Name: method development for contactless resonant cavity dielectric spectroscopic studies of cellulosic paper
Uploaded: 2019-10-04T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper at JoVE.com

United States Government Publishing Office und das National Institute of Standards and Technology.

1. Aufbau der Materialien
<ol><li>Zeichnen Sie alle Produktionsinformationen auf, die mit dem Papiergehalt bereitgestellt werden (z. B. Basisgewicht, beworbener PCW-Inhalt des Herstellers und angekündigte Helligkeit des Herstellers).</li>
	<li>Nehmen Sie durchschnittlich zehn Dickenmessungen entlang eines Blechs aus dem Ream, mit einem Bremssattel.</li>
	<li>Identifizieren Sie die Maschine und Kreuzrichtungen des Blechs (d. h. die Maschinenrichtung ist die lange Dimension).</li>
	<li>Mit einem Winkelmesser identifizie...

<ol>
	<li>Marinissen, E. J., Zorian, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Test Conference, 2009. ITC 2009. International. , 1-11 (2009).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> TAPPI/ANSI Method T 401 om-15, Fiber analysis of paper and paperboard. , (2015).</li><li>Jablonsky, M., 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=Cellulose+Fibre+Identification+through+Color+Vectors+of+Stained+Fibre.">Cellulose Fibre Identification through Color Vectors of Stained Fibre.</a> BioResources. 10 (3), 5845-5862 (2015).</li><li>El Omari, H., Zyane, A., Belfkira, A., Taourirte, M., Brouillette, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+Properties+of+Paper+Made+from+Pulps+Loaded+with+Ferroelectric+Particles.">Dielectric Properties of Paper Made from Pulps Loaded with Ferroelectric Particles.</a> Journal of Nanomaterials. 2016, 1-10 (2016).</li><li>Sahin, H. T., Arslan, M. 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+Study+on+Physical+and+Chemical+Properties+of+Cellulose+Paper+Immersed+in+Various+Solvent+Mixtures.">A Study on Physical and Chemical Properties of Cellulose Paper Immersed in Various Solvent Mixtures.</a> International Journal of Molecular Sciences. 9, 78-88 (2008).</li><li>Einfeldt, J., Kwasniewski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+Different+Types+of+Cellulose+by+Dielectric+Spectroscopy.">Characterization of Different Types of Cellulose by Dielectric Spectroscopy.</a> Cellulose. 9, 225-238 (2002).</li><li>Zteeman, P. A. M., van Turnhout, J., Kremer, F., Schonhals, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+Protperties+of+Inhomogenous+Media.">Dielectric Protperties of Inhomogenous Media.</a> Broadband Dielectric Spectroscopy. , 495-522 (2003).</li><li>Kremer, F., Schonhals, 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> Broadband Dielectric Spectroscopy. , (2003).</li><li>Fenske, K., Misra, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+Materials+at+Microwave+Frequencies.">Dielectric Materials at Microwave Frequencies.</a> Applied Microwave &amp; Wireless. , 92-100 (2000).</li><li>Jonscher, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+Relaxation+in+Solids.">Dielectric Relaxation in Solids.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 32 (14), 57-70 (1999).</li><li>Simula, S., 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=Measurement+of+Dielectric+Properties+of+Paper.">Measurement of Dielectric Properties of Paper.</a> Journal of Imaging Science and Technology. 43 (5), 472-477 (1999).</li><li>Sundara-Rajan, K., Byrd, L., Mamishev, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moisture+Content+Estimation+in+Paper+Pulp+Using+Fringing+Field+Impedance+Spectroscopy.">Moisture Content Estimation in Paper Pulp Using Fringing Field Impedance Spectroscopy.</a> TAPPI Journal. 4 (2), 23-27 (2005).</li><li>Williams, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moisture+Leveling+in+Paper,+Wood,+Textiles+and+Other+Mixed+Dielectric+Sheets.">Moisture Leveling in Paper, Wood, Textiles and Other Mixed Dielectric Sheets.</a> The Journal of Microwave Power. 1 (3), 73-80 (1966).</li><li>Kombolias, M., 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=Non-Destructive+Analysis+of+Printing+Substrates+via+Resonant+Cavity+Broadband+Dielectric+Spectroscopy.">Non-Destructive Analysis of Printing Substrates via Resonant Cavity Broadband Dielectric Spectroscopy.</a> 254th American Chemical Society National Meeting. , (2017).</li><li>Kombolias, M., Obrzut, J., Montgomery, K., Postek, M., Poster, D., Obeng, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+Spectroscopic+Studies+of+Biological+Material+Evolution+and+Application+to+Paper.">Dielectric Spectroscopic Studies of Biological Material Evolution and Application to Paper.</a> TAPPI Journal. 17 (9), 501-505 (2018).</li><li>Kombolias, M., 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=Broadband+Dielectric+Spectroscopic+Studies+of+Biological+Material+Evolution+and+Application+to+Paper.">Broadband Dielectric Spectroscopic Studies of Biological Material Evolution and Application to Paper.