המחברים רוצים להכיר טים קראנץ מנאס&quot;א גלן ודוויין דטוויילר מהונדה מו&quot;פ לתמיכה הטכנית שלהם ובסוג תרומה. תמיכה כספית למחקר זה סופקה על ידי ארגוני החברים של מרכז Smart רכב מושגים (www.SmartVehicleCenter.org), קרן המדע והתעשייה / אוניברסיטת מרכז מחקר שיתופי לאומי (I / UCRC). SD נתמך על ידי מושגים חכמים רכב בוגר מלגה ומלגת אוניברסיטה מבית הספר למוסמכי אוניברסיטת מדינת אוהיו.

1. פיתוח של Tribometer השתנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן המשנה צ&#39;אק-מוטורי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שולחן בידוד רעידות רמה. הנח מנוע DC על השולחן; הרמה המוטורית עם shims ולתקן את זה עם תמוכות וברגים. הנח מסגרת תמיכה סביב המנוע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר פיר splined לציר המנוע באמצעות מפתח. שים צלחת תמיכה במסגרת עם פיר splined הולך דרך החור בצלחת. סט דחף מחט רולים על צלחת התמיכה וסביב פיר splined. לשמן את הנושא עם חיתוך נוזלים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את מוט splined לצ&#39;אק דרך צלחת מתאם, שבו יש צימוד splined פיר בצד אחד ודפוס הבורג של צ&#39;אק בצד השני. בשלב זה, צ&#39;אק נתמך על ידי המסגרת דרך נושאת הדחף ומחובר לרכב באמצעות צלחת המתאם. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את מכלול gymbal. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות את מסגרת התמיכה באמצעות תמוכות U-ערוץ, בסוגריים, וברגים. השתמש בארבע תמוכות עוד עמודים, ולהשתמש בשלושה אלה קצרים יותר כקורות צולבות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבטח את ארבעת עמודים לשולחן בידוד רעידות באמצעות סוגריים וברגים. חבר את ההרכבה gymbal לקורת האמצע באמצעות ברגים ואומים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן תא עומס אופקי מונחה בהרכבת gymbal; נוקשות להתחבר צד אחד של תא העומס למסגרת של ההרכבה gymbal, תוך חיבור הצד השני לזרוע gymbal עם חוט. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב את המפעיל פיזואלקטריים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס 3 במוט ארוך, באופן מלא ההליכים דרך החור של הערימה פיזואלקטריים; לשים מכונת כביסה אחת ואגוז אחד בכל קצה של הערימה; להשאיר על 1/8 בחוט הבולט מסוף האגוז אחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להדק את האגוזים בשני הקצוות כדי ליצור preload בערימה. חבר את החוטים הארוכים, נחשפו לזרוע gymbal באמצעות אגוזים ומכונה כביסה. אגוז בלוט חוט על הקצה השני של דיסק פייזו מפעיל ולהוסיף בצ&#39;אק (אגוז בלוט זהודיסק המשמש למטרות הגדרה, לא לבדיקה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הגובה של ההרכבה gymbal כך שאגוז הבלוט הוא במגע עם החלק העליון של הדיסק וזרוע gymbal היא רמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתאים את המיקום של ההרכבה gymbal כך שנקודת המגע בין אגוז הבלוט והדיסק היא כ -25 מ&quot;מ ממרכז הסיבוב של הדיסק. להדק את כל הברגים בסט-אפ כדי להבטיח יציבות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקים דור אות, הגברה אות, ותת-מערכות איסוף נתונים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר מערכת רכישת נתונים למחשב במעבדה. חבר את הפלט של מחולל אותות לכניסה של מגבר חשמלי. חבר את תפוקת המגבר עם חוטי הקלט של מחסנית פיזואלקטריים. חבר את צגי מגבר למערכת רכישת נתונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את תא העומס למזגן אות, ולאחר מכן חבר את הפלט של מזגן האות למערכת רכישת נתונים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרה נוסף.<ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר צינור אוויר לחנות אוויר. תקן את קצה הצינור למסגרת כזו שנקודות היציאה שלה בפייזו המפעיל. הדבק את קצה התרמי לפייזו המפעיל. חבר את המוביל התרמי לקורא; לתלות את הקורא על המסגרת. </li></ol></li></ol> הכנת 2. טרום-מבחן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כייל את מהירות הסיבוב של המנוע. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף מגנט לשפה של צ&#39;אק. מקום בדיקה הול-השפעה קרובה לצ&#39;אק. חבר את הפלט של חללית הול-ההשפעה לgaussmeter שמחובר למערכת רכישת נתונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את תוכנת רכישת נתונים ולהתחיל רכישת נתונים. הפעל את המנוע; סובב את כפתור המהירות של בקר מנוע עד 10 (מהירות הסיבוב הנמוכה ביותר המנוע מספק). לאחר המנוע מסתובב במשך 10 סיבובים, לכבות את המנוע. בסופו של רכישת נתונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנתח את הנתונים שנשמרו; הזמן בין שתי פסגות של אות הפלט מgaussmeter הוא הזמן למנוע להירקבאכלתי מהפכה אחת מלאה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סובב את הכפתור 10-100 (המהירות הגבוהה ביותר הסיבובית המנוע מספק) במרווחים של 10; חזור על שלבים 2.1.2 ל2.1.3. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח כרית חיישן עומס בין אגוז הבלוט ואת הדיסק כדי למדוד את הכוח הנורמלי בממשק. דק מכונה פני השטח של דיסקי בדיקות באמצעות מחרטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקו את אגוז הבלוט והדיסק להיבדק מייד לפני הבדיקה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים כפפות פלסטיק ולהתמודד חתיכות של מעבדה מגבוני mask.Prepare; לקפל אותם לריבועי 1 אינץ &#39;. ריסוס אתנול על ריבועי רקמות; לנגב בעדינות את פני השטח של אגוז הבלוט ודיסק עימם. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את אגוז הבלוט הנקי ודיסק. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נושא אגוז הבלוט על פייזו המפעיל, להדק אותו עם מפתח ברגים לפתוח סוף. הכנס את הדיסק בצ&#39;אק; להתאים את המיקום לוודא את הקצה של אגוז הבלוט הוא במגע עם פני השטח הדיסק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את המשטח העליון של הדיסק וזרוע gymbal. הדק את צ&#39;אק כךשהתקליטור שנערך בתקיפות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את runout של סיבוב הדיסק. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן חיישן תזוזת לייזר במתקן, ולמקם את המתקן בסמוך לtribometer. התאם את הגובה וזווית של החיישן כך שהדיסק נמצא בטווח של החיישן וקרן הלייזר היא נורמלית לדיסק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר הפלט של החיישן למערכת רכישת נתונים. התחל רכישת נתונים. הפעל את המנוע ולסובב את הדיסק למהפכות 10; לכבות את המנוע. בסופו של רכישת נתונים. </li></ol></li></ol> 3. לבצע בדיקות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדיקות עם תנודות קוליים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משקל Hang 2 N על וו אחד שמתחבר לזרוע gymbal דרך חוט ושתי גלגלות. המשקל משמש כדי להחיל עומס נורמלי בין אגוז הבלוט ואת הדיסק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתלות עוד משקל 2 N על הקרס האחר המתחבר לזרוע gymbal לספק יומרה אופקית לתא העומס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את האותגנרטור לספק אות סינוסי רציפה עם DC קיזוז של 3 V, המשרעת של 3 V, ותדירות של 22 קילוהרץ (תדר התהודה של פייזו המפעיל). שים לב ש3 V קיזוז משמש למניעת מתיחות בפייזו המפעיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל רכישת נתונים (כוח חיכוך מופחת). הפעל את המגבר וסובב את כפתור הרווח עד 15, אשר תואם את הרווח בפועל של 4.67 (המספרים על ידית הרווח הם שרירותיים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המנוע; להגדיר את מהירות סיבוב ל6.67 סל&quot;ד לספק מהירות ליניארית של 20.3 מ&quot;מ / sec. הפעל את הבדיקה במשך 4 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את המנוע ומגבר, ולאחר מכן להפסיק את רכישת נתונים. הסר את האגוז נבדק בלוט ודיסק מהסט-אפ; חזור על שלבים 2.3-2.5 להתקין אגוז בלוט חדש ודיסק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 3.1.1 ל3.1.6. בשלב 3.1.5, להגדיר את מהירות סיבוב 13.3 סל&quot;ד וסל&quot;ד 28.7 לספק מהירויות יניארי של 40.6 מ&quot;מ / sec ו -87 מ&quot;מ / sec, בהתאמה; להפעיל את המבחנים לcorresp 2 ו0.94 שעותondingly. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדיקות ללא תנודות קוליים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 3.1.6 לשנות אגוזים ודיסקי בלוט. חזור על השלבים 3.1.1 ל3.1.6 עם מחולל אותות ואות המגבר מ( החיכוך שנמדד הוא חיכוך פנימי). </li></ol></li></ol> 4. מדידות אופטיות Profilometer <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת מדידה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את הדיסקים מייד לפני מדידות באמצעות צעד 2.3. הפוך שמונה סימנים מופצים באופן שווה סביב השפה של הדיסק. פתח את תוכנת profilometer. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעלות את העדשה, כך שיש אישור מספיק בין פלטפורמת העדשה ומדגם. רמת פלטפורמת המדגם. מניחים פיסת המעבדה למחות על הפלטפורמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח בעדינות את המדגם על גבי הרקמה עם אחד משמונת הסימנים פונים לחזית profilometer. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרות מדידה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר VSI (אנכית-הסריקה Interferometry) כסוג העיבוד. בחר עדשת 5X לשדה גדול של תצוגה וצורה כללית. בחר 0.55X הגדלה לאזור סריקה של 1.8 מ&quot;מ ב- 2.4 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר את מהירות סריקת 1X. הגדר את טווח סריקה ל -100 מ &#39;ל -100 מ&#39;. להביא את העדשה כלפי מטה לכיוון המדגם עד שתמונה מטושטשת על המסך. התאם את הגובה של העדשה עד התמונה ברורה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר 2 כמספר סריקות לממוצע לכל מדידה. לחץ על לחצן המדידה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נהלים לאחר מדידה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במתכון החזון שהוגדר בתוכנה כדי לתקן את תמונת הגלם להטיה של כל המדגם. פתח את ארגז הכלים הניתוח בתוכנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השג את ערכי חספוס נמדדו מסעיף &quot;יסוד סטטיסטיקה&quot;. השג את אובדן הנפח נמדד של הצלקת ללבוש בתוך אזור הסריקה מהסעיף &quot;הנפח&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור את התמונות של פרופילי 1D בכיוונים x ו- y, פרופיל 2D, 3D הפרופיל, כמו גם השולחן של ערכי חספוס. הפעל השעון המדגם עד ההסימן הבא דואר פרצופים מול profilometer. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 4.2-4.3 ל7 סימנים שנותרו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 4.1. 4.4 בכל ששת הדיסקים. </li></ol>

