר אורך Ogive, קוטר מסה של כל האמור לעיל </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרכב את טבעת ההרכבה הגליל וזרוע PDV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר בדיקות PDV בmounts kinematic ועל זרוע PDV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את ogive בגליל היעד, כך שהחלק האחורי של ogive הוא מיושר עם החלק האחורי של הגליל (זה צריך להיעשות בסדנה שטוחה). שלושה ברגי M3 נועדו להחזיק ogive במקום, ובמקביל לאפשר לגליל &quot;קליפת aw<html> איי &#39;בהרחבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את גליל היעד בהרכבת החומרה, כך שהכניסה של הגליל היא מיושר עם הפנים המובילים של הטבעת לתלייה. אבטח את הגליל במקום עם 6 ברגי M4 זלילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן חימום / קירור ומנגנון צמדים קשר לאורכו של הקיר החיצוני הגליל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את / APC (מחבר טבעת חזוק, מגע פיזי זווית) FC מחברים בסוף סיבי הבדיקה PDV עם מטלית ניקוי סיבים ולבדוק עם היקף סיבים. זה חשוב כדי להפחית את הגב-ההשתקפות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בליזר Class 3R גלוי (660 ננומטר) בערך ליישר את הבדיקות, כך שהם רגילים לצילינדר (כלומר, האור מוחזר נופל בחזרה על הבדיקה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב מעגל רפלקטיביות בסיסי באמצעות circulator. חבר לייזר ננומטר כיתת 1,550 1 לקלט 1, חללית PDV לקלט 2 ומד כוח לקלט 3. יישר את בדיקות PDV בתורו, כך שהכח חזר מוגדלת. </li></ol>ss = &quot;jove_title&quot;&gt; 2. גז אקדח הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות התוספת לחבית ומיקרומטר העומק ליישר את טבעת היעד לסוף החבית כדי למזער הטיה השפעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את מערכת הפחתת בר והגנת הדלת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את תקע יישור היעד בחבית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את מכלול היעד וליישר את התקע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את זוג איפור הדק בסוף החבית ולהתחבר לחומרת העיתוי והאבחון. מדוד את המרחק ממגע עם ההדק להשפעה של הקליע בogive. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את מראות הפיכה לצילום במהירות גבוהה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את המראות לתת מבט מאונך של הגליל דרך יציאות טנק היעד ולנעול במקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את מצלמות מהירות ומנורות הבזק הגבוהה מחוץ לטנק היעד. מביט למטה החבית, למקם את המצלמה במהירות הגבוהה ופלאש אחד מנורה ב03:00 ביחס לצילינדר. הנח את המצלמה IVV בשעה 9 ומנורת הבזק אחר בשעה 12. בתצורה זו המצלמה במהירות הגבוהה תהיה למעקב סדק מואר קדמית וIVV תספק תמונות צללית לגילוי קצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את ציוד חימום / קירור למקד וthroughs הזנת ואקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהירות: עם משקפי המתאימים ואמצעי זהירות אחר להפעיל את לייזרי IV הייצוגית, אוסצילוסקופ ומערכות PDV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדקו את רמות הכח שנשלחו לבדיקות PDV. עם מערכת PDV, משתמש בדרך כלל בסביבות 5 mW לכל בדיקה עם mW 1 לכל ערוץ להתייחסות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את היישור של בדיקות PDV עם מד כוח. ברגע שמרוצה מכרטיס IR שימוש יישור למדוד בי בדיקות PDV מחפשים על פני השטח הגליל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את לייזר ההתייחסות ולבדוק את האיכות של אותות הפעימה ניתנו על ידי כל בדיקה. התאם את אורך הגל של הלייזר (ים) כדי לקבוע את תדירות מהירות הקצב הרצויה אפס (להגדיר את זה בסביבות 5 GHz). