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

1. Hedef İmalat ve Montaj <ol><li> Katı stoktan istenilen boyutlara Makine hedef silindir. </li><li> Makinede işaretlerini kaldırarak silindir yüzeyini hazırlayın. Bir üniforma yaygın yüzey PDV yansıması için tercih edilir. İyi sonuçlar&gt; 1.200 kum ile hafif ıslak zımpara ile elde edilmiştir. </li><li> Aşağıdaki ölçmek, yani hedef bileşenleri karakterize: Silindir uzunluk, çap ve (birden fazla yerde) duvar kalınlığı Eğik uzunluk, çap Sivri kavis uzunluk, çap Yukarıdaki tüm kütle </li><li> Silindir montaj halka ve PDV kolunu birleştirin. </li><li> Kinematik bağlar ve PDV kolu üzerine PDV probları bağlayın. </li><li> Ogive arka silindirin arka aynı hizada olacak şekilde hedef silindir içinde ogive takın (bu bir atölye düz yapılmalıdır). &#39;soyulma aw silindiri izin verirken, üç M3 vida yerinde ogive tutmak için tasarlanmıştırgenişleme sırasında &#39;ay. </li><li> Silindirin giriş bağlantı halkasının ön yüzü ile aynı hizada olacak şekilde montaj donanımı hedef silindiri yerleştirin. 6 M4 grub vida ile yerine silindiri sabitleyin. </li><li> Silindir dış duvar uzunluğu boyunca ısıtma / soğutma aparatı ve tahvil termokupl takın. </li><li> Fiber temizlik bezi ile PDV prob liflerinin ucunda FC / APC (yüksük konnektörü, açılı fiziksel temas) konnektörlerini temizleyin ve bir lif kapsamı ile kontrol edin. Bu geri yansımasını azaltmak için çok önemlidir. </li><li> Onlar silindire normal şekilde kabaca sondalar hizalamak görünür (660 nm) Sınıf 3R lazer kullanarak (yani, yansıyan ışık probu geri düşer). </li><li> Bir sirkülatörün kullanarak temel yansıma devreyi kurunuz. Giriş 1 Class 1 1,550 nm lazer bağlayın, giriş 2 PDV prob ve giriş 3&#39;e bir güç metre Hizala PDV sondalar sırayla döndürülen güç maksimize böylece. </li></ol><ol><li> Namlu fiş ve derinlik mikrometre kullanılarak etkisi eğim en aza indirmek için namlunun ucuna hedef halka hizalayın. </li><li> Fragman azaltma sistemi ve kapı koruma takın. </li><li> Varil hedef hizalama fişini yerleştirin. </li><li> Hedef düzeneğini takın ve fiş hizalamak. </li><li> Namlunun ucunda tetik yapmak çifti takın ve zamanlama donanım ve teşhis bağlanın. Ogive üzerindeki mermi etkisi tetikleyen bir şeyle temasa mesafeyi ölçün. </li><li> Yüksek hızlı fotoğrafçılık için dönüm aynalar yükleyin. </li><li> Hedef tankı bağlantı noktaları üzerinden silindir bir dik bir görünüm vermek ve yerine kilitlemek için aynaları hizalayın. </li><li> Hedef tankın dışında hız kameraları ve flaş lambaları yüksek hizalayın. Varil aşağı bakıyor, silindir göre 03:00 yüksek hızlı kamera ve bir flaş lambası yerleştirin. 09:00 at IVV kamera yerleştirin ve00:00 başka flaş lambası. Bu yapılandırmada yüksek hızlı kamera, ön-lit çatlak izleme olacak ve IVV kenar tespiti için karaltı görüntüleri sağlayacaktır. </li><li> Isıtma / soğutma ekipmanları hedef ve vakum besleme throughs bağlayın. </li><li> DİKKAT: Uygun gözlük ve diğer önlemlerle Sınıf IV lazerler, osiloskop ve PDV sistemlerinde açın. </li><li> Kontrol güç seviyeleri PDV sondaları gönderiliyor. PDV sistemi ile, tipik referans için kanal başına 1 mW her sonda yaklaşık 5 mW kullanın. </li><li> Bir