<ol>
	<li>Bhushan, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Introduction to tribology. , (2002).</li><li>Severdenko, V., Klubovich, V., Stepanenko, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ultrasonic rolling and drawing of metals. , (1972).</li><li>Taylor, R., Coy, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+fuel+efficiency+by+lubricant+design:+a+review.">Improved fuel efficiency by lubricant design: a review.</a> Proc. Instit. Mech. Eng., Part J: J Eng. Tribol. 214 (1), 1-15 (2000).</li><li>Littmann, W., Storck, H., Wallaschek, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sliding+friction+in+the+presence+of+ultrasonic+oscillations:+superposition+of+longitudinal+oscillations.">Sliding friction in the presence of ultrasonic oscillations: superposition of longitudinal oscillations.</a> Arch. Appl. Mech. 71 (8), 549-554 (2001).</li><li>Littmann, W., Storck, H., Wallaschek, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduction+in+friction+using+piezoelectrically+excited+ultrasonic+vibrations.">Reduction in friction using piezoelectrically excited ultrasonic vibrations.</a> Proc. SPIE. 4331, (2001).</li><li>Bharadwaj, S., Dapino, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Friction+control+in+automotive+seat+belt+systems+by+piezoelectrically+generated+ultrasonic+vibrations.">Friction control in automotive seat belt systems by piezoelectrically generated ultrasonic vibrations.</a> Proc. SPIE. 7645, 7645E (2010).</li><li>Bharadwaj, S., Dapino, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+load+on+active+friction+control+using+ultrasonic+vibrations.">Effect of load on active friction control using ultrasonic vibrations.</a> Proc. SPIE. 7290, 7290G (2010).</li><li>Kumar, V., Hutchings, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduction+of+the+sliding+friction+of+metals+by+the+application+of+longitudinal+or+transverse+ultrasonic+vibration.">Reduction of the sliding friction of metals by the application of longitudinal or transverse ultrasonic vibration.</a> Tribol. Int. 37 (10), 833-840 (2004).</li><li>Pohlman, R., Lehfeldt, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+ultrasonic+vibration+on+metallic+friction.">Influence of ultrasonic vibration on metallic friction.</a> Ultrasonics. 4 (4), 178-185 (1966).</li><li>Popov, V., Starcevic, J., Filippov, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Ultrasonic+In-Plane+Oscillations+on+Static+and+Sliding+Friction+and+Intrinsic+Length+Scale+of+Dry+Friction+Processes.">Influence of Ultrasonic In-Plane Oscillations on Static and Sliding Friction and Intrinsic Length Scale of Dry Friction Processes.</a> Tribol. Lett. 39 (1), 25-30 (2010).</li><li>Dong, S., Dapino, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Piezoelectrically-induced+ultrasonic+lubrication+by+way+of+Poisson+effect.">Piezoelectrically-induced ultrasonic lubrication by way of Poisson effect.</a> Proc. SPIE. 8343, 83430L (2012).</li><li>Dong, S., Dapino, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastic-plastic+cube+model+for+ultrasonic+friction+reduction+via+Poisson+effect.">Elastic-plastic cube model for ultrasonic friction reduction via Poisson effect.</a> Ultrasonics. 54 (1), 343-350 (2014).</li><li>Dong, S., Dapino, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wear+Reduction+Through+Piezoelectrically-Assisted+Ultrasonic+Lubrication.">Wear Reduction Through Piezoelectrically-Assisted Ultrasonic Lubrication.</a> Smart. Mater. Struct. 23 (10), 104005 (2014).</li><li>Chowdhury, M., Helali, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+frequency+of+vibration+and+humidity+on+the+wear+rate.">The effect of frequency of vibration and humidity on the wear rate.</a> Wear. 262 (1-2), 198-203 (2014).</li><li>Bryant, M., Tewari, A., York, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Micro+(rocking)+vibrations+and+surface+waviness+on+wear+and+wear+debris.">Effect of Micro (rocking) vibrations and surface waviness on wear and wear debris.</a> Wear. 216 (1), 60-69 (1998).</li><li>Bryant, M., York, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+and+correlations+of+slider+vibrations+and+wear.">Measurements and correlations of slider vibrations and wear.</a> J. Tribol. 122 (1), 374-380 (2000).</li><li>Goto, H., Ashida, M., Terauchi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+ultrasonic+vibration+on+the+wear+characteristics+of+a+carbon+steel:+analysis+of+the+wear+mechanism.">Effect of ultrasonic vibration on the wear characteristics of a carbon steel: analysis of the wear mechanism.</a> Wear. 94, 13-27 (1984).</li><li>Goto, H., Ashida, M., Terauchi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wear+behaviour+of+a+carbon+steel+subjected+to+an+ultrasonic+vibration+effect+superimposed+on+a+static+contact+load.">Wear behaviour of a carbon steel subjected to an ultrasonic vibration effect superimposed on a static contact load.</a> Wear. 110 (2), 169-181 (1986).</li><li>Robinowicz, 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> The friction and wear of materials. , (1965).</li><li>Bowden, F., Freitag, 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+friction+of+solids+at+very+high+speeds.">The friction of solids at very high speeds.</a> Proc. R. Soc. A. 248 (1254), 350-367 (1985).</li><li>Burwell, J., Rabinowicz, 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+nature+of+the+coefficient+of+friction.">The nature of the coefficient of friction.</a> J. Appl. Phys. 24 (2), 136-139 (1953).</li><li>Cocks, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interaction+of+sliding+metal+surfaces.">Interaction of sliding metal surfaces.</a> J. Appl. Phys. 33 (7), 2152-2161 (1962).</li><li>Rusinko, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ultrasound and Irrecoverable Deformation in Metals. , (2012).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