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שמרוצה מהיעד עליgnment, מיקום הדק, מצלמה ויישור מראה, יישור הבדיקה PDV ומיקום ומסגרת הפחתה לסגור את מיכל היעד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את תקע היישור; להתקין את הקליע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצלמות התקנה ותאורה (קצב פריימים, חשיפה, תזמונים) ולבצע הדמיה מבחן. שיעורי מסגרת אופייניים הם סביב 250,000 מסגרות / שנייה לשתי המצלמות, עם חשיפה של כ 0.5 μsec. התמונה הראשונה היא בדרך כלל מתוזמן כדי לחפוף עם הרגע של השפעה. </li></ol> הכנת 3. ירי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את דיאפרגמה העכוז שחל על לחץ ירי צורך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את העכוז ולהתחיל פינוי טנקי היעד. לשאוף לרמת ואקום באזור של 50 mTorr. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע התקנה סופית של כל האבחון (עיכובי אוסצילוסקופ, גורמים, הגדרות מצלמה וכו &#39;). אוסצילוסקופ סט לPDV ב 50 μsec לחלוקה, 25 psec לכל נקודה וpretrigger של 20% כדי לתת חלון 500 μsec. לעורר oscilloscopes ומצלמות כך שאפס זמן עולה בקנה אחד עם הזמן של השפעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדיקת הדק סופית; בדיקת תזמונים מדויקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל לייזרים; מצלמות זרוע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חדר קרוב; משתלב לייזר הבטחה ולחץ גבוה נמצא במיקום הנכון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בגין חימום / קירור כנדרש באמצעות תוכנת LabVIEW. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טעינת האקדח ללחץ הירי הנדרש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר בלחץ, לעשות בדיקה סופית שכל מערכות האבחון חמושים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבודד את מנגנון החימום או קירור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספירה לאחור &quot;3, 2, 1 אש.&quot; </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Vent טנקי היעד ולכידה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשמור את כל נתוני אוסצילוסקופ ומצלמה. </li></ol> Shot 4. הודעה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את הלייזרים ולחכות לאקדח להשוות באופן מלא באווירה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את מיכל היעד, לאסוף את כל שברי המתכת ולמיין את טי-6Al-4V. </li></ol> ניתוח נתונים 5. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ביצוע ניתוח STFT על מערכת ההפעלה PDVנתונים cilloscope להפחית את היסטורית המהירות כמו לכל הניתוח של Ao ו -12 דולן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נתוני תהליך במהירות גבוהה הדמיה עם תוכנה כזו כאמור בטבלת הציוד. מד המצלמה במהירות גבוהה יספק זמן ומאמץ בכישלון ולאפשר ניתוח של היווצרות סדק וצמיחה. תמונות הצללית מIVV לספק יתרון ברור לבחון את הפרופיל מלא עיוות של הגליל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד ולשקול ברים התאוששו. בחר ברים עם תכונות מעניינות כגון שברים נעצרו ולהכין אותם למיקרוסקופיה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סעיף, הר, וללטש את שברים; לאחר מכן לנתח במיקרוסקופ האלקטרונים. backscatter אלקטרון השתברות מספקת מידע על מרקם ומייקרו לצד הדמיה אלקטרונים משנית לחקור את משטחי שבר ולזהות את מצב הכישלון. </li></ol></li></ol>