güç ölçer ile PDV probların hizasını kontrol edin. PDV sondaları silindir yüzeyinde seyir nerede hizalama kullanımı IR kartı ile bir kez memnun ölçmek için. </li><li> Referans Lazer açın ve her prob tarafından verilen yendi sinyallerinin kalitesini kontrol edin. İstediğiniz sıfır hız yendi frekansını ayarlamak için lazer (lar) dalga boyu ayarlayın (bu yaklaşık 5 GHz set). </li><li> Hedefle ali ile bir kez memnungnment, tetik konumu, kamera ve ayna hizalama, PDV prob uyum ve konumu ve azaltma çerçevesi hedef tankı kapatın. </li><li> Hizalama fişini çıkarın; mermiyi yükleyin. </li><li> Kurulum kameraları ve aydınlatma (kare hızı, pozlama, zamanlamaları) ve test görüntüleme gerçekleştirmek. Tipik kare hızları yaklaşık 0,5 mikro saniye olduğu bir pozlama ile yaklaşık 250.000 kare / sn her iki kameralar için vardır. İlk görüntü, normal çarpma anı ile aynı zamana denk olduğunu. </li></ol> 3. Ateşleme Hazırlık <ol><li> Gerekli ateşleme basıncına uygulanabilir makat diyafram takın. </li><li> Makat kapatın ve hedef tank tahliye başlar. 50 mTor bölgesinde bir vakum seviyesi için Amaç. </li><li> Nihai tüm teşhis kurulum (osiloskop gecikmeler, tetikleyicileri, kamera ayarlarını vs.) yapın. Bölüm başına 50 mikro-sn de PDV ayarlama osiloskop, 25 puan başına Yönlendirme ve İcra Komitesinin ve% 20 Ön tetikleme 500 mikro-saniyeye pencere vermek. O Triggerscilloscopes ve kameralar gibi sıfır zaman etkisinin zamanla çakışır. </li><li> Nihai tetik testi; çek zamanlamaları doğru. </li><li> Lazerler açın; kol kameraları. </li><li> Yakın bir oda; sağlayan lazer ve yüksek basınç kilitleri doğru konumda bulunmaktadır. </li><li> LabVIEW yazılımı kullanılarak gerektiği gibi ısıtma / soğutma başlayın. </li><li> Gerekli ateşleme basıncına silahı şarj edin. </li><li> Basınçta, son bir kontrol yapmak zaman tüm teşhis sistemleri silahlı söyledi. </li><li> Isıtma veya soğutma düzeneği izole edin. </li><li> Geri sayım &quot;3, 2, 1 YANGIN.&quot; </li><li> Hedef ve yakalama tankları havalandırın. </li><li> Tüm osiloskop ve kamera verilerini kaydedin. </li></ol> 4. Mesaj Shot <ol><li> Lazerler kapatın ve tamamen atmosfer eşitlemek silah bekleyin. </li><li> Hedef tankı açın tüm metal parçaları toplamak ve Ti-6Al-4V sıralamak. </li></ol> 5. Veri Analizi <ol><li> PDV os KZFD analizi gerçekleştirmekcilloscope verileri Ao ve Dolan 12 analizi başına hız geçmişini azaltmak için. </li><li> Ekipman tabloda belirtilen gibi yazılım ile Proses yüksek hızda görüntüleme verileri. Yüksek hızlı kamera görüntüleri yetmezliği zaman ve zorlanma sağlamak ve çatlak oluşumu ve büyüme analizini sağlayacaktır. IVV gelen silhouetted görüntüleri silindirin tam deformasyon profilini incelemek için açık bir kenar sağlar. </li><li> Tedbir ve kurtarılan parçaları tartın. Böyle tutuklanan kırıklar gibi ilginç özelliklere sahip parçaları seçip mikroskopi için onları hazırlamak. <ol><li> Bölüm, montaj ve parçaları parlatmak; Daha sonra elektron mikroskopta analiz. Elektron geri yansıma kırılma kırılma yüzeyleri soruşturma ve arıza moduna tanımlamak için ikincil elektron görüntüleme yanında doku ve mikro hakkında bilgi sağlar. </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.