ניסויים שנערכו תוך שימוש בפרוטוקול זה כדי לחקור את ההשפעה של מהירות ליניארי על חיכוך קולי והפחתת בלאי. המדידות מראות כי תנודות קולי ביעילות להפחית חיכוך ושחיקה בשלוש מהירויות ליניארי. עולה בקנה אחד עם תצפיות מוקדמות, הסכום של הפחתת חיכוך יורד מ62.2% ב20.3 מ&quot;מ / שנייה ל29...

חיכוך קיים בממשק של שני משטחי פנייה כשהם להחליק או רול יחסית זה לזה. החיכוך מתרחש בדרך כלל יחד עם בלאי שוחק או דבק. 1 אולטרסוניקה היא המדע שמאחורי תופעות תדר גבוהות, כלומר, גלים הנעים בתדרים מעל טווח אקוסטי (20 קילוהרץ). תחום אולטרסוניקה כולל שני משטרים שונים במהותו. משטר אחד כרוך גלים בעצימות נמוכים כמו אלה המשמשים בתהליכי הדמיה כגון אולטרסאונד הרפואי או בדיקה לא הרסנית של מבנים. האחרים הוא משטר מתח גבוה שבו גלי אנרגיה גבוהה משמשים לביצוע או לסייע בתהליכי הנדסה כגון ריתוך פלסטיק ומתכות. הוכח כי יישום של הסוג השני של תנודות קולי בממשק של שני משטחים במגע הזזה מפחיתה את כוח החיכוך היעיל בממשק. תופעה זו ידועה בשם שימון קולי. להשיגשימון קולי בין שני אובייקטים זזים, רטט יחסי בתדרים קוליים יש לקבוע ביניהם. תנודות מיושמות בדרך כלל לאחת משני האובייקטים, או באורך, הרוחב, או הכיוון ניצבת ביחס למהירות הגלישה. במחקר זה, הסיכה של tribometer מצוידת בהינע פיזואלקטריים כך שהקצה שלה רוטט בכיוון מאונך לדיסק מסתובב של tribometer. חומרים פיזואלקטריים הם קבוצה של חומרים &quot;חכמים&quot; שלעוות בעת חשיפה לשדות חשמליים, רוטטת באותה התדירות כמו שדה העירור. חומרים פיזואלקטריים יכולים לרטוט בתדרים גם לטווח MHz. שגבי למהירות מקרוסקופית, יש תנודות קולי השפעה לסירוגין הכיוון של כוח החיכוך המיידי והמגע בין המשטחים, אשר בשילוב מוביל לירידה של כוח החיכוך ובלאי משטח היעיל. </p&gt; הפחתת חיכוך Ultrasonic הודגמה במערכות ייצור מעשיות. לדוגמא, טכנולוגיה זו נוצלה כדי להפחית את הכוח בין הכלי וחתיכת עבודה בעיבוד מתכת ויצירת תהליכים כגון קידוח, לחיצה, גלגול גיליון, וציור תיל. יתרונות כוללים שיפור משטח גימור 2 וצורך מופחת לחומרי ניקוי יקרים ומזיקים לסביבה כדי להסיר חומרי סיכה מהמוצר הסופי. ישנם יישומים פוטנציאליים של שימון קולי בתחומים אחרים גם כן. לדוגמא, שימון קולי יכול באופן משמעותי לשפר את חווית המשתמש במוצרי בריאות אישיות על ידי ביטול צורך חומרי סיכה או ציפוי. ביישומי רכב, אפנון חיכוך יכול לשפר את הביצועים של מפרקי כדור ואילו הפחתת חיכוך בין מושבי רכב ומסילות מאפשרת תנועת מושבים, חלל ומסת חיסכון שאחרת היה תפוסה על ידי רכיבים וmechani מסורתייםסמס. שימון קולי יכול גם לעזור כדי לשפר את יעילות דלק על ידי הפחתת חיכוך במערכות הינע והשעיה. 3 ביישומי חלל, שבו לא ניתן להשתמש בחומרי סיכה מסורתיות, שימון קולי יכול להיות מועסק על מנת להפחית באופן דרמטי ללבוש ולהאריך את חיי רכיבים קריטיים. הפגנות מעבדה של הפחתת חיכוך באמצעות סיכה קולית הן רבות. הפחתת חיכוך היא לכמת כהפרש בין כוח החיכוך שנמדד ללא שימון קולי וכוח החיכוך עם תנודות קוליים מיושמות. בכל מקרה, כוח החיכוך נמדד ישירות עם חיישני כוח. ליטמן ואח &#39;. 4-5 מחובר מפעיל piezoelectrically מונע למחוון, שבו חיישן כוח ומסגרת הותקנו למדידת כוחות החיכוך ויישום עומסים נורמלים. מפעיל פנאומטי הועסק לדחוף את המחוון יחד עם המפעיל לאורך מעקה מדריך. Ultrasoniתנודות ג יושמו בכיוון אורך למהירות הגלישה. Bharadwaj וDapino 6-7 ערכו ניסויים דומים באמצעות מפעיל ערימה פיזואלקטריים מחובר למוליך גל חרוטי בשני קצוות של המחסנית. מגעים התנהלו בין הקצוות כדוריים של קונוסים ופני השטח של מעקה המדריך. ההשפעות של פרמטרים מערכת כגון קשר נוקשות, עומס רגיל, וקשיחות הגלובלית נחקרו. קומאר וHutchings 8 מותקן סיכה על sonotrode שמופעל על ידי מתמר קולי. תנודות קוליות נוצרו ומועברות לפין, שהונח במגע עם משטח פלדת כלי. כוח נורמלי יושם על ידי צילינדרים פניאומטיים ונמדד על ידי תא עומס. התנועה היחסית בין הסיכה והדיסק נוצרה על ידי שולחן הדדיות. Pohlman ו -9 Lehfeldt מיושמים גם ניסוי פינים על-דיסק. בניגוד למחקרים אחרים, הם מועסקים magnetostrictive מתמר ליצור תנודות קולית. כדי לחקור את הכיוון האופטימלי להפחתת חיכוך קולית, מתמר היה מיושר בזהירות כך שכיוון הרטט היה אורך, רוחב, ואנכי למהירות מקרוסקופית. הם למדו הפחתת חיכוך קולית על שני משטחים יבשים ומשומנים. פופוב et al. 10 מנוצל מפעיל עם גלבו חרוטי. המפעיל הושם במגע עם צלחת בסיס מסתובבת. קונוס עשוי תשעה חומרים עם קשיות שונות אומצו ללמוד את ההשפעה של קשיות מהותיות על הפחתת חיכוך קולית. דונג וDapino 11-13 משמשים מתמר פיזואלקטריים לייצר ולהעביר תנודות קולי למוליך גל מנסרתי עם קצוות מעוגלים. רטט האורך גורם רטט אנכי בשל ההשפעה של פואסון. מחוון עם ראש מעוגל הושם ובמגע מוליך גל. מסגרת נבנתה ליישם כוחות נורמלים בממשק המגע. Tהוא המחוון נשלף באופן ידני באזור מרכז מוליך גל; כוח החיכוך נמדד על ידי תא עומס שהיה קשור למחוון. הפחתת בלאי ultrasonically-induced נחקרה גם והפגינה. אובדן נפח, ירידה במשקל, וחספוס פני השטח שינויים מועסקים לכמת את חומרת wear.Chowdhury ו -14 Helali רטט דיסק מסתובב בהתקנת סיכה על-דיסק. התנודות נוצרו על ידי מבנה תמיכה של שני לוחות מקבילים ממוקמים מתחת לדיסק מסתובב. יש הצלחת העליונה כדור כדורי המותקן מחוץ למרכז על המשטח התחתון, אשר מחליק בחריץ שנחקק על פני השטח העליונים של הצלחת התחתונה. החריץ היה במכונה עם עומק מעת לעת משתנה כך שהצלחת העליונה נעה אנכית במהלך סיבוב. התדרים נעו סביב 100 הרץ בהתאם למהירות הסיבוב. בראיינט ויורק 15-16 בחנו את ההשפעה של מיקרו-תנודות בwהפחתת אוזן. הם הוכנסו גליל פחמן באמצעות בעל עם קצה אחד נח על דיסק פלדת ספינינג ואת הקצה השני מחובר לקפיץ סליל. במקרה אחד, הגליל היה מצויד צמוד בבעל כל כך שלא היה מקום לרעידות. במקרים אחרים, קרחות עזבו כדי לאפשר מיקרו-תנודות של הגליל תוך הגליל היה במגע עם הדיסק מסתובב. הירידה במשקל של הגליל נמדדה כדי לחשב את השיעור ללבוש. זה היה הראה כי מיקרו-התנודות העצמית שנוצר סייעו להפחית בלאי בשיעור של עד 50%. גוטו וAshida 17-18 אימצו גם ניסוי פינים על-דיסק. הם מחוברים דגימות סיכה עם מתמר באמצעות חרוט מחודד וצופר. סיכת רטט בכיוון מאונך למשטח הדיסק. מסה הייתה קשורה למתמר על גבי להחלת עומסים נורמלים. כוחות החיכוך תורגמו מהמומנט שיושם כדי לסובב את הדיסק. תלבש זוהה כדבק כי שניהםסיכה ודיסק היו עשויים מפלדת פחמן. שיעורים תלבש חושבו מתוך מדידות אובדן נפח. הוכח שמהירות ליניארי ממלאת תפקיד חשוב בויסות קולית. הרכיב הניסיוני של מחקר זה מתמקד בתלות של הפחתת חיכוך ובלאי במהירות ליניארי.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>DC Motor&#160;</td>
			<td>Minarik&#160;</td>
			<td>SL14</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrical amplifier</td>
			<td>AE Techron</td>
			<td>LVC5050</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Signal conditioner&#160;</td>
			<td>Vishay Measurements Group</td>
			<td>2310</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Signal generator</td>
			<td>Agilent&#160;</td>
			<td>33120A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Piezoelectric stack</td>
			<td>EDO corporation</td>
			<td>EP200-62</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Load cell</td>
			<td>Transducer Techniques</td>
			<td>MLP-50</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Load sensor pad</td>
			<td>FlexiForce</td>
			<td>A201</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser meter</td>
			<td>Keyence corporation&#160;</td>
			<td>LK-G32</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hall-effect probe and gaussmeter</td>
			<td>Walker Scientific, Inc.</td>
			<td>MG-4D</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition module</td>
			<td>Data Physics</td>
			<td>Quattro</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition software</td>
			<td>Data Physics</td>
			<td>SignalCalc Ace</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermocouple reader</td>
			<td>Omega</td>
			<td>HH22</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical profilometer</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>Contour GT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Profilometer operation software</td>
			<td>Bruker&#160;</td>
			<td>Vision 64</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experiments on ultrasonic lubrication using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer

חיכוך ושחיקה פוגע מערכות מהונדסות. שימון Ultrasonic מושגת כאשר הממשק בין שני משטחי החלקה הוא רטט בתדר מעל טווח אקוסטי (20 קילוהרץ). כטכנולוגיה של מצב מוצק, ניתן להשתמש בו סיכה קולית חומרי סיכה רגילות הן ישימות או לא רצויים. יתר על כן, שימון קולי מאפשר לאפנון חשמלי של מקדם החיכוך היעיל בין שני משטחי החלקה. מאפיין זה מאפשר למערכות אדפטיבית המשנות מדינת החיכוך שלהם ותגובה דינמית הקשורים כשינוי תנאי הפעלה. ללבוש פני השטח גם יכול להיות מופחת באמצעות סיכה קולית. פיתחנו פרוטוקול לחקור את התלות של הפחתת כוח חיכוך ושחיקת הפחתה במהירות החלקה ליניארי בין משטחים משומנים ultrasonically. Tribometer פינים על-דיסק נבנה שונה מיחידות מסחריות שבמחסנית פיזואלקטריים משמשת לרטוט הסיכה ב 22kHz הרגיל אל פני השטח הדיסק מסתובב. חיכוך ומדדים ללבוש כוללים כוח חיכוך יעיל, אובדן נפח, וחספוס פני השטח נמדדים בלי ועם תנודות קולי בלחץ מתמיד של 1 עד 4 MPa ושלוש מהירויות גלישה שונות: 20.3, 40.6, ו -87 מ&quot;מ / sec. Profilometer אופטי מנוצל כדי לאפיין את משטחי הבלאי. כוח החיכוך האפקטיבי הוא מופחת על ידי 62% ב20.3 מ&quot;מ / sec. באופן עקבי עם תאוריות קיימות לשימון קולי, הפחתת אחוז בכוח החיכוך פוחתת עם העלייה במהירות, עד 29% הפחתת כוח החיכוך בגיל 87 מ&quot;מ / sec. הפחתת בלאי נשארת למעשה קבועה (49%) בשלוש מהירויות נחשבות.

מדידות הנציג המוצגות כאן התקבלו מtribometer שונה מוצג באיור 1. המפעיל פיזואלקטריים מייצר ויברציות עם משרעת של 2.5 מיקרומטר בתדירות של 22 קילוהרץ. כדי לחקור את התלות של חיכוך ושחיקת הפחתה במהירות ליניארי, שלוש מהירויות שונות (20.3, 40.6, ו -87 מ&quot;מ / sec) הוחלו על הדיסק על יד?...