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

The authors have nothing to disclose.

שיטה זו מאפשרת חקירה של חומרים בשיעורים גבוהים של העמסת מתיחה על פני טווח רחב של טמפרטורות, מקריוגני ל~ 1000 K, ייחודי לעיצוב זה. עם זאת, זה מוסיף אתגרים מסוימים להגדרה וביצוע הניסויי. ראשית, כדי לייעל את בקרת הטמפרטורה להוסיף ogive צריך להיות במכונה מחומר מתאים. 4340 פלדה משמ?...

הכישלון הדינמי של חומר הוא היבט חשוב של ההתנהגות המכנית הכוללת שלה, ויש לו רלוונטי למספר רבה של תעשיות, כולל, תעופה וחלל, וצבאי רכב כדי שם כמה. בעוד כישלון בזן שיעורים נמוכים הוא למד בדרך כלל באמצעות בדיקות קונבנציונליות מתח, שבו דגימה דקה ארוכה טעונה במתח מהקצוות, בשיעורים גבוהים מתח גיאומטריה / תצורה כזו דורשת מדגם להיות קטנים מאוד על מנת לשמור על שיווי משקל פסאודו-מכאני לאורך כל הבדיקה. בהופעתו של סדק יחיד, החומר שמסביב יהיה רגוע, ביעילות לעצור את הפיתוח של כל אתרי כישלון סמוכים. זה מגביל את מספר השברים שניתן לצפות בו זמנית בכל ניסוי אחד, ומונע מידע חשוב בנוגע לסטטיסטיקה של כישלון שתיקבע. מבחן גליל הרחבת הוא טכניקה מבוססת היטב לאפיון האופן שבו מאטריהLS להיכשל ושבר תחת העמסה במהירות גבוהה. בבדיקה, גליל עשוי מהחומר של עניין טעון באופן אחיד לאורך ההיקף הפנימי שלה, משיק גל מתח דרך הקיר וגרם לגליל להרחבה. בקרוב גל רדיאלי זה מתפוגג ולחץ חישוק מתיחה אחיד סביב ההיקף שולט. כשיעור לחץ והמתח הוא אותו סביב הגליל שבר ופיצול ההתנהגות נשלטת אך ורק על ידי התכונות של החומר. הבדיקה מקלה על הבעיה כאמורה לעיל היקפי מדגם בדרך כלל גדולים לקדם ייזום של אתרי כישלון מרובים תחת לחץ אחיד 1. המטרה העיקרית בפיתוח טכניקה ניסיונית זו הייתה לאפשר ללימוד התפקיד של טמפרטורה שבבר ופיצול ההתנהגות של גליל הרחבת. השליטה בטמפרטורת המדגם תאפשר לחקירה של כמה חוזק המתיחה הדינמי, מנגנון שבר, וfragmentation התנהגות של החומר מושפעת. לדוגמא במתכות, עלייה בטמפרטורה יכולה לגרום למעבר משביר לבר רקיע, אדיב עבודת פלסטיק יותר לפני סופו של הדבר נכשל. כמה חומרים כגון טי-6Al-4V יכולים גם להציג גזירת adiabatic לוקליזציה 2. בעוד המדגם מעווה, עבודת הפלסטיק מייצרת חום. אם שיעור ריכוך כתוצאה מעליית טמפרטורה זו הוא גדול יותר מהשיעור של התקשות עבודה מהעיוות, חוסר יציבות יכולה להיווצר בו כמות גדולה של דפורמציה פלסטית מתרחשת בלהקה מאוד מקומי (להקת גזירת adiabatic). תגובה זו היא לקדם בטי-6Al-4V בשל מוליכות תרמית העניים שלה, ובאופן פוטנציאלי יכולה להגביל את האפקטיביות שלה עבור יישומים כגון שריון קל משקל. גישה חדשה לבדיקה זו חייבת לספק את שני קריטריונים עיקריים. ראשית, השיטה חייבת לייצר שיעור מתח רדיאלי על בסדר הגודל של 10 שניות 4 -1, לראות בדרך כלל בבליסטי