</a> PaperCon 2018. , (2018).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Basics+of+Measuring+the+Dielectric+Properties+of+Materials.">Basics of Measuring the Dielectric Properties of Materials.</a> Keysight Technologies. 5989-2589, (2017).</li><li>Orloff, N. D., 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=Dielectric+Characterization+by+Microwave+Cavity+Perturbation+Corrected+for+Nonuniform+Fields.">Dielectric Characterization by Microwave Cavity Perturbation Corrected for Nonuniform Fields.</a> IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 62 (9), 2149-2159 (2014).</li><li>Obrzut, J., Emiroglu, C., Kirilov, O., Yang, Y., Elmquist, R. 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T., Carroll, A., Akhmetova, L., Somerville, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-Time+Imaging+of+Cellulose+Reorientation+during+Cell+Wall+Expansion+in+Arabdopsis+roots.">Real-Time Imaging of Cellulose Reorientation during Cell Wall Expansion in Arabdopsis roots.</a> Plant Physiology. 152, 787-796 (2010).</li><li>Osaki, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quick+Determination+of+Dielectric+Anisotropy+of+Paper+Sheets+by+Means+of+Microwaves.">Quick Determination of Dielectric Anisotropy of Paper Sheets by Means of Microwaves.</a> Journal of Applied Polymer Science. 37, 527-540 (1989).</li><li>Osaki, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microwaves+Quickly+Determine+the+Fiber+Orientation+of+Paper.">Microwaves Quickly Determine the Fiber Orientation of Paper.</a> TAPPI Journal. 70, 105-108 (1987).</li><li>Kombolias, M., 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=Broadband+Dielectric+Spectroscopic+Studies+of+Cellulosic+Paper+Aging.">Broadband Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper Aging.</a> TAPPI Journal. 17 (9), (2018).</li><li>Einfeldt, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+Dielectric+Relaxation+Spectroscopy+to+the+Characterization+of+Cellulosic+Fibers.">Application of Dielectric Relaxation Spectroscopy to the Characterization of Cellulosic Fibers.</a> Chemical Fibers International. 51, 281-283 (2001).</li><li>Driscoll, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Dielectric+Properties+of+Paper+and+Board+and+Moisture+Profile+Correction+at+Radio+Frequency.">The Dielectric Properties of Paper and Board and Moisture Profile Correction at Radio Frequency.</a> Paper Technology and Industry. 17 (2), 71-75 (1976).</li><li>Havlinova, B., Katuscak, S., Petrovicova, M., Makova, A., Brezova, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Study+of+Mechanical+Properties+of+Papers+Exposed+to+Various+Methods+of+Accelerated+Ageing.+Part+I.+The+Effect+of+Heat+and+Humidity+on+Original+Wood-Pulp+Papers.">A Study of Mechanical Properties of Papers Exposed to Various Methods of Accelerated Ageing. Part I. The Effect of Heat and Humidity on Original Wood-Pulp Papers.</a> Journal of Cultural Heritage. 10, 222-231 (2009).</li><li>Zieba-Palus, J., Weselucha-Birczynska, A., Trzcinska, B., Kowalski, R., Moskal, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+Degraded+Papers+by+Infrared+and+Raman+Spectroscopy+for+Forensic+Purposes.">Analysis of Degraded Papers by Infrared and Raman Spectroscopy for Forensic Purposes.</a> Journal of Molecular Structure. 1140, 154-162 (2017).</li><li>Capitani, D., Di Tullio, V., Proietti, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nuclear+Magnetic+Resonance+to+Characterize+and+Monitor+Cultural+Heritage.">Nuclear Magnetic Resonance to Characterize and Monitor Cultural Heritage.</a> Progress in Nuclear Resonance Spectroscopy. 64, (2012).</li><li>Bajpai, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Recycling and deinking of recovered paper. 1st edn. , (2014).</li><li>Fernandes Diniz, J. 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M., Knappe, D. R. U., Nanny, M. A., Barlaz, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+Controlling+Alkylbenzene+Sorption+to+Municipal+Solid+Waste.">Factors Controlling Alkylbenzene Sorption to Municipal Solid Waste.</a> Environmental Science &amp; Technology. 35 (22), 4569-4576 (2001).</li><li>Ho, R., Mai, K. W., Horowitz, M. 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Part 1: Understanding the background population and homogeneity of paper for the comparison and discrimination of samples.</a> Forensic Science International. 262, 97-107 (2016).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recycled+Paper+Research+at+the+Library+of+Congress.">Recycled Paper Research at the Library of Congress.</a> Library of Congress. , (2014).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TAPPI+550+om-13:+Determination+of+Equilibrium+Moisture+in+Pulp,+Paper+and+Paperboard+for+Chemical+Analysis.">TAPPI 550 om-13: Determination of Equilibrium Moisture in Pulp, Paper and Paperboard for Chemical Analysis.</a> TAPPI. , (2013).</li></ol>

