Yazarlar katkıları teknik destek için ve ayni Honda R &amp; D NASA Glenn ve Duane Detwiler Tim Krantz kabul etmek istiyorum. Bu araştırma için mali destek Akıllı Araç Kavramları Merkezi (www.SmartVehicleCenter.org) üyesi kuruluşlar tarafından sağlanan, Ulusal Bilim Vakfı Sanayi / Üniversite Kooperatif Araştırma Merkezi (I / UCRC). SD Akıllı Araç Kavramlar Yüksek Lisans Burs ve The Ohio State University Graduate School Üniversite Bursu tarafından desteklenmektedir.

Modifiye tribometre 1. Gelişimi <ol><li> Chuck-motor alt sistemi yükleyin. <ol><li> Seviye titreşim yalıtım tablo. Masaya DC motor yerleştirin; şim motoru eşitlemek ve dikmeler ve cıvata ile sabitleyin. Motorun etrafında destek çerçevesi yerleştirin. </li><li> Bir anahtar kullanarak motor miline yivli mili bağlayın. Splined mil plakasındaki delikten gidiyor çerçeve üzerinde destek plakasını koyun. Set destek plakasına ve yivli şaft etrafında iğne rulman itme. Kesme sıvıları ile yatağı yağlayın. </li><li> Yivli bir tarafında şaft kaplin ve diğer tarafta Chuck&#39;un cıvata modeline sahip bir adaptör plaka yoluyla aynasının için yivli mil bağlayın. Bu noktada, ayna eksenel yatak vasıtasıyla bir çerçeve ile desteklenir ve germe plakası aracılığıyla motora bağlanmasıdır. </li></ol></li><li> Gymbal donanımını takın. <ol><li> U-kanal destekleri, dirseklerini kullanarak destek çerçevesini oluşturmak vecıvataları. Sütunlar dört uzun destekleri kullanın ve çapraz kirişler gibi üç kısa olanları kullanın. </li><li> Braketleri ve cıvataları kullanarak titreşim izolasyonu masaya dört ayağı sabitleyin. Cıvata ve somun kullanarak orta çapraz kirişe gymbal tertibatını bağlayın. </li><li> Gymbal mecliste bir yatay-odaklı yük hücresi takın; bir tel ile gymbal koluna diğer tarafı bağlanırken katı, gymbal meclisin çerçeveye yük hücresinin bir tarafını bağlayın. </li></ol></li><li> Piezoelektrik erişim düzeneğini birleştirin. <ol><li> Piezoelektrik yığının delikten uzun, tam dişli çubuk 3 yerleştirin; tek pul ve yığının her iki ucunda bir somunu koymak; yaklaşık 1/8 tek somun ucundan çıkıntılı iplik bırakın. </li><li> Her iki yığın içinde bir ön yük oluşturmak için ucunda somunları sıkın. Somunları ve pulları kullanarak gymbal koluna uzun maruz konuları bağlayın. Aynanın piezo-aktüatör ve insert diskin diğer ucuna Konu palamut somunu (bu meşe palamudu somunve disk) değil, test için, kurulum amaçlı olarak kullanılmaktadır. </li><li> Meşe palamudu somun diskin üst ile temas halindedir ve gymbal kol düzeyinde böylece gymbal montaj yüksekliğini ayarlayın. </li><li> Meşe palamudu somun ve diskin arasındaki temas noktası yaklaşık 25 mm uzakta diskin dönme merkezine şekilde gymbal montaj konumunu ayarlayın. Istikrarı sağlamak için set-up tüm cıvataları sıkın. </li></ol></li><li> Sinyal nesil, sinyal amplifikasyon ve veri toplama alt sistemlerini kurmak. <ol><li> Bir laboratuar bilgisayara veri toplama sistemi bağlayın. Bir elektrik amplifikatör girişine sinyal üretecinin çıkışını. Piezoelektrik yığının giriş telleri ile amplifikatör çıkışını bağlayın. Veri toplama sistemine amplifikatör monitörleri bağlayın. </li><li> Bir sinyal kremi yük hücresini bağlayın ve ardından veri toplama sistemine sinyal kremi çıkışı bağlayın. </li></ol></li><li> Ek set-up.