Watch this Scientific Journal Video about Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer at JoVE.com

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

We present a protocol for using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer to investigate the dependence of ultrasonic wear and friction reduction on linear velocity, contact pressure, and surface properties.

ניסויים בUltrasonic שימון שימוש Tribometer סייע-Piezoelectrically וProfilometer האופטי

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

experiments-on-ultrasonic-lubrication-using-piezoelectrically

Research

JoVE Journal

Engineering

12.5K Views.  The Ohio State University. We present a protocol for using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer to investigate the dependence of ultrasonic wear and friction reduction on linear velocity, contact pressure, and surface properties. 

Video: Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime. Lithium ion batteries have also been considered to be used in electric and hybrid vehicles1 or even electrical grid stabilization systems2. All these applications simulate a dramatic increase in the research and development of battery materials3-7, including new materials3,8, doping9, nanostructuring10-13, coatings or surface modifications14-17 and novel binders18. Consequently, an increasing number of physicists, chemists and materials scientists have recently ventured into this area. Coin cells are widely used in research laboratories to test new battery materials; even for the research and development that target large-scale and high-power applications, small coin cells are often used to test the capacities and rate capabilities of new materials in the initial stage. 
 In 2010, we started a National Science Foundation (NSF) sponsored research project to investigate the surface adsorption and disordering in battery materials (grant no. DMR-1006515). In the initial stage of this project, we have struggled to learn the techniques of assembling and testing coin cells, which cannot be achieved without numerous help of other researchers in other universities (through frequent calls, email exchanges and two site visits). Thus, we feel that it is beneficial to document, by both text and video, a protocol of assembling and testing a coin cell, which will help other new researchers in this field. This effort represents the "Broader Impact" activities of our NSF project, and it will also help to educate and inspire students.
In this video article, we document a protocol to assemble a CR2032 coin cell with a LiCoO2 working electrode, a Li counter electrode, and (the mostly commonly used) polyvinylidene fluoride (PVDF) binder. To ensure new learners to readily repeat the protocol, we keep the protocol as specific and explicit as we can. However, it is important to note that in specific research and development work, many parameters adopted here can be varied. First, one can make coin cells of different sizes and test the working electrode against a counter electrode other than Li. Second, the amounts of C black and binder added into the working electrodes are often varied to suit the particular purpose of research; for example, large amounts of C black or even inert powder were added to the working electrode to test the "intrinsic" performance of cathode materials14. Third, better binders (other than PVDF) have also developed and used18. Finally, other types of electrolytes (instead of LiPF6) can also be used; in fact, certain high-voltage electrode materials will require the uses of special electrolytes7.

A protocol to construct and test coin cells of lithium ion batteries is described. The specific procedures of making a working electrode, preparing a counter electrode, assembling a cell inside a glovebox and testing the cell are presented.

בנייה ובדיקה של תאים מטבע של סוללות ליתיום יון

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime.  Lithium ion ...

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe their electromagnetic properties to the structure of their constituents, instead of the atoms that compose them. For example, sub-wavelength metal wires can be arranged to possess an effective electric permittivity that is either positive or negative at a given frequency, in contrast to the metals themselves 2. This unprecedented control over the behaviour of light can potentially lead to a number of novel devices, such as invisibility cloaks 3, negative refractive index materials 4, and lenses that resolve objects below the diffraction limit 5. However, metamaterials operating at optical, mid-infrared and terahertz frequencies are conventionally made using nano- and micro-fabrication techniques that are expensive and produce samples that are at most a few centimetres in size 6-7. Here we present a fabrication method to produce hundreds of meters of metal wire metamaterials in fiber form, which exhibit a terahertz plasmonic response 8. We combine the stack-and-draw technique used to produce microstructured polymer optical fiber 9 with the Taylor-wire process 10, using indium wires inside polymethylmethacrylate (PMMA) tubes. PMMA is chosen because it is an easy to handle, drawable dielectric with suitable optical properties in the terahertz region; indium because it has a melting temperature of 156.6 &deg;C which is appropriate for codrawing with PMMA. We include an indium wire of 1 mm diameter and 99.99% purity in a PMMA tube with 1 mm inner diameter (ID) and 12 mm outside diameter (OD) which is sealed at one end. The tube is evacuated and drawn down to an outer diameter of 1.2 mm. The resulting fiber is then cut into smaller pieces, and stacked into a larger PMMA tube. This stack is sealed at one end and fed into a furnace while being rapidly drawn, reducing the diameter of the structure by a factor of 10, and increasing the length by a factor of 100. Such fibers possess features on the micro- and nano- scale, are inherently flexible, mass-producible, and can be woven to exhibit electromagnetic properties that are not found in nature. They represent a promising platform for a number of novel devices from terahertz to optical frequencies, such as invisible fibers, woven negative refractive index cloths, and super-resolving lenses.

Metamaterials at terahertz frequencies offer unique opportunities, but are challenging to fabricate in bulk. We adapt the fabrication procedure for microstructured polymer optical fibers to inexpensively fabricate metamaterials potentially on an industrial scale. We produce polymethylmethacrylate fibers containing ~10 &mu;m diameter indium wires separated by ~100 &mu;m, which exhibit a terahertz plasmonic response.

Metamaterials בודה בשיטת ציור הסיבים

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Optical Trapping of Nanoparticles