Wir haben an anderer Stelle gezeigt, dass das Vorhandensein von Ligningehalt von Fasern das dielektrische Verhalten von hergestellten Papieren signifikant verändert15. Die Speziation ist nicht nur bei der QS/QC-Prüfung moderner Papiere wichtig, sondern auch bei der Erforschung historischer Papiere, die überwiegend aus nicht-holzpflanzlichen Quellen wie Bambus, Hanf, Flachs und Papyrus hergestellt wurden. Wie in Abbildung 7dargestellt, kann unsere Technik zwischen N...

Papier ist ein bogenförmiges, heterogenes, hergestelltes Produkt, das aus Zellulosefasern, Größenmitteln, anorganischen Füllstoffen, Farbstoffen und Wasser besteht. Die Zellulosefasern können aus einer Vielzahl von Pflanzenquellen stammen; Der Rohstoff wird dann durch eine Kombination physikalischer und/oder chemischer Behandlungen abgebaut, um einen bearbeitbaren Zellstoff herzustellen, der hauptsächlich aus Zellulosefasern besteht. Die Zellulose im Papierprodukt kann auch sekundär oder recyceltfaser1zurückgewonnen werden. Die TAPPI-Methode T 401, "Faseranalyse von Papier und Pappe", ist derzeit die modernste Methode zur Identifizierung von Fasertypen und deren Verhältnissen in einer Papierprobe und wird von vielen Gemeinden verwendet2. Es ist eine manuelle, kolorimetrische Technik, die auf die Sehschärfe eines speziell ausgebildeten menschlichen Analytikers angewiesen ist, um die konstituierenden Fasertypen einer Papierprobe zu unterscheiden. Darüber hinaus ist die Probenvorbereitung für die TAPPI 401-Methode mühsam und zeitaufwändig und erfordert eine physische Zerstörung und chemische Verschlechterung der Papierprobe. Die Färbung mit speziell vorgeschriebenen Reagenzien macht Faserproben den Auswirkungen der Oxidation ausgesetzt, was die Archivierung von Proben für die Konservierung oder das Probenbanking erschwert. Die Ergebnisse der TAPPI-Methode T 401 unterliegen daher der menschlichen Interpretation und hängen unmittelbar von der visuellen Unterscheidung eines einzelnen Analytikers ab, die je nach Erfahrungs- und Ausbildungsniveau dieser Person variiert, was zu inhärenten Fehlern führt. beim Vergleich der Ergebnisse zwischen und innerhalb von Stichprobensätzen. Mehrere Quellen von Ungenauigkeit und Ungenauigkeit sind auch vorhanden3. Darüber hinaus ist die TAPPI-Methode nicht in der Lage, die Menge der Sekundärfaser oder das relative Alter der Papierproben4,5zu bestimmen.
Im Gegensatz dazu bietet die in diesem Artikel beschriebene Resonononon-Hohlraum-Dielektrizitätsspektroskopie (RCDS) analytische Fähigkeiten, die sich für Papieruntersuchungen eignen. Die dielektrische Spektroskopie untersucht die Entspannungsdynamik von Dipolen und mobilen Ladungsträgern innerhalb einer Matrix als Reaktion auf sich schnell verändernde elektromagnetische Felder wie Mikrowellen. Dabei handelt es sich um eine molekulare Rotationsneuausrichtung, wodurch RCDS besonders gut geeignet ist, die Dynamik von Molekülen in engen Räumen zu untersuchen, wie z. B. das Wasser, das auf den in einem Blatt Papier eingebetteten Zellulosefasern adsorbiert wird. Durch die Verwendung von Wasser als Sondenmolekül kann RCDS gleichzeitig Informationen über die chemische Umgebung und die physikalische Konformation des Cellulosepolymers extrahieren.
Die chemische Umgebung der Zellulosefasern beeinflusst das Ausmaß der Wasserstoffbindung mit Wassermolekülen, daher die Leichtigkeit der Bewegung als Reaktion auf die schwankenden elektromagnetischen Felder. Die zelluloseische Umgebung wird zum Teil durch die Konzentrationen von Hemicellulose und Lignin im Papieranalyten bestimmt. Hemicellulose ist ein hydrophilverzweigtes Polymer von Pentosen, während Lignin ein hydrophobes, vernetztes Phenolpolymer ist. Die Mengen an Hemicellulose und Lignin in einer Papierfaser sind eine Folge des Papierherstellungsprozesses. Adsorbiertes Wasser in Papiertrennwänden zwischen den hydrophilen Standorten und die Wasserstoffbindung innerhalb des Cellulosepolymers, insbesondere mit den adsorbierten Wassermolekülen, beeinflusst den Grad der Vernetzung innerhalb der Zellulosestruktur, den Polarisierbarkeit und die Architektur der Poren innerhalb des Cellulosepolymers5. Die gesamte dielektrische Reaktion eines Materials ist eine Vektorsumme aller Dipolmomente innerhalb des Systems und kann durch dielektrische Spektroskopie durch den Einsatz effektiver Mediumtheorien6,7unterschieden werden. Ebenso ist die Kapazität eines dielektrischen Materials umgekehrt proportional zu seiner Dicke; Daher ist die resonante Hohlraum-Dielektrizitätsspektroskopie ideal, um die Reproduzierbarkeit von Proben-zu-Probe-Dicke von Ultradünnen Folienmaterialien wie Papier8,9,10zu untersuchen. Zwar gibt es eine bedeutende Arbeit im Zusammenhang mit der Verwendung von dielektrischen Spektroskopie-Techniken zur Untersuchung von Holz- und Zelluloseprodukten, doch wurde der Umfang dieser Studien auf die Frage der Papierherstofakturabilität beschränkt11,12 ,13. Wir haben die anisotrope Natur von Papier genutzt, um die Anwendung von RCDS auf die Prüfung von Papier jenseits von Feuchtigkeit und mechanischen Eigenschaften zu demonstrieren14,15,16 und um zu zeigen, dass es nachgibt numerische Daten, die in Qualitätssicherungstechniken wie Messfähigkeitsstudien und statistischer Prozesskontrolle (SPC) in Echtzeit verwendet werden können. Die Methode verfügt auch über forensische Fähigkeiten und kann verwendet werden, um umweltschonende Bedenken der ökologischen Nachhaltigkeit zu bekämpfen, wirtschaftliche Interessen zu unterstützen und veränderte und gefälschte Dokumente aufzudecken.