<ol><li> Hava alışveriş hava hortumunu bağlayın. Böyle piezo-aktüatör onun çıkış noktaları bu çerçeveye hortumun ucunu sabitleyin. Piezo hareketlendiriciye termokupl ucu bantlayın. Okuyucuya termokupl uçlarını bağlayın; çerçeve üzerinde okuyucuya asmak. </li></ol></li></ol> 2. Ön Test Hazırlama <ol><li> Motorun dönüş hızını ayarlayın. <ol><li> Aynanın jant mıknatıs takın. Chuck yakın bir yer Hall-effect prob. Bu veri toplama sistemine bağlıdır Gaussmetre Hall-etkisi probunun çıkışını. </li><li> Veri toplama yazılımını açın ve veri toplama başlar. Motorun açın; 10 (motor sağlayan en düşük dönüş hızı) motor kontrol ünitesinin hız düğmesini çevirin. Motor 10 devrimler için döner sonra motoru kapatın. Veri toplama bitirin. </li><li> Kaydedilen verileri analiz; Gaussmetreyle çıkış sinyalinin iki pik arasındaki zaman motoru çürümeye zamanıbir tam devrimi yedi. </li><li> 10 artışlarla 10 ila 100 (en yüksek dönme hızı, motor sağlar) den düğmeyi çevirin; Tekrar 2.1.3 ile 2.1.2 numaralı adımları. </li></ol></li><li> Arayüzünde normal kuvvetini ölçmek için meşe palamudu somun ve diskin arasındaki yük sensörü yastık yerleştirin. İnce makine torna kullanarak test disklerin yüzey. </li><li> Temizleyin meşe palamudu somun ve disk testi hemen önce test edilecek. <ol><li> Plastik eldiven giyin ve laboratuar mendillerin mask.Prepare parçalarını yüz; 1 inç kare şeklinde katlayın. Doku kareler üzerinde etanol Sprey; nazikçe onlarla palamut somunu ve diskin yüzeyini silin. </li></ol></li><li> Temiz meşe palamudu somunu ve diski takın. <ol><li> , Piezo-aktüatör üzerine palamut fındık geçirin açık uçlu anahtarı ile sıkın. Chuck diski takın; Emin meşe palamudu somun ucu disk yüzeyi ile temas halindedir yapmak için konumunu ayarlamak. </li><li> Disk ve gymbal kolunun üst yüzeyini aynı hizaya getirin. Yani Chuck sıkınDisk sıkıca tutulur söyledi. </li></ol></li><li> Disk dönme salgıyı ölçün. <ol><li> Bir fikstür lazer deplasman sensörünü takın ve tribometre yanına fikstür koyun. Disk sensörün aralığında ve lazer ışınının diske normal olduğunu, böylece sensörün yüksekliğini ve açısını ayarlayın. </li><li> Veri toplama sistemine sensörün çıkışını bağlayın. Veri toplama başlatın. Motorun açın ve 10 devrimler için diski döndürmek; motoru kapatın. Veri toplama bitirin. </li></ol></li></ol> 3. Test gerçekleştirin <ol><li> Ultrasonik titreşimler ile testler. <ol><li> Tel ve iki kasnak ile gymbal kola bağlanan bir kanca Hang 2 N ağırlık. Ağırlıkça palamudu somun ve disk arasında normal bir yük uygulamak için kullanılır. </li><li> Yük hücresi yatay gösteriş sağlamak için gymbal kola bağlanan diğer kanca başka bir 2 N ağırlığını asın. </li><li> SinyaliniDC ile sürekli bir sinüsoidal sinyal temin etmek için jeneratör, 3 V 3 V genliğini kayması ve 22 kHz (piezo-aktüatörün rezonans frekansı) sıklığı. Ofset 3 V piezo-aktüatör gerginliği önlemek için kullanılır unutmayın. </li><li> Veri toplama (azaltılmış sürtünme kuvveti) başlatın. Amplifikatörü açın ve 4,67 gerçek bir kazanç (kazancı topuzu üzerindeki sayılar keyfi) karşılık 15 kazanç topuzu, çevirin. </li><li> Motorun açın; 20,3 mm / sn bir lineer hız temin etmek 6,67 rpm dönme hızını ayarlayın. 