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping and manipulating small biological particles. Ashkin and co-workers first demonstrated optical tweezers using a single focused beam1. The single beam trap can be described accurately using the perturbative gradient force formulation in the case of small Rayleigh regime particles1. In the perturbative regime, the optical power required for trapping a particle scales as the inverse fourth power of the particle size. High optical powers can damage dielectric particles and cause heating. For instance, trapped latex spheres of 109 nm in diameter were destroyed by a 15 mW beam in 25 sec1, which has serious implications for biological matter2,3.
A self-induced back-action (SIBA) optical trapping was proposed to trap 50 nm polystyrene spheres in the non-perturbative regime4. In a non-perturbative regime, even a small particle with little permittivity contrast to the background can influence significantly the ambient electromagnetic field and induce a large optical force. As a particle enters an illuminated aperture, light transmission increases dramatically because of dielectric loading. If the particle attempts to leave the aperture, decreased transmission causes a change in momentum outwards from the hole and, by Newton's Third Law, results in a force on the particle inwards into the hole, trapping the particle. The light transmission can be monitored; hence, the trap can become a sensor. The SIBA trapping technique can be further improved by using a double-nanohole structure.
The double-nanohole structure has been shown to give a strong local field enhancement5,6. Between the two sharp tips of the double-nanohole, a small particle can cause a large change in optical transmission, thereby inducing a large optical force. As a result, smaller nanoparticles can be trapped, such as 12 nm silicate spheres7 and 3.4 nm hydrodynamic radius bovine serum albumin proteins8. In this work, the experimental configuration used for nanoparticle trapping is outlined. First, we detail the assembly of the trapping setup which is based on a Thorlabs Optical Tweezer Kit. Next, we explain the nanofabrication procedure of the double-nanohole in a metal film, the fabrication of the microfluidic chamber and the sample preparation. Finally, we detail the data acquisition procedure and provide typical results for trapping 20 nm polystyrene nanospheres.

The following setup approach details low power optical trapping of dielectric nanoparticles using a double-nanohole in metal film.

לכידה אופטית של חלקיקים

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. From the measured surface, 3D topographic maps can be subsequently analyzed using a variety of software packages to extract the information that is needed.
In this article we describe how white light interferometry, and optical profilometry (OP) in general, combined with generic surface analysis software, can be used for materials science and engineering tasks. In this article, a number of applications of white light interferometry for investigation of surface modifications in mass spectrometry, and wear phenomena in tribology and lubrication are demonstrated. We characterize the products of the interaction of semiconductors and metals with energetic ions (sputtering), and laser irradiation (ablation), as well as ex situ measurements of wear of tribological test specimens.
Specifically, we will discuss:
<ol class="lroman">
	<li>Aspects of traditional ion sputtering-based mass spectrometry such as sputtering rates/yields measurements on Si and Cu and subsequent time-to-depth conversion.</li>
	<li>Results of quantitative characterization of the interaction of femtosecond laser irradiation with a semiconductor surface. These results are important for applications such as ablation mass spectrometry, where the quantities of evaporated material can be studied and controlled via pulse duration and energy per pulse. Thus, by determining the crater geometry one can define depth and lateral resolution versus experimental setup conditions.</li>
	<li>Measurements of surface roughness parameters in two dimensions, and quantitative measurements of the surface wear that occur as a result of friction and wear tests.</li>
</ol>
Some inherent drawbacks, possible artifacts, and uncertainty assessments of the white light interferometry approach will be discussed and explained.

White light microscope interferometry is an optical, noncontact and quick method for measuring the topography of surfaces. It is shown how the method can be applied toward mechanical wear analysis, where wear scars on tribological test samples are analyzed; and in materials science to determine ion beam sputtering or laser ablation volumes and depths.

אפיון של פני שטח על ידי שינויי Interferometry אור הלבן: יישומים ביון יורקת, אבלציה ליזר, וניסויי Tribology

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. ...

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics Beamline of the Advanced Light Source (ALS) of the Lawrence Berkeley National Laboratory1-4. This video demonstrates how the complex chemical structures of laboratory-based model flames are analyzed using flame-sampling mass spectrometry with tunable synchrotron-generated vacuum-ultraviolet (VUV) radiation. This experimental approach combines isomer-resolving capabilities with high sensitivity and a large dynamic range5,6. The first part of the video describes experiments involving burner-stabilized, reduced-pressure (20-80 mbar) laminar premixed flames. A small hydrocarbon fuel was used for the selected flame to demonstrate the general experimental approach. It is shown how species&#8217; profiles are acquired as a function of distance from the burner surface and how the tunability of the VUV photon energy is used advantageously to identify many combustion intermediates based on their ionization energies. For example, this technique has been used to study gas-phase aspects of the soot-formation processes, and the video shows how the resonance-stabilized radicals, such as C3H3, C3H5, and i-C4H5, are identified as important intermediates7. The work has been focused on soot formation processes, and, from the chemical point of view, this process is very intriguing because chemical structures containing millions of carbon atoms are assembled from a fuel molecule possessing only a few carbon atoms in just milliseconds. The second part of the video highlights a new experiment, in which an opposed-flow diffusion flame and synchrotron-based aerosol mass spectrometry are used to study the chemical composition of the combustion-generated soot particles4. The experimental results indicate that the widely accepted H-abstraction-C2H2-addition (HACA) mechanism is not the sole molecular growth process responsible for the formation of the observed large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).

Gas sampling from laboratory-scale flames with online analysis of all species by mass spectrometry is a powerful method to investigate the complex mixture of chemical compounds occurring during combustion processes. Coupled with tunable soft ionization via synchrotron-generated vacuum-ultraviolet radiation, this technique provides isomer-resolved information and potentially fragment-free mass spectra.

ניסויי להבה במקור האור מתקדם: תובנה חדשות על תהליכי היווצרות פיח

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological and physical sciences over the past few decades. The progress made in this field invites further study of even smaller systems and at a larger scale, with tools that could be distributed more easily and made more widely available. Unfortunately, the fundamental laws of diffraction limit the minimum size of the focal spot of a laser beam, which makes particles smaller than a half-wavelength in diameter hard to trap and generally prevents an operator from discriminating between particles which are closer together than one half-wavelength. This precludes the optical manipulation of many closely-spaced nanoparticles and&#160;limits the&#160;resolution of optical-mechanical systems. Furthermore, manipulation using focused beams requires beam-forming or steering optics, which can be very bulky and expensive. To address these limitations in the system scalability of conventional optical trapping our lab has devised an alternative technique which utilizes near-field optics to move particles across a chip. Instead of focusing laser beams in the far-field, the optical near field of plasmonic resonators produces the necessary local optical intensity enhancement to overcome the restrictions of diffraction and manipulate particles at higher resolution. Closely-spaced resonators produce strong optical traps which can be addressed to mediate the hand-off of particles from one to the next in a conveyor-belt-like fashion. Here, we describe how to design and produce a conveyor belt using a gold surface patterned with plasmonic C-shaped resonators and how to operate it with polarized laser light to achieve super-resolution nanoparticle manipulation and transport. The nano-optical conveyor belt chip can be produced using lithography techniques and easily packaged and distributed.