Resonante Hohlraum-Dielektrische Spektroskopie (RCDS) Theorie und Technik RCDS ist eine von mehreren dielektrischen Spektroskopie-Techniken zur Verfügung17; es wurde speziell gewählt, weil es berührungslos, nicht-destruktiv und experimentell einfach im Vergleich zu anderen Methoden der dielektrischen Spektroskopie ist. Im Gegensatz zu anderen Analysetechniken, die zur Untersuchung der Eigenschaften von Papier verwendet werden, macht RCDS doppelte Messsätze überflüssig, um die beiden Seiten eines Probenblatts zu berücksichtigen18. Die resonante Mikrowellen-Hohlraumtechnik hat den Vorteil, dass sie sowohl auf die Oberflächen- als auch auf die Massenleitfähigkeit empfindlich ist. Beispielsweise wird die Oberflächenleitfähigkeit eines Probenmaterials bestimmt, indem eine Änderung des Qualitätsfaktors (Q-Faktor) des Hohlraums nachverfolgt wird, da eine Probe in quantitativer Korrelation mit dem Volumen der Probe schrittweise in den Hohlraum eingeführt wird18 ,19,20. Die Leitfähigkeit kann durch einfache Division der Oberflächenleitfähigkeit durch die Probendicke erreicht werden. Die Oberflächenleitfähigkeit eines dünnen, bogenartigen Materials wie Papier fungiert als Proxy für das dielektrische Profil eines zu prüfenden Materials (MUT), da es unmittelbar proportional zum Dielektrizitätsverlust ist, 20. Dielektrizitätsverlust ist ein Hinweis darauf, wie viel Wärme von einem dielektrischen Material abgeführt wird, wenn ein elektrisches Feld darauf aufgebracht wird; Materialien mit einer höheren Leitfähigkeit haben einen höheren dielektrischen Verlustwert als weniger leitfähige Materialien.
Experimentell wird der dielektrische Verlust, der mit der Oberfläche der Probe verbunden ist, aus der Abnahmerate des Hohlraumresonanzqualitätsfaktors (Q) (d. h. Energieverlust) mit zunehmendem Volumen der Probe19extrahiert. Die Q wird bei der Resonanzfrequenz f aus der Breite von 3 dB,f, der Resonanzspitze bei der Resonanzfrequenz f, Q =f /fbestimmt. Diese Beziehung ist quantitativ korreliert mit der Steigung <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59991/59991eq1.jpg"> der Linie, die in Gleichung 1 unten angegeben ist, wobei die Differenz <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59991/59991eq2.jpg"> des Gegenwerts des Q-Faktors der Probe vom Q-Faktor des leeren Hohlraums darstellt, ist das Verhältnis des Volumens der die eingefügte Probe auf das Volumen des leeren Hohlraums und der Leitungsabfang, b", berücksichtigt das ungleichmäßige Feld in der Probe, wie in Abbildung 119dargestellt.
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59991/59991eq3.jpg">(Gleichung 1)
In diesem Artikel veranschaulichen wir den breiten Nutzen dieser Technik, indem wir die Verhältnisse von Faserarten (Speziation), das relative Alter natürlicher und künstlich gealterten Papiere bestimmen und den Recyclingfasergehalt von weißen Bürokopierern quantifizieren. Papieranalyten. Während die RCDS-Technik für die Untersuchung anderer Themen geeignet sein mag, wie z. B. Alterungsfragen bei der Papierisolierung in elektrischen Energiegeräten, fallen solche Studien nicht in den Rahmen der aktuellen Arbeit, wären aber in Zukunft interessant.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1091px;" width="1091">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:323px;">commercially produced colored office paper&#160;</td>
			<td style="width:255px;">Neenah Paper</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td style="width:352px;">Purchased from Staples</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:323px;">Q-Lab QUV accelerated weathering chamber</td>
			<td>Q-Lab Corporation, Westlake, OH</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:323px;">X-Rite eXact&#160;</td>
			<td>X-Rite, Inc., Grand Rapids, MI</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Agilent N5225A network analyzer&#160;</td>
			<td>Agilent Technologies, Santa Rosa, CA</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:323px;">WR90 rectangular waveguide&#160;</td>
			<td>Agilent Technologies, Santa Rosa, CA</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>R 100 (a = 10.16 mm, b = 22.86 mm, lz =127.0mm)&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:323px;">JMP data analysis software</td>
			<td style="width:255px;">SAS, Cary, NC</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