ואירועי השפעה, כדי לאפשר השוואה למחקרים קודמים העסקת תוכניות טעינה מסורתיות יותר. שנית, מנגנון הכונן צריך להיות מושפע מטמפרטורת המדגם כדי להבטיח עקביות בין ניסויים. מנגנוני הרחבת גליל ראשוניים משמשים מטעני חבלה, או פשוט ממלא את גליל מדגם 3-5 ישירות או באמצעות נהג ביניים. במקרה האחרון משמש חיץ 6, שבו המדגם ממוקם מעל גליל פלדה שבתורו מכיל מטען חבלה. המגבלה הברורה היא שככל שגליל המדגם מכיל חומר הכונן (בצורה של חומר הנפץ) חימום הגליל יהיה גם לחמם את תשלום. אמנם זה לא יכול לגרום ישירות ייזום תשלום סוגים רבים של חומר נפץ מכילים חומר פולימרי קלסר שיתמוסס מ- גליל המדגם. כמו כן, כמה חומרי נפץ להיות רגישים מאוד כאשר התקררו. משמעות דבר היא כי כונני נפץ אינם מתאימים למחקר טמפרטורה. חלופי<html> שיטה משתמשת בכח לורנץ להרחבה - המדגם ממוקם מעל סליל נהג 7, 8 נוכחי גבוהה מוזרק לתוך סליל זה נהג (בדרך כלל כבדים חוטי נחושת מד), גרימה נוכחית הפוכה במדגם.. זרמים המנוגדים אלה הקשורים שדות מגנטיים הפועלים נגד אחד את השני, הלחץ המגנטי נהיגה המדגם החוצה מהפרצוף הפנימי. שוב, חימום החומר ישפיע לרעה על הסליל נחושת בתוך כונן המדגם. רובי גז שימשו להרחבת גליל מאז סוף 1970 9. בניסויים אלו החומר המשמש להוספה בגליל הוא פולימר, הכונן מגיע כתוצאה משני הקליעים והכנס עיוות בהשפעה. עלון זה הוא בדרך כלל גומי או פלסטיק 10, הכוח והגמישות של אשר משפיע באופן חמור על ידי טמפרטורה. חימום יעשה את הכנס רך מדי, וקירור יהיה לגרום לו להתנהג בצורה כל כך שבירה ייכשל בטרם עת. = &quot;Jove_content&quot; ילדה&gt; שלא כמו טכניקות הרחבת צילינדר קודמות, בשיטה המתוארת כאן היא ראשון שמספק כונן טעינת הדיר על פני טווח רחב של טמפרטורות (100-1,000 K). הטכניקה שלנו היא ייחודית בכך שהחומר המשמש לנהיגת ההרחבה (במקרה שלנו הקליע) הוא נפרד מהגליל ועד לנקודת פגיעה. כתוצאה מכך, הוא אינו מושפע מהטמפרטורה הראשונית של גליל המדגם ומספק עומס הדיר. הגיאומטריה הניסיונית מורכבת מפלדה ogive רכוב בתוך צילינדר היעד, עם הקצה הממוקם בערך באמצע הדרך לאורכו של הגליל. אקדח גז אור שלב אחד לאחר מכן נעשה שימוש כדי להפעיל קליע פוליקרבונט עם פנים קעורים לתוך הצילינדר במהירויות של עד 1,000 מטר / שנייה -1. הציר של היעד הוא צילינדר מיושר היטב לציר של חבית גז האקדח כדי להקל על עומס הדיר ואחיד. זרימת ההשפעה ולאחר מכן של פוקליע lycarbonate סביב ogive הפלדה פסאודו-נוקשה, מניע את הגליל לתוך הרחבה מהקיר הפנימי. היו הגיאומטריה של להכניס את ogive והפנים קעורים של הקליע אופטימיזציה בזהירות בעזרת הדמיות מחשב הידרו-קוד על מנת ליצור את ההרחבה הרצויה של הגליל. שימוש 4340 סגסוגת פלדה לogive מאפשר התנסות בגליל בטמפרטורה ככח שלה הוא גבוה בהרבה מקליע פוליקרבונט על פני טווח הטמפרטורה