4 saat testini çalıştırın. </li><li> Motor ve amplifikatör kapatın ve ardından veri toplama durdurun. Set-up test palamut somunu ve diski çıkartın; Tekrarlayın yeni meşe palamudu somun ve diski takmak için 2.5 2.3 adımları tekrarlayın. </li><li> Tekrarlayın 3.1.6 3.1.1 adımlar. Adımda 3.1.5 yılında 13.3 rpm ve sırasıyla 40,6 mm / sn ve 87 mm / sn, doğrusal hızları sağlamak için 28,7 rpm dönme hızını ayarlamak; 2 ve 0.94 saat Nominal değerden uygun için testlerondingly. </li></ol></li><li> Ultrasonik titreşimler olmadan Testleri. <ol><li> Adımı yineleyin 3.1.6 meşe palamudu fındık ve diskleri değiştirmek için. Tekrarlayın sinyal jeneratörü ve sinyal yükseltici kapalı (ölçülen sürtünme içsel sürtünme) ile 3.1.6 için 3.1.1 adımlar. </li></ol></li></ol> 4. Optik Profilometre Ölçümleri <ol><li> Ölçüm hazırlık <ol><li> Adımı 2.3 kullanan ölçümlerin hemen önce diskleri temizleyin. Diskin ağız etrafında sekiz eşit olarak dağıtılmış işaretleri yapın. Profilometre yazılımını açın. </li><li> Objektif ve numune platformu arasında yeterli boşluk kalmayacak şekilde lensi kaldırın. Numune platformu dengeleyin. Platformda silin laboratuvarda bir parça yerleştirin. </li><li> Yavaşça profilometre önünde bakan sekiz işaretlerden biriyle birlikte doku üzerine numuneyi yerleştirin. </li></ol></li><li> Ölçüm ayarları. <ol><li> Işlem türü olarak VSI (Dikey Tarama İnterferometre) seçin. Için 5X lensi seçingörünümü ve genel şekil geniş alan. 2.4 mm 1.8 mm tarama alanı için 0.55 x büyütme seçin. </li><li> 1X tarama hızını seçin. -100 M 100 m tarama aralığı ayarlayın. Ekranda bir bulanık görüntü kalmayıncaya kadar numune doğru aşağı lensi getirin. Görüntü netleşene kadar lensin yüksekliğini ayarlayın. </li><li> Taramaları sayısı her ölçüm için ortalama olarak 2 seçin. Ölçüm düğmesini tıklatın. </li></ol></li><li> Post-ölçüm yöntemleri. <ol><li> Bütün numune tilt için ham görüntü düzeltmek için yazılımda tanımlanan vizyon tarifi kullanabilirsiniz. Yazılımda analiz araç kutusunu açın. </li><li> &quot;Temel İstatistikleri&quot; kalemi ölçülen pürüzlülük değerleri edinin. &quot;Ses&quot; öğesinden tarama alanı içinde aşınma izinin ölçülen hacim kaybı edinin. </li><li> X ve y yönlerinde 1D profillerin görüntüleri kaydetmek, 2B profil, 3 boyutlu profil yanı sıra pürüzlülük değerlerinin tablo. Inci gelene kadar saat yönünde çevirin örneke sonraki işareti profilometre ön yüzleri. </li></ol></li><li> Tekrarlayın 4.2 Kalan 7 işaretleri 4.3 adımları. </li><li> Yineleyin 4.1 adımları tekrarlayın. Altı diskler üzerinde 4.4&#39;e. </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.