method development for contactless resonant cavity dielectric spectroscopic studies of cellulosic paper

Die aktuellen Analysetechniken zur Charakterisierung von Druck- und Grafiksubstraten sind weitgehend ex situ und destruktiv. Dadurch wird die Datenmenge begrenzt, die aus einer einzelnen Stichprobe gewonnen werden kann, und es wird schwierig, statistisch relevante Daten für einzigartige und seltene Materialien zu erstellen. Die resonante Hohlraum-Dielektrizitätsspektroskopie ist eine zerstörungsfreie, berührungslose Technik, die gleichzeitig beide Seiten eines Bogenmaterials abhören und Messungen liefern kann, die für statistische Interpretationen geeignet sind. Dies bietet Analysten die Möglichkeit, schnell zwischen Bogenmaterialien basierend auf Zusammensetzung und Lagerhistorie zu unterscheiden. In diesem Methodologieartikel zeigen wir, wie kontaktlose resonante Hohlraum-Dielektrizitätsspektroskopie verwendet werden kann, um zwischen Papieranalyten unterschiedlicher Faserartenzusammensetzungen zu unterscheiden, das relative Alter des Papiers zu bestimmen und die Menge des nachdemVerbraucherabfalls (PCW) recycelten Fasergehalts in hergestelltem Büropapier.

Begründung für die Wahl des 60°-Streifenwinkels Die Schnittausrichtung der Testprobe beeinflusst die Größe des dielektrischen Ansprechgangs, wie in Abbildung 2dargestellt. In ersten Experimenten wurden Teststreifen aus den orthogonalen Winkeln des Blattes geschnitten, wie es üblich ist, um physikalische Eigenschaften in der Papierwissenschaft zu messen; Streifen, die aus nichtorthogonalen Winkeln entlang des Papierbogens geschnitten wurden, haben jedoch die größte...

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Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

Ein Protokoll zur zerstörungsfreien Analyse des Fasergehalts und des relativen Papieralters.

Methodenentwicklung für kontaktlose Resonanzhöhlen dielektrische spektroskopische Studien von Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...

Diese Methode bietet eine objektive, maschinenreduzierbare Alternative zur herkömmlichen Faseranalyse von Papier und überschreitet die messtechnischen Grenzen der traditionellen Faseranalyse. Im Gegensatz zur herkömmlichen Faseranalyse ist sie schnell, berührungslos, zerstörungsfrei und erfordert keine spezielle Ausbildung und hängt auch nicht von der Sehschärfe eines einzelnen Analytikers ab. Zeichnen Sie alle Produktionsinformationen auf, die mit dem Papiergehalt bereitgestellt werden, z. B. das Grundgewicht, der vom Hersteller beworbene Inhalt von Post-Consumer-Abfall und die vom Hersteller angekündigte Helligkeit.Tragen Sie Handschuhe und führen Sie die Handhabung mit einer Pinzette durch, um Rillen und Verunreinigen der Papierproben zu vermeiden. Nehmen Sie durchschnittlich 10 Dickenmessungen entlang eines Blattes aus dem Ream, mit einem Bremssattel. Identifizieren Sie die Maschine und kreuzen Sie die Richtung des Blatts.Mit einem Winkelmesser das Papier entlang des gewünschten Streifenwinkels zwischen der Maschine und Querrichtungen identifizieren und schneiden. Mit einem Drehschneider werden in der Zielausrichtung für die Probe eine Länge von 0,5 Zentimetern und acht Zentimetern in Scheibenstreifen verwendet. Beschriften Sie Proben von einem Ende, und lagern Sie zwischen Glasmikroskopie-Folien.Unter Stickstoffatmosphäre bis zur Prüfung aufbewahren. Führen Sie beschleunigte