Bu yöntem, bu tasarım özgü, ~ 1000 K&#39;ye kriyojenik gelen, geniş bir sıcaklık aralığı üzerinde gerilme yüküne yüksek oranlarda malzeme inceleme sağlar. Ancak, bu deney düzeneği ve yürütme bazı zorlukları ekler. İlk olarak, ogive uç uygun bir malzemeden talaşlı gereken sıcaklık kontrolünü optimize etmek. Herhangi bir yüksek sıcaklık, yüksek sertlik Çelik yeterli olacaktır, ancak 4340 çeliği, burada kullanılmıştır. Tüm genişleme Sürücü artık polimer merminin kaynaklı olar...

Bir malzemenin dinamik başarısızlığı genel mekanik davranışının önemli bir yönü olduğunu ve birkaç isim, otomotiv, havacılık ve askeri olmak üzere çok sayıda sanayi alaka vardır. Düşük gerilme-oranlarında yetmezliği genellikle yüksek gerilme oranları ile, uzun ince bir örnek uçlarından gerilim yüklü olduğu konvansiyonel gerilim testleri yoluyla incelenmiştir birlikte böyle bir geometri / konfigürasyon muhafaza edilmesi amacıyla çok küçük bir numune gerektirir test boyunca sözde mekanik denge. Böylece tek bir çatlak görünümünü, çevresindeki malzemenin etkin bir şekilde, herhangi bir bitişik yetmezliği siteye gelişiminin durdurulması, rahat olacaktır. Bu aynı zamanda herhangi bir deneyde gözlemlenebilir kırıkların sayısını sınırlar ve tespit edilecek başarısızlık istatistiği ile ilgili önemli bilgiler engeller. genişleyen silindir testi şekilde karakterize etmek için iyi bilinen bir teknik olan materya bölgesindekils başarısız ve yüksek hızlı yük altında fragmanı. Testte, ilgi konusu bir malzemeden yapılmış bir tüp eşit duvarda bir basınç dalgası başlatılması ve silindir genleşmesine neden, iç çevresi boyunca yüklenir. Yakında bu radyal dalga yayar ve çevresi düzgün bir gerilme çember stresi hakimdir. Gerilme ve şekil değiştirme oranı gibi kırılma ve parçalanma davranışı malzemenin özelliklerine göre yalnızca yönetilir silindirin etrafına aynıdır. Test genellikle büyük örnek çevreleri üniforma stres 1 altında birden fazla arıza sitelerinin başlatılmasını teşvik olarak yukarıda belirtilen sorunu azaltır. Bu deneysel tekniğinin geliştirilmesi temel amaç genişleyen silindir kırılma ve parçalanma davranış sıcaklığın rolü çalışma sağlamaktı. numune sıcaklığının kontrolü ne kadar dinamik gerilim kuvveti araştırılmasında, kırılma mekanizması ve fragmanının sağlayacaktırmalzemenin entation davranışı etkilenir. Metallerde Örneğin, sıcaklığın artış sonuçta başarısız önce fazla plastik işi uzlaşmacı, sünek kırılma kırılgan bir kaymasına neden olabilir. Böyle Ti-6Al-4V gibi bazı malzemeler de adyabatik kayma yerelleştirme 2 sergileyebilir. Örnek deforme ederken, plastik çalışma ısı üretir. Bu sıcaklık artışı sonucunda yumuşatıcı oranı deformasyon sertleştirme çalışma hızından daha büyük olduğu takdirde, plastik deformasyon büyük bir miktarı, bir çok lokal bir bandı (adyabatik kesme bant) &#39;de meydana geldiği, bir istikrarsızlık oluşturabilir. Bu yanıt bir nedeniyle zayıf ısı iletkenliği Ti-6Al-4V teşvik edilmektedir, ve potansiyel olarak bu tür hafif zırh gibi uygulamalar için etkinliğini kısıtlayabilir. Bu yeni test yaklaşımı iki temel kriterleri karşılaması gerekir. Öncelikle, yöntem 10 4 saniye -1 sırasına bir radyal gerilme oranı üretmek gerekir, genellikle