Deneyler ultrasonik sürtünme ve aşınma azaltma lineer hız etkisini araştırmak için bu protokolü kullanılarak yapılmıştır. Ölçümler ultrasonik titreşimler etkin bir şekilde sürtünmeyi azaltmak ve üç doğrusal hızlarda giymek olduğunu göstermektedir. Önceki gözlemlerle uyumlu olarak, sürtünme azaltma miktarı 87 mm / sn% 29.3 ile 20.3 mm / sn 62.2 den% azalır. Aşınma azaltma lineer hız (% 48.6 kadar% 45.8) değişen ihmal edilebilir düzeydedir. Ultrasonik dal...

Birbirlerine rulo akraba kaydırın veya Sürtünme iki temas yüzeylerinin arayüzünde bulunmaktadır. Sürtünme genellikle aşındırıcı veya yapışkan aşınma ile birlikte oluşur. 1 Ultrasonik yani yüksek frekanslı olayların ardındaki bilim, dalgalar, akustik aralıkta (20 kHz) üzerinde frekanslarda yolculuk. Ultrasonik alan temelde iki farklı rejimleri kapsar. Bir rejim, tıbbi ultrason ya da yapıların tahribatsız muayene gibi görüntüleme işlemlerinde kullanılan olduğu gibi düşük yoğunluklu dalgaları içerir. Diğer yüksek-enerjili dalgalar yürütmek veya plastik ve metallerin kaynak olarak mühendislik süreçlerini desteklemek için kullanılan hangi bir yüksek güç rejimidir. Kayar temas ara yüzeyde etkin sürtünme kuvveti azaltır bölgesindeki iki Yüzeylerin ara-yüzündeki ultrasonik titreşimlerin ikinci türden bu uygulama gösterilmiştir. Bu olgu ultrasonik yağlama olarak bilinir. Elde etmek içinİki sürgülü nesneler arasındaki ultrasonik yağlama, ultrasonik frekanslarda göreceli titreşim aralarında kurulmalıdır. Titreşimler, tipik olarak boyuna, enine, veya kayma hızına göre dik yönde ya da iki nesne birine tatbik edilir. Ucu tribometre en döner bir diske dik yönde titreşecek şekilde, bu çalışmada, bir sürtünme ölçer pin Bir piezoelektrik aktüatörün ile donatılmıştır. Piezoelektrik malzemeler uyarma alanı olarak aynı frekansta titreşen elektrik alanlara maruz kaldığında deforme &quot;akıllı&quot; bir malzeme sınıfıdır. Piezoelektrik malzemeler MHz aralığı içine iyice frekanslarda titreşir olabilir. Makroskopik hızına üst üste olmak, ultrasonik titreşimlerin anlık sürtünme kuvveti yönü ve kombinasyon halinde etkili bir sürtünme kuvveti ve yüzey aşınma bir azalmaya yol açar yüzeyleri arasındaki teması, bir sıra etkisi vardır. </p&gt; Ultrasonik sürtünme azaltma pratik üretim sistemleri ortaya konmuştur. Örneğin, bu teknoloji bir araç ve metal işleme iş parçasının ve delme, presleme, haddeleme tabaka ve tel çekme olarak şekillendirme işlemleri arasındaki kuvveti azaltmak için kullanılmıştır. Faydaları yüzey 2 ve nihai üründen madeni yağ çıkarmak için pahalı ve çevreye zararlı deterjanlar için azaltılmış ihtiyacı geliştirilmiş içerir. Potansiyel diğer alanlarda ultrasonik yağlama uygulamaları da vardır. Örneğin, ultrasonik yağlama ölçüde madeni yağ veya kaplamalar ihtiyacını ortadan kaldırarak, kişisel sağlık bakım ürünleri kullanıcı deneyimini geliştirmek olabilir. Araç koltukları ve raylar arasındaki sürtünme azaltma, aksi takdirde geleneksel bileşenleri ve mekanizmal tarafından işgal olacağını koltuk hareketi, tasarruf alanı ve kitle kolaylaştırır oysa otomobil uygulamalarında, sürtünme modülasyon topu eklem performansını artırabilirsinizSMS. Ultrasonik yağlama ayrıca motor ve süspansiyon sistemlerinde sürtünmeyi azaltarak yakıt verimliliği artırmak için yardımcı olabilir. 3 Geleneksel yağlar kullanılamaz uzay uygulamalarında, ultrasonik yağlama aşınmayı azaltmak ve dramatik kritik bileşenlerin ömrünü uzatmak için kullanılabilir. Ultrasonik yağlama sayesinde sürtünme azaltma Laboratuvar gösteriler çoktur. Sürtünme azaltma ultrasonik yağlama ve uygulanan ultrasonik titreşimlerle sürtünme kuvveti olmadan ölçülen sürtünme kuvveti arasındaki fark olarak ölçülür. Her iki durumda da, sürtünme kuvveti ile doğrudan kuvveti sensörü ile ölçülmektedir. Littmann ve ark., 4-5 bir kuvvet sensörü ve bir çerçeve sürtünme kuvvetlerini ölçmek ve normal yükler uygulamak için yüklü edildiği bir kaydırıcı, bir piezoelektrik odaklı çalıştırıcıyı bağladı. Bir pnömatik aktüatör bir kılavuz rayı boyunca