Papierfade-Tests durch, wie im Textprotokoll beschrieben. Schneiden Sie Probenstreifen aus den gealterten Papierproben, um in die Resonanzhöhle zu passen.Die typische Probenfläche beträgt 0,5 mal acht Zentimeter. Die Resonanzhohlraumprüfvorrichtung besteht aus einem luftgefüllten Standard-Rechteckwellenleiter WR-90. Zeichnen Sie die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit auf.Nehmen Sie die erste Messung des Qualitätsfaktors Q-naught und der Resonanzfrequenz, f-naught, des leeren Hohlraums. Positionieren Sie nun die Probe, die im Probenhalter gesichert ist, über dem Schlitz in der Mitte des Hohlraums. Während der Messungen wird die Probe durch den Schlitz in Schritten von zunehmendem Volumen in den Hohlraum eingeführt, wobei das Volumen der Höhe der eingefügten Probe mal mal die Probenbreite mal die Probendicke entspricht.Legen Sie die Probe mit dem Vernier-Sättel auf der Probenhalterung in 50-Mikron-Schritten in den Hohlraum ein. Nehmen Sie die Messwerte des Qualitätsfaktors und der Resonanzfrequenz bei jedem Schritt, bis die Probe 10 Millimeter in den Hohlraum abgesenkt wurde. Ziehen Sie die Probe in den gleichen Schritten von 50 Mikrometern aus dem Innenraum zurück.Nehmen Sie Messungen des Qualitätsfaktors und der Resonanzfrequenz, bis die Probe vollständig zurückgezogen wurde. Bewahren Sie die Probe zwischen Glasrutschen auf und bringen Sie sie in die Stickstoffatmosphäre zurück. Der dielektrische Verlust der Papierproben wird aus der Steigung der Störung gewonnen.Die Schnittausrichtung der Testprobe beeinflusst die Größe des dielektrischen Ansprechgangs. Ein Vergleich des dielektrischen Ansprechs nach Streifenwinkel wird für jungfräuliche, empfangene, blaue, 24-Pfund-Büropapiere vor und nach dem UV-Ausbleichen für 169 Stunden gezeigt. Streifen, die aus nichtorthogonalen Winkeln entlang des Papierblattes geschnitten wurden, haben die größte Auflösung zwischen den Papiertypen geliefert, insbesondere bei den 45-Grad- und 60-Grad-Orientierungen.Dielektrische Verlustprofile von baumwollhaltigen Bond-Papieren, die von der US-Bundesregierung mit 60-Grad-Streifen beschafft wurden, zeigen, dass unterschiedliche Konzentrationen von Baumwollfasern unterschieden werden können. Die Ergebnisse der von der Bundesregierung beschafften 100%baumwollbondpapier-Prüfung wurden mit 46% relativer Luftfeuchtigkeit und 49% relativer Luftfeuchtigkeit verglichen. Nach 169 Stunden UV-beschleunigter Alterung ist der Abbau des Cellulosepolymers erkennbar, da die durchschnittlichen dielektrischen Verlustwerte sowohl für die jungfräulichen als auch für die recycelten Sorten gesunken waren.Es ist bemerkenswert, dass die Technik auch nach der beschleunigten Reifung zwischen den nativen und recycelten Materialien unterscheiden kann. Eine konturdiagrammbasierte lineare Regressionsanpassung zeigt den dielektrischen Verlust von weißem Bürokopierpapier basierend auf der beworbenen Helligkeit des Herstellers und dem recyclingbasierten Altpapiergehalt der Analyten. Das Wichtigste, was Sie beim Versuch dieses Verfahrens beachten sollten, ist die Aufrechterhaltung konsistenter Labortemperatur- und -feuchtigkeitsbedingungen.Diese Methode hat große Versprechen und direkten Nutzen nicht nur für die Zellstoff- und Papierindustrie, sondern auch für die Sicherung von Anmeldeinformationen Herstellung, Forensik, Zolldurchsetzung, Archäologie und KonservierungWissenschaft.