balistik görülen vedarbe olayları, daha geleneksel yükleme düzenleri istihdam önceki çalışmalara karşılaştırma yapılmasına olanak sağlayacak. İkincisi, tahrik mekanizması deneyler arasında tutarlılığı sağlamak için numune sıcaklığı etkilenmemiş olması gerekir. İlk silindir genişletme mekanizmaları ya sadece doğrudan örnek silindiri 3-5 doldurma veya bir ara sürücüsünü kullanarak, patlayıcı ücretleri kullanılır. İkinci durumda bir tampon numunesi da bir patlayıcı içeren bir çelik silindir üzerine yerleştirilmiştir 6 kullanılır. bariz bir sınırlılık, Örnek silindiri (patlayıcının biçiminde) işletim malzeme ihtiva silindiri ısıtma da yükü ısıtmak olmasıdır. Bu doğrudan ücretten başlatılmasını neden olmasa da patlayıcının birçok çeşit örnek silindirden dışarı eriyecek bir polimerik bağlayıcı madde içerir. Soğuduğunda Aynı şekilde, bazı patlayıcılar son derece hassas hale gelir. Bu patlayıcı sürücüler sıcaklığı çalışma için uygun değildir anlamına gelir. Bir alternatifyöntem genişleme Lorentz kuvveti kullanır - örnek sürücü bobin 7, 8 üzerine yerleştirilir yüksek akım örnekteki tersi bir akımı indükleyen, bu sürücü bobin (genellikle ağır göstergesi bakır tel) enjekte edilir.. Bu karşıt akımlar birbirlerine karşı hareket manyetik alanlar, manyetik basınç iç yüzeyinden dışarı doğru örnek sürüş ilişkili olması. Yine, malzemenin ısıtılması olumsuz numune içindeki bakır bobin sürücü etkileyecektir. Gaz tabancalar 1970&#39;lerin sonlarından bu yana 9 silindir genişlemesi için kullanılmaktadır. Bu deneylerde, silindir içinde ekleme için kullanılan malzeme, bir polimer tahrik hem de merminin bir sonucu olarak verilen ve darbe ile deforme yerleştirin vardır. Bu parça, tipik haliyle bir lastik ya da plastik 10, ciddi ısı etkilenecek olan gücü ve süneklik. Isıtma elemanı çok yumuşak hale getirecek ve soğutma zamanından önce başarısız bu yüzden kırılgan bir şekilde davranır yapacaktır. <p cÖnceki silindirde genleşen tekniklerin aksine lass = &quot;jove_content&quot;&gt;, burada açıklanan yöntem, sıcaklıkları (100-1000 K) geniş bir aralık üzerinde tekrar edilebilir bir yükleme sürücü sağlamak için ilk. Bizim tekniği (bizim durumumuzda mermi) genişleme sürmek için kullanılan malzeme çarpma noktasına kadar silindirden ayrı olmasından tektir. Sonuç olarak, örnek silindirin başlangıç ​​sıcaklığından etkilenmez ve tekrarlanabilir yük sağlar. Deneysel geometrisi silindirin uzunluğu boyunca yaklaşık yarısı bulunan ucu ile hedef silindir içine monte ogive bir çelikten oluşmuştur. Bir tek aşamada hafif gaz gun daha sonra 1000 metre / saniyeye kadar hızlarda silindire bir konkav yüzü olan bir polikarbonat mermi başlatmak için kullanılır -1. Hedefin eksen silindir dikkatle tekrarlanabilir ve homojen yük kolaylaştırmak için gaz namlu eksenine hizalanmış olduğunu. po etkisi ve sonraki akışsözde sert çelik ogive etrafında lycarbonate mermi, iç duvarından genişleme içine silindir sürücüler. ogive insert ve merminin konkav yüzü geometrisi dikkatle silindirin istenilen genişleme oluşturmak için hidro-kod bilgisayar simülasyonları kullanarak optimize edilmiştir. Gücünü tahrik mekanizması tutarlı kalır sağlanması, ilgi konusu sıcaklık aralığı