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

Den amerikanske regjeringen Publishing Office og National Institute of Standards and Technology.

1. oppsett av materialer
<ol><li>Noter all produksjonsinformasjon som følger med papir pakken (f.eks. basis vekt, produsentens annonserte PCW-innhold og produsentens annonserte lysstyrke).</li>
	<li>Ta et gjennomsnitt på ti tykkelse målinger langs et ark fra ream, ved hjelp av en tykkelse.</li>
	<li>Identifiser maskinen og kryss retningene på arket (dvs. at maskin retningen er den lange dimensjonen).</li>
	<li>Ved hjelp av en transportør identifisere og klippe papiret langs ønsket stripe vinkelen mellom maskinen ...

<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. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Conductance+of+Graphene+from+Non-Contact+Resonant+Cavity.">Surface Conductance of Graphene from Non-Contact Resonant Cavity.</a> Measurement. 87, 146-151 (2016).</li><li>IEC. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomanufacturing-Key+control+characteristics+-+Part+6-4:+Graphene+-+Surface+conductance+measurement+using+resonant+cavity.">Nanomanufacturing-Key control characteristics - Part 6-4: Graphene - Surface conductance measurement using resonant cavity.</a> International Electrotechnical Commission: 2016. , (2016).</li><li>Thomas, J., Idris, N. A., Collings, 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=Pontamine+Fast+Scarlet+4B+Bifluorescence+and+Measurement+of+Cellulose+Microfibril+Angles.">Pontamine Fast Scarlet 4B Bifluorescence and Measurement of Cellulose Microfibril Angles.</a> Journal of Microscopy. 268 (1), 13-27 (2017).</li><li>Anderson, C. 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. M. B., Gil, M. H., Castro, J. A. A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hornification-its+origin+and+interpretation+in+wood+pulps.">Hornification-its origin and interpretation in wood pulps.</a> Wood Science and Technology. 37, 489-494 (2004).</li><li>Cao, B., Tschirner, U., Ramaswamy, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+pulp+chemical+composition+on+recycling.">Impact of pulp chemical composition on recycling.</a> TAPPI Journal. 81 (12), 119-127 (1998).</li><li>Saukkonen, E., 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=Effect+of+the+carbohydrate+composition+of+bleached+kraft+pulp+on+the+dielectric+and+electrical+properties+of+paper.">Effect of the carbohydrate composition of bleached kraft pulp on the dielectric and electrical properties of paper.</a> Cellulose. 22 (2), 1003-1017 (2015).</li><li>Wu, B., Taylor, C. 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. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+future+of+wires.">The future of wires.</a> Proceedings of the IEEE. 89 (4), 490-504 (2001).</li><li>Aoki, T., 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=In+Evaluation+of+back+end+of+line+structures+underneath+wirebond+pads+in+ultra+low-k+device.">In Evaluation of back end of line structures underneath wirebond pads in ultra low-k device.</a> Electronic Components and Technology Conference (ECTC), IEEE 62nd. , 1097-1102 (2012).</li><li>Rantanen, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identificaiton+of+Secondary+Fiber+in+Paper.">Identificaiton of Secondary Fiber in Paper.</a> Progress in Paper Recycling. , 77-79 (1994).</li><li>Topol, A. W., 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=Three-dimensional+integrated+circuits.">Three-dimensional integrated circuits.</a> IBM Journal of Research and Development. 50 (4.5), 491-506 (2006).</li><li>Jones, K., Benson, S., Roux, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+forensic+analysis+of+office+paper+using+carbon+isotope+ratio+mass+spectrometry+-+Part+1:+Understanding+the+background+population+and+homogeneity+of+paper+for+the+comparison+and+discrimination+of+samples.">The forensic analysis of office paper using carbon isotope ratio mass spectrometry - Part 1: Understanding the background population and homogeneity of paper for the comparison and discrimination of samples.</a> Forensic Science International. 231, 354-363 (2013).</li><li>Jones, K., Benson, S., Roux, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+forensic+analysis+of+office+paper+using+oxygen+isotope+ratio+mass+spectrometry.+Part+1:+Understanding+the+background+population+and+homogeneity+of+paper+for+the+comparison+and+discrimination+of+samples.">The forensic analysis of office paper using oxygen isotope ratio mass spectrometry. 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>