של עניין, להבטיח את מנגנון הכונן נשאר עקבי. Ogives התאושש מניסויים מחוממים ומקוררים רק להפגין עיוות מינימאלית כתוצאה מההשפעה. החימום והקירור של גליל המדגם נעשה על ידי ההתקנה של חומרת בקרת טמפרטורה להפסקה במכונה בחלקו האחורי של עלון ogive. לקירור המדגם בקירור (~ 100 K), הפגרה בogive היא חתומה עם מכסה אלומיניום והחנקן נוזלי הוא Fגעה דרך החלל. כצילינדר היעד יש שטח מגע גדול עם ogive המדגם הוא מקורר באמצעות הולכה. כדי לחמם את גליל היעד לטמפרטורות מתקרבות 1,000 K, תנור קרמי והתנגדות nichrome ממוקם בפגרת ogive. אספקת חשמל נוכחית גבוהה מספקת עד 1 קילוואט, חימום ogive והגליל. הגליל וogive מבודדים תרמית מהיעד הר בגז אקדח שלב אחד באמצעות מפרידי קרמיקה MACOR. הטנק הוא גם החזיק תחת ואקום מתון (&lt;0.5 Torr) במהלך הניסוי אשר מסייע מניפולציה תרמית. על מנת לאבחן את תהליך הפיצול של הגליל, תכנון הניסוי כולל מספר רב של ערוצים של תדר-המרת PDV, כדי למדוד את מהירות ההתרחבות בנקודות לאורך הגליל. PDV הוא טכניקה חדשה יחסית 11, סיבים אופטיים המבוססת אינטרפרומטריה המאפשרת המדידה של מהירויות פני השטח במהלך אירועים דינמיים מאוד. במהלך מדידת PDV, דופלר העביר אור מוחזר ממשטח מרגש של עניין באמצעות בדיקה סיבים אופטיים בשילוב עם אור-נע האו&quot;ם, יצירת תדר פעימה שעומדים ביחס ישר למהירות של פני השטח המרגש. בעיקרו של דבר, מערכת PDV הוא interferometer מייקלסון מהיר באמצעות התקדמות טכנולוגית האינפרה-אדום קרוב (1,550 ננומטר) תקשורת לתדרים הכו שיא בטווח GHz. מערכת ההרכבה לבדיקות PDV 100 מ&quot;מ אורך המוקד השתמשו במחקר הנוכחי מבטיחה כי הם מבודדים מהטמפרטורה של הגליל ומספק יישור קל. יתרון נוסף של שימוש בבדיקות אורך מוקד 100 מ&quot;מ הוא שהם מספקים גישה אופטית מספיק כדי לאפשר צילום במהירות גבוה כדי למדוד את פרופיל הרחבת כל הצילינדר. ההסדר והמיקום של ארבע בדיקות, הספירה, לאורך הגליל מוצג באיור 1 שתי מצלמות מהירות גבוהה מועסקות כאן.; מצלמת וידאו במהירות גבוהה הפנטום V16.10 הפועלים ב250,000 fps ומצלמה 12/24 מסגור IVV UHSi, לכידת 24 תמונות. המצלמה IVV היא תאורה אחורית כך שהגליל מואר בצללית מאפשרת קצה רדיאלית הרחבת של הגליל כדי להיות במעקב מדויק. המצלמה הפנטום היא החזית מוארת הדמיה תהליך חניכת כישלון ופיצול. צילום במהירות הגבוה אז יכול להיות מתואם עם velocimetry לתת מתח ושיעור מתח לאורך המדגם המלא. ההדמיה במהירות הגבוהה גם מאפשרת למידה מדויקת של מתח כישלון ודפוסי שבר על פני השטח. הטכניקה הניסיונית שהוצגה בסעיף הפרוטוקול הבא מספקת אמצעי לשליטה על טמפרטורת המדגם בניסוי גליל הרחבת, שדרכו מנגנוני שבר שונים עשויים להיות מופעלים או מדוכא. טכניקה זו תוביל להבנה מקיפה יותר של התפקיד של טמפרטורה בתרחישי טעינה דינמיות.