üzerinde polikarbonat merminin çok daha yüksek olduğu için ogive 4340 alaşımlı çelik kullanma sıcaklıkta silindir ile deney sağlar. Isıtılmış ve soğutulmuş deneylerden kazanılan Ogives yalnızca etkinin bir sonucu olarak en az deformasyon sergiler. Örnek silindirin ısıtma ve soğutma ogive ucun arka işlenmiş bir girinti içine sıcaklık kontrol donanımı yüklenmesi ile gerçekleştirilir. Kriyojenik sıcaklıklarda (~ 100 K) numunenin soğutma için, ogive girinti, bir alüminyum kapak ile kapatıldı ve sıvı azot F&#39;dirboşluğu yoluyla izin verilmelidir. Hedef silindir gibi örnek iletimi yoluyla soğutulur ogive ile büyük bir temas alanı vardır. 1000 K yaklaşan sıcaklıklarda hedef silindir ısıtmak için, bir seramik ve Nikrom direnç ısıtıcısı ogive girintiye yerleştirilir. Bir yüksek akım güç kaynağı ogive ve silindir ısıtma, 1 kW&#39;a kadar sağlar. Silindir ve ogive termal hedeften izole edilmiştir MACOR seramik aralama kullanımı yoluyla tek aşamalı gaz-gun monte. Tank termal manipülasyon yardımları deney sırasında orta vakum (&lt;0.5 Torr) altında tutulur. Silindirin parçalanma sürecini teşhis etmek amacıyla, deneysel tasarım silindir boyunca noktalarda genişleme hızını ölçmek için, frekans-dönüşüm PDV birden fazla kanalı içerir. PDV derece dinamik olaylar sırasında yüzey hızlarının ölçümü sağlayan nispeten yeni 11, fiber optik bazlı interferometri tekniğidir. Bir PDV Ölçüm sırasında, Doppler ışığı hareket eden yüzey hızı ile doğrudan orantılı olan bir atım frekansı oluşturmak un kaydırmalı ışık ile birleştirilmiş olan bir fiber optik prob kullanılarak ilgi konusu bir hareket eden yüzey yansıyan kaymıştır. Esasen, bir PDV sistem GHz aralığındaki rekor yendi frekanslarına yakın kızıl ötesi (1.550 mil) iletişim teknolojisindeki gelişmeler kullanılarak hızlı Michelson interferometresi olduğunu. Mevcut çalışmada kullanılan 100 mm odak uzunluklu PDV problar için montaj sistemi bu silindirin sıcaklığı izole edilir ve kolayca uyum sağlar olmasını sağlar. 100 mm&#39;lik odak uzaklığı problar kullanılarak ek bir avantajı, bütün silindirin genişlemesi profilini ölçmek için yüksek hızlı fotoğraf mümkün kılmak için yeterli bir optik erişim sağlamasıdır. . silindir boyunca dört sonda, MS düzenlenmesi ve konumu, Şekil 1 &#39;de gösterilen iki adet yüksek hızlı kameralar burada kullanılmaktadır; yüksek hızlı video kamera Phantom V16.10 24 fotoğraf çekimi, 250.000 fps ve IVV UHSi 12/24 çerçeveleme kameraya çalışan. IVV kamera silindir doğru izlenebilir silindirin radyal genişleyen kenarı sağlayan siluet aydınlatılmış şekilde aydınlatılan edilir. Phantom kamera arızası başlatma ve parçalanma sürecini görüntüleme ışıklı cephesidir. yüksek hızlı fotoğrafçılık sonra tam numune boyunca zorlanma ve gerilme oran vermek velosimetri ile ilişkili olabilir. yüksek hızda görüntüleme da başarısızlık suşu doğru ölçü ve yüzey boyunca kırık desenleri sağlar. Aşağıdaki protokol bölümünde sunulan deneysel teknik, farklı bir kırılma mekanizmaları aktif ya da bastırılabilir içinden genişleyen silindir deneyde, örnek sıcaklığını kontrol etmek için bir araç sağlar. Bu teknik, dinamik yükleme senaryoları sıcaklığın rolünün daha kapsamlı bir anlayışa yol açacaktır.