aktüatör ile birlikte sürgüsünü için kullanılmıştır. Sesüstüc titreşimler uzunlamasına kayma hızına yönde uygulanmıştır. Bharadwaj ve DaPino 6-7 yığınının iki ucunda konik dalga kılavuzu bağlı bir piezoelektrik yığını çalıştırıcıyı kullanarak benzer deneyler yapılmıştır. İletişim koni küresel kenarları ve kılavuz rayın yüzeyinde arasında yer aldı. Gibi iletişim sertliği, normal yükü ve küresel sertliği gibi sistem parametrelerinin etkileri incelenmiştir. Kumar ve Hutchings 8 ultrasonik transdüser tarafından enerji bir Sonotrode üzerinde bir pin yüklü. Ultrasonik titreşimler oluşturulur ve takım çeliği yüzeyi ile temas içinde yerleştirilmiştir pim için iletilmiştir. Normal kuvvet, bir pnömatik silindir tarafından uygulanan ve bir yük hücresi tarafından ölçülmüştür. Pim ve disk arasındaki nispi hareketi ileri geri hareket tablosu tarafından oluşturuldu. Pohlman ve Lehfeldt 9 da bir pin-on-disk deney uyguladı. Diğer çalışmalarda aksine, bir magnetostrict istihdamultrasonik titreşimler üretmek için dönüştürücüyü ive. Ultrasonik sürtünme azaltma için optimum yönünü incelemek için, dönüştürücü itinal bu yüzden titreşim yön makroskopik hızına, boyuna enine ve dikey olduğunu söyledi. Bunlar kuru ve yağlanmış yüzeylerde hem ultrasonik sürtünme azaltma okudu. Popov ve ark., 10 konik bir dalga kılavuzu ile birlikte bir aktüatör kullanılabilir. Aktüatör, bir döner taban plakası ile temas içinde yerleştirilmiştir. Çeşitli sertlikteki dokuz malzemelerden yapılmış Konileri ultrasonik sürtünme azaltma malzeme sertliğinin etkisini incelemek için kabul edildi. Dong ve DaPino 11-13 yaratmak ve yuvarlatılmış kenarları olan prizmatik bir dalga kılavuzu ultrasonik titreşimlerin iletimi için bir piezoelektrik transdüser kullanılabilir. Boyuna titreşim nedeniyle Poisson etkisi dikey titreşim neden olur. Kavisli bir üst ile bir kaydırıcı dalga kılavuzu altında temas edecek şekilde yerleştirilmiştir. Bir çerçeve temas arayüzünde normal kuvvetleri uygulamak için inşa edilmiştir. TO kaymak dalga kılavuzunun merkezi alanı çevresinde elle çekildi; Sürtünme kuvveti kayıcı parçaya bağlı olan bir yük ölçer ile ölçülmüştür. Ultrasonik kaynaklı aşınma azaltılması da araştırılmış ve gösterilmiştir. Cilt kaybı, kilo kaybı ve yüzey pürüzlülük değişimleri wear.Chowdhury şiddetini ölçmek için kullanılır ve Helali 14 pin-on-disk kurulumunda dönen disk vibrasyonlu. Titreşimler dönen disk altında bulunan iki paralel plaka bir destek yapısına ile oluşturulmuştur. Üst plaka alt plakanın üst yüzeyinde gravür bir yuvaya slaytlar merkez dışı alt yüzeyine monte küresel bir topu, yer alır. Üst plaka dönüşü sırasında dikey hareket edecek şekilde yuva periyodik değişken derinlikte işlenmiş oldu. Frekansları dönme hızına göre 100 Hz civarında değişmektedir. Bryant ve York 15-16 w mikro titreşimlerin etkisini okuduKulak küçültme. Bir ucu, bir iplik çelik disk ve bir helezoni yay bağlı diğer ucunda dinlenmiş ile Bir tutucu boyunca bir karbon silindir yerleştirilir. Titreşim için yer olduğunu bu yüzden bir durumda, silindir rahat tutucuya takıldı. Diğer durumlarda, açıklıklar silindir iplik diskine temas iken silindir mikro titreşimi sağlamak için bırakıldı. Silindirin ağırlık kaybı aşınma oranının hesaplanması için ölçülmüştür. Kendinden oluşturulan mikro titreşimler kadar% 50 oranında aşınmayı azaltmaya yardımcı olduğu gösterilmiştir. Goto ve Ashida 17-18 de pin-on-disk deney benimsemiştir. Onlar konik koni ve boynuz üzerinden dönüştürücü ile pim örnekleri bağladı. Pimi disk yüzeyine dik yönde titreşim. Kitle, normal yük uygulamak için onun üstünde transdüktörüne bağlandı. Sürtünme kuvvetleri diski döndürmek için uygulanan tork tercüme edilmiştir. Aşınma hem çünkü yapıştırıcı olarak tespit edildipim ve disk karbon çeliğinden yapılmıştır. Aşınma oranları hacim kaybı ölçümlerinden hesaplandı. Bu lineer hızı ultrasonik yağlama önemli bir rol oynadığı gösterilmiştir. Bu araştırmanın deneysel bileşeni lineer hız sürtünme ve aşınma azaltma bağımlılığı üzerinde duruluyor.