Research

JoVE Journal

Engineering

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

Konstruktion und Charakterisierung von External Cavity Diode Laser für die Atomphysik

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and ...

Forschung

Ingenieurwesen

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

Echtzeit-DC-Vorspannung dynamische Verfahren zur Verbesserung Schaltzeit in stark unterdämpft Fransen-Bereich Elektroantriebe MEMS

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

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Die Herstellung elektro Bridges von Polar Schlags Flüssigkeiten

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

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

Herstellungsverfahren einer Silikonbasis Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

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

Charakterisierung von Full Set Materialkonstanten und deren Temperaturabhängigkeit für piezoelektrische Materialien mit Resonanzultraschallspektroskopie

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

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Emissionsspektroskopische Grenzschichtuntersuchung während ablative Materialprüfung in Plasmatron

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

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

Optische Trap-Laden von Dielectric Mikroteilchen in der Luft

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

Die Herstellung von 1-D Photonic Kristallhöhle auf einer Nanofaser Mit Femtosekunden-Laser-induzierte Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

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

Dielectric RheoSANS ÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã‚Â Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

Dielectric RheoSANS - Gleichzeitige Interrogation von Impedanz, Rheologie und Kleinwinkelneutronenstreuung komplexer Fluide

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

Fabrication of an Optical Cell Dryer for the Spectroscopic Analysis Cells

Herstellung von eine optische Zelle Trockner für die spektroskopische Analyse-Zellen

Optical cells, which are experimental instruments, are small, square tubes sealed on one side. A sample is placed in this tube, and a measurement is ...