<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

bir gövde dinamik kırılması tipik olarak bir numune homojen gerilme ve gerilme oranı altında deforme edildiği basitleştirilmiş koşulları altında incelenmiştir geç aşamalı bir olgudur. Bu eşit olarak silindirin iç yüzey yüklemesi ile üretilebilir. Silindir genişledikçe nedeniyle eksenel simetri için duvar çevresi üniform bir gerilme çember stresi yerleştirilir. Bu tür patlayıcılar, elektromanyetik sürücü olarak bu genişleme oluşturmak için çeşitli teknikler ve mevcut gaz tabancası teknikleri varken hepsi numune silindir oda sıcaklığında olmalıdır aslında sınırlıdır. Biz tutarlı, tekrarlanabilir yükleme ile 150 K K 800 ila silindir üzerinde deney kolaylaştıran bir gaz tabancası kullanarak yeni bir yöntem. Bu son derece teşhis deneyler kırık çalışmamasından sorumlu mekanizmalar ve parçalanma istatistiklerine onların sonuçlanan etkisi üzerine sıcaklığın etkisini incelemek için kullanılır. Deneysel geometri kullanan birÇelik ogive yer hakkında yarım bulunan ucu ile, hedef silindirin içinde bulunan. Bir tek aşamalı hafif gaz tabancası sonra 1.000 m / sn silindire bir polikarbonat mermi başlatmak için kullanılır -1. mermi etkileri ve içeriden örnek silindir sürüş, sert ogive etrafında akar. olmayan bir deforme ogive insert kullanımı bize silindirin arka iç sıcaklık kontrolü donanımını yüklemenize olanak tanır. Sıvı azot (LN 2), soğutma ve ısıtma için dirençli bir yüksek akım yükü için kullanılır. Yüksek hızlı görüntüleme hatası gerginlik ölçmek için kullanılır ise upshifted foton Doppler (PDV) Çoklu kanal, bilgisayar simülasyonları ile doğrudan karşılaştırma sağlayan silindir boyunca genişleme hızını izleyebilirsiniz. iyileşti silindir parçaları da başarısızlık mekanizmasını anlamak için optik ve elektron mikroskobu tabidir.

verilerin kalitesi öncelikle deneysel zamanlama bağlıdır. Tetikleyici etkisi gecikmeler doğruysa o zaman flaş lambaları net görüntüler üretmek için yüksek hız kameraları sağlayan hedef silindir deforme başladığında yeterli ışık üreten olacaktır. Bu durumda çerçeveleme kameradan görüntüleri tüm silindirin deformasyon izlemek için kullanılabilecek bir açık siluet kenar olacak. Örneğin ImageJ gibi yazılım Şekil 2&#39;deki gibi bir görüntü üreten her çerçeve iç...

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.