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

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

הבר הדינמי של גוף הוא תופעה בשלב מאוחר למדה בדרך כלל בתנאים פשוטים, שבו דגימה מעוות תחת לחץ אחיד ושיעור מתח. זה יכול להיות מיוצר על ידי באופן שווה טעינת המשטח הפנימי של גליל. בשל הסימטריה הצירית, כגליל מרחיב את הקיר ממוקם לתוך חישוק לחץ מתיחה שהוא אחיד סביב ההיקף. אמנם יש טכניקות שונות כדי ליצור הרחבה זו, כגון חומרי נפץ, כונן אלקטרומגנטים, וטכניקות אקדח גז קיימות הם כולם מוגבלים בעובדה שגליל המדגם חייב להיות בטמפרטורת חדר. אנו מציגים שיטה חדשה באמצעות אקדח גז המאפשר ניסויים בבלונים מ -150 K 800 K עם טעינה עקבית, הדיר. ניסויים אובחנו מאוד אלה משמשים לבחינת ההשפעה של טמפרטורה על מנגנוני שבר אחראים לכישלון, וכתוצאה מכך ההשפעה שלהם על סטטיסטיקת פיצול. הגיאומטריה הניסיונית מעסיקהogive הפלדה ממוקם בתוך צילינדר היעד, עם הקצה הממוקם בערך באמצע הדרך ב. אקדח גז אור שלב אחד לאחר מכן נעשה שימוש כדי להפעיל קליע פוליקרבונט לתוך הצילינדר ב 1000 מ &#39;/ שנייה -1. השפעות והקליע זורמת סביב ogive הנוקשה, נהיגה גליל המדגם מבפנים. השימוש בהוספת ogive לא לעוות מאפשרת לנו להתקין חומרת בקרת טמפרטורה בתוך האחורי של הגליל. חנקן נוזלי (LN 2) משמש לקירור ועומס נוכחי גבוה התנגדות לחימום. ערוצים מרובים של velocimetry דופלר פוטון upshifted (PDV) לעקוב אחר מהירות ההתרחבות לאורך הצילינדר המאפשר השוואה ישירה להדמיות מחשב, תוך הדמיה מהירות גבוהה משמשת למדידת המתח לכישלון. שברי הגליל התאוששו כפופים גם למיקרוסקופיה אופטית ואלקטרונים כדי לברר את מנגנון הכשל.

איכות הנתונים ראשית תהיה תלויה בעיתוי הניסיוני. אם העיכובים מהדק להשפעה נכונים אז מנורות הבזק תהיה לייצר מספיק אור כאשר גליל היעד מתחיל לעוות, המאפשרות למצלמות המהירות הגבוהה כדי לייצר תמונות ברורות. במקרה זה תמונות מהמצלמה המסגור תצטרך קצה צללית ברור שניתן להשתמש ?...

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

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

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

שיטת לימוד התלות בטמפרטורה של דינמי שבר ופיצול

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

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

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Mechanical Engineering

Physics

Engineering

Unit 1

Concept of Stress

Temperature and Heat

SCIENTISTS IN ACTION

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

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

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

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

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

Real-Time DC-דינמית הטיית שיטה להחלפת זמן שיפור בשולים בשדה קשות Underdamped תנעי MEMS אלקטרוסטטית

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

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

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

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

אפיון מלא סט חומר קבועים תלות בטמפרטורה שלהם עבור חומרים פייזו באמצעות ספקטרוסקופיית תהודה אולטראסאונד

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

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

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

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

שיטות ניסיוניות מתקדמות לטמפרטורה נמוכה Magnetotransport מדידה של חומרים חדשים

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

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

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

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

שימוש פנטום אנזים יחיד דינמי רב-תא ללימודים של סוכני תהודה מגנטית Hyperpolarized

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

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

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

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

החלת רנטגן הדמיה קריסטל ספקטרוסקופיה לשימוש כמו טמפרטורה גבוהה אבחון פלזמה

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

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

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

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

לימוד תהליכים דינמיים של אובייקטים בגודל ננו בנוזל באמצעות מיקרוסקופי אלקטרוני סריקת הילוכים

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

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

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

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

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

ייצור טמפרטורה גבוהה של Nanostructured yttria התייצב-Zirconia (YSZ) פיגומים על ידי<em&gt; באתרו</em&gt; Xerogels בניית תבנית פחמן

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

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

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

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

שכבות אטומיות בודדות בתצהיר של ונדיום דו חמצני ודגם אופטי תלוית טמפרטורה

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

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

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

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

בטכניקת מדידת טמפרטורה אינפרא אדום המקיפים של אינדוקציה המחוממת קטן מגנטי כדור מים

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

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

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

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

100 קילוואט שיעור חלה-שדה Magnetoplasmadynamic מנוע

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