The scalability and resolution of conventional optical manipulation techniques are limited by diffraction. We circumvent the diffraction limit and describe a method of optically transporting nanoparticles across a chip using a gold surface patterned with a path of closely spaced C-shaped plasmonic resonators.

ייצור ותפעול של מסוע ננו-אופטי

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Visualizing Hyporheic Flow Through Bedforms Using Dye Experiments and Simulation

Advective exchange between the pore space of sediments and the overlying water column, called hyporheic exchange in fluvial environments, drives solute transport in rivers and many important biogeochemical processes. To improve understanding of these processes through visual demonstration, we created a hyporheic flow simulation in the multi-agent computer modeling platform NetLogo. The simulation shows virtual tracer flowing through a streambed covered with two-dimensional bedforms. Sediment, flow, and bedform characteristics are used as input variables for the model. We illustrate how these simulations match experimental observations from laboratory flume experiments based on measured input parameters. Dye is injected into the flume sediments to visualize the porewater flow. For comparison virtual tracer particles are placed at the same locations in the simulation. This coupled simulation and lab experiment has been used successfully in undergraduate and graduate laboratories to directly visualize river-porewater interactions and show how physically-based flow simulations can reproduce environmental phenomena. Students took photographs of the bed through the transparent flume walls and compared them to shapes of the dye at the same times in the simulation. This resulted in very similar trends, which allowed the students to better understand both the flow patterns and the mathematical model. The simulations also allow the user to quickly visualize the impact of each input parameter by running multiple simulations. This process can also be used in research applications to illustrate basic processes, relate interfacial fluxes and porewater transport, and support quantitative process-based modeling.

This manuscript describes how to create regular bedforms in a flume, visualize flow through the bedforms, and use computer simulations to simulate the hyporheic flow. The computer simulations compare well with the experimental observations. This coupled simulation and experiment is well-suited for both research and educational purposes.

חזותי Hyporheic לזרום דרך Bedforms שימוש ניסויי דיי וסימולציה

Advective exchange between the pore space of sediments and the overlying water column, called hyporheic exchange in fluvial environments, drives solute ...

Writing Bragg Gratings in Multicore Fibers

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong suppression at a single wavelength requires that all cores have matching transmission profiles. These gratings cannot be inscribed using the same method as for single-core fibers because the curved surface of the cladding acts as a lens, focusing the incoming UV laser beam and causing variations in exposure between cores. Therefore we use an additional optical element to ensure that the beam shape does not change while passing through the cross-section of the multicore fiber. This consists of a glass capillary tube which has been polished flat on one side, which is then placed over the section of the fiber to be inscribed. The laser beam enters the fiber through the flat surface of the capillary tube and hence maintains its original dimensions. This paper demonstrates the improvements in core-to-core uniformity for a 7-core fiber using this method. The technique can be generalized to larger multicore fibers.

We describe a technique for inscribing identical fiber Bragg gratings into each core of a multicore fiber. This is achieved by introducing an additional surface into the optical path to mitigate lensing by the curved surface of the fiber cladding.

כתיבת Gratings בראג בסיבים מרובי-ליבות

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong ...

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and automotive. However, effective inspection and characterization metrology systems are needed to ensure the functional reliability of MEMS. This study presents a system based on digital holography as a tool for MEMS metrology. Digital holography has gained increasing attention in the past 20 years. With the fast development and decreasing cost of sensor arrays, resolution of such systems has increased broadening potential applications. Thus, it has attracted attention from both research and industry sides as a potential reliable tool for industrial metrology. Indeed, by recording the interference pattern between an object beam (which contains sample height information) and a reference beam on a CCD camera, one can retrieve the quantitative phase information of an object. However, most of digital holographic systems are bulky and thus not easy to implement on industry production lines. The novelty of the system presented is that it is lens-less and thus very compact. In this study, it is shown that the Compact Digital Holographic Microscope (CDHM) can be used to evaluate several characteristics typically consider as criteria in MEMS inspections. The surface profiles of MEMS in both static and dynamic conditions are presented. Comparison with AFM is investigated to validate the accuracy of the CDHM.

We present a compact reflection digital holographic system (CDHM) for inspection and characterization of MEMS devices. A lens-less design using a diverging input wave providing natural geometrical magnification is demonstrated. Both static and dynamic studies are presented.

עדשה-פחות קומפקטי מיקרוסקופ הולוגרפי הדיגיטלי פיקוח MEMS ואפיון

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on exposing the specimen to longitudinal vibrations on its resonance frequency close to 20 kHz. With use of this method, it is possible to significantly decrease the time required for the test, when compared to conventional testing devices usually working at frequencies under 200 Hz. It is also used to simulate loading of material during operation in high speed conditions, such as those experienced by components of jet engines or car turbo pumps. It is necessary to operate only in the high and ultra-high cycle region, due to the possibility of extremely high deformation rates, which can have a significant influence on the test results. Specimen shape and dimensions have to be carefully selected and calculated to fulfill the resonance condition of the ultrasonic system; thus, it is not possible to test the full components or specimens of arbitrary shape. Before each test, it is necessary to harmonize the specimen with the frequency of the ultrasonic system to compensate for deviations of the real shape from the ideal one. It is not possible to run a test until a total fracture of the specimen, since the test is automatically terminated after initiation and propagation of the crack to a certain length, when the stiffness of the system changes enough to shift the system out of the resonance frequency. This manuscript describes the process of evaluation of materials' fatigue properties at high-frequency ultrasonic fatigue loading with use of mechanical resonance at a frequency close to 20 kHz. The protocol includes a detailed description of all steps required for a correct test, including specimen design, stress calculation, harmonizing with the resonance frequency, performing the test, and final static fracture.

A protocol for ultrasonic fatigue testing in the high and ultra-high cycle region in axial tension-compression loading mode.

עייפות אולטראסאונד בדיקה במצב מתח דחיסה

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...