Dinamik Kırık ve Parçalanma Sıcaklık Bağımlılığı incelenmesi için bir yöntem

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 Görüntüleme.  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-dinamik Öngerilimlenmesi Yöntem Ciddi Underdamped saçak-alanında Elektrostatik MEMS Eyleyiciler Zaman İyileştirme Anahtarlama

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

Mühendislik

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions. Oxide interfaces exhibit a wide range of properties that can be controlled include conduction, piezoelectric behavior, ferromagnetism, superconductivity and nonlinear optical properties. Recently, methods for controlling these properties at extreme nanoscale dimensions have been discovered and developed. Here are described explicit step-by-step procedures for creating LaAlO3/SrTiO3 nanostructures using a reversible conductive atomic force microscopy technique. The processing steps for creating electrical contacts to the LaAlO3/SrTiO3 interface are first described. Conductive nanostructures are created by applying voltages to a conductive atomic force microscope tip and locally switching the LaAlO3/SrTiO3 interface to a conductive state. A versatile nanolithography toolkit has been developed expressly for the purpose of controlling the atomic force microscope (AFM) tip path and voltage. Then, these nanostructures are placed in a cryostat and transport measurements are performed. The procedures described here should be useful to others wishing to conduct research in oxide nanoelectronics.

Oxide nanostructures provide new opportunities for science and technology. The interfacial conductivity between LaAlO3 and SrTiO3 can be controlled with near-atomic precision using a conductive atomic force microscopy technique. The protocol for creating and measuring conductive nanostructures at LaAlO3/SrTiO3 interfaces is demonstrated.

Yazma ve Oksit Nanoyapıların Düşük Sıcaklık Karakterizasyonu

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

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).

Tam Set Malzeme sabitleri Karakterizasyonu ve rezonans Ultrason Spektroskopisi kullanarak Piezoelektrik Malzemelerin Onların Sıcaklık Bağımlılığı

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.

Yeni Malzemelerin Düşük sıcaklık Magnetotransport Ölçüm İleri Deneysel Yöntemler

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.

Hiperpolarize Manyetik Rezonans Ajanlar Araştırmaları bir Multi-bölmesi Dinamik Tek Enzim Phantom Kullanımı

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.

Yüksek Sıcaklık Plazma Tanı olarak Kullanım için X-ışını Görüntüleme Kristal Spektroskopisi Uygulanması

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.

Tarama Transmisyon Elektron Mikroskobu kullanılarak Sıvı Nano-ölçekli Nesnelerin dinamik Süreçlerinin İncelenmesi

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

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common procedure for collecting traces of explosives, and standardized measurements of collection efficiency are needed to evaluate and optimize sampling protocols. The approach described here is designed to provide this measurement infrastructure, and controls most of the factors known to be relevant to wipe-sampling. Three critical factors (the applied force, travel distance, and travel speed) are controlled using an automated device. Test surfaces are chosen based on similarity to the screening environment, and the wipes can be made from any material considered for use in wipe-sampling. Particle samples of the explosive 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) are applied in a fixed location on the surface using a dry-transfer technique. The particle samples, recently developed to simulate residues made after handling explosives, are produced by inkjet printing of RDX solutions onto polytetrafluoroethylene (PTFE) substrates. Collection efficiency is measured by extracting collected explosive from the wipe, and then related to critical sampling factors and the selection of wipe material and test surface. These measurements are meant to guide the development of sampling protocols at screening venues, where speed and throughput are primary considerations.

Optimized sampling protocols and the development of new wipe materials can be facilitated by standardized measurements of collection efficiency from wipe-sampling. Our approach for sampling trace explosives uses an automated device to control speed, force, and distance during wipe-sampling followed by extraction of collected explosives.

İz Patlayıcı Wipe-örneklemenin toplama verimi ölçümü için standart yöntem

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

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.

tarafından Nano yapılı yitriya stabilize-Zirkonyum (YSZ) iskelelerinin Yüksek Sıcaklık Fabrikasyon<em&gt; Situ</em&gt; Karbon şablonu Kserojeller

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.

Atom katman birikimi Vanadyum dioksit ve sıcaklık-bağımlı optik manken

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 ...