<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

Sürtünme ve aşınma mühendislik sistemlere zararlıdır. Iki kayar yüzeyleri arasındaki ara yüzey akustik aralığı (20 kHz) üzerindeki bir frekansta titreşime tâbi edildiğinde de ultrasonik yağlama elde edilir. Geleneksel yağlar olanaksız veya istenmeyen olduğu bir solid-state teknolojisi olarak, ultrasonik yağlama kullanılabilir. Ayrıca, ultrasonik yağlama iki kayar yüzeyler arasında etki eden sürtünme elektriksel modülasyonu sağlar. Bu özellik onların sürtünme devlet ve işletme koşulları değiştikçe ilişkili dinamik cevabı değiştirmek adaptif sistemlerin sağlar. Yüzey aşınması da ultrasonik yağlama yoluyla azaltılabilir. Biz sürtünme kuvveti azaltma bağımlılığını araştırmak ve ultrasonik yağlanan yüzeyler arasındaki doğrusal kayma hızına azaltma giymek için bir protokol geliştirmiştir. Bir pim-disk tribometre bir piezoelektrik istifin 22 pimi titreşmeye kullanıldığı ticari birimlerinden farklı olan inşadöner disk yüzeyine normal kHz. 20.3, 40,6 ve 87 mm / sn: Etkili sürtünme kuvveti, hacim kaybı ve yüzey pürüzlülüğü dahil Sürtünme ve aşınma ölçümleri olmadan ve 4 MPa ve üç farklı sürme hızları 1 sabit basınçta ultrasonik titreşimlerle ölçülür. Optik profilometre aşınma yüzeylerini tanımlamak için kullanılır. Etkili sürtünme kuvveti 20.3 mm / sn% 62 oranında azalır. Sürekli ultrasonik yağlama için mevcut teorilerle, sürtünme kuvveti yüzde azalma 87 mm / sn aşağı% 29 sürtünme kuvveti azalma, hızını artırma ile azalır. Aşınma azaltılması ele alınan üç hızlarda (% 49) esas itibariyle sabit kalır.

Burada sunulan temsili ölçümleri, Şekil 1 &#39;de gösterilen tadil edilmiş tribometre elde edilmiştir. Piezoelektrik aktüatör 22 kHz&#39;lik bir frekansta 2.5 um genliği ile titreşimleri oluşturur. Sürtünme bağımlılığını incelemek ve doğrusal hıza azalma giymek için, üç farklı hızlar (20.3, 40.6 ve 87 mm / sn) motorun dönme hızını değiştirerek diske uygulanmıştır. Her üç grup için, disk devir sayısı ve pin hareket mesafesi sırasıyla 1,600 ve 292.5 m olarak se?...

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.

Ultrasonik Yağlama üzerinde deneyler bir piezoelektrik destekli tribometre ve Optik profilometre kullanma

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 Görüntüleme.  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.

İnşaat ve Lityum İyon pillerin Coin Hücre Testi

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

Mühendislik

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.

Fiber Çizim Yöntemi Kullanma Fabricating meta malzeme

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.

Nanopartiküllerin Optik Yakalama

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.

İyon Püskürtme Uygulamaları, Lazer Ablasyon ve Triboloji Deneyler: Beyaz Işık Interferometre ile yüzey modifikasyonları Karakterizasyonu

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.

İleri Işık Source Alev Deneyler: İs Oluşumu Süreçlerinin içine Yeni Trendleri

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.

Bir Nano-Optik Konveyör Bant imalatı ve İşletilmesi

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.

Boya Deneyler ve Simülasyonu kullanarak yatak oluşumları sayesinde Hyporheic Akışı görselleştirme

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.

Çok çekirdekli Fibers Bragg Izgaralar Yazma

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.

MEMS Muayene ve Karakterizasyonu için kompakt Lens az Dijital Holografik Mikroskop

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.

Ultrasonik yorgunluk gerginlik-sıkıştırma modunda test

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 ...