Vi har vist andre steder at tilstedeværelsen av lignin innhold av fibre gjør betydelig endre dielektrisk atferden til produserte papirer15. Artsdannelse er ikke bare viktig i QA/QC testing av moderne papirer, men av stor interesse for studiet av historiske papirer som var overveiende produsert fra ikke-tre plante kilder, slik som bambus, hamp, Lin, og papyrus. Som vist i figur 7, kan vår teknikk skille mellom ikke-tre plante kilder (100% bomullspapir versus 90% bam...

Papir er et sheeted, heterogene, produsert produkt bestående av cellulosic fibre, dimensjonering agenter, uorganiske fyllstoffer, fargestoffer, og vann. Cellulose fibrene kan stamme fra en rekke plante kilder; råstoff blir deretter brutt ned gjennom en kombinasjon av fysiske og/eller kjemiske behandlinger for å produsere en gjennomførbar cellulose bestående hovedsakelig av cellulose fibre. Den cellulose i papir produktet kan også gjenopprettes sekundære, eller resirkulert fiber1. Den TAPPI Method T 401, "fiber analyse av papir og papp," er i dag State of the art metode for å identifisere fiber typer og deres prosenter til stede i en papir prøve og benyttes av mange lokalsamfunn2. Det er en manuell, fargemetrisk teknikk avhengig av synsskarphet av en spesielt utdannet menneskelig analytiker å skjelne konstituerende fibertyper av en papir prøve. Videre er prøven forberedelse til TAPPI 401 metoden arbeidskrevende og tidkrevende, krever fysisk ødeleggelse og kjemisk degradering av papir prøven. Farging med spesielt foreskrevet reagenser gjengir fiber prøver underlagt virkningene av oksidasjon, noe som gjør det vanskelig å arkivere prøver for bevaring eller prøve banktjenester. Dermed resultatene fra TAPPI Method T 401 er gjenstand for menneskelig tolkning og er direkte avhengig av den visuelle dømmekraft av en individuell analytiker, som varierer basert på at individets nivå av erfaring og opplæring, fører til iboende feil Når du sammenligner resultater mellom og innenfor prøve settene. Flere kilder til upresisjonsverdier og unøyaktigheter er til stede i tillegg3. I tillegg er TAPPI-metoden ikke i stand til å bestemme mengden av sekundær fiber eller den relative alder av papir prøver4,5.
I kontrast, resonans hulrom dielektrisk spektroskopi (JORDFEILBRYTERE) teknikken vi beskriver i denne artikkelen tilbyr analytiske evner som er velegnet for papir undersøkelser. Dielektrisk spektroskopi sonder avslapning dynamikken i dipoler og mobile lade bærere innen en matrise som svar på raskt skiftende elektromagnetiske felt, for eksempel mikrobølgeovner. Dette innebærer molekylær rotasjons nyorientering, noe som gjør JORDFEILBRYTERE spesielt velegnet til å undersøke dynamikken i molekyler i trange rom, slik som vann adsorberes på cellulose fibrene imbedded i et papirark. Ved å bruke vann som sonde molekyl, kan JORDFEILBRYTERE samtidig trekke ut informasjon om det kjemiske miljøet og fysisk konformasjon av cellulose polymer.
Den kjemiske miljø av cellulose fibre påvirker omfanget av hydrogen binding med vannmolekyler, derav enkel bevegelse som svar på den varierende elektromagnetiske felt. Cellulosic miljøet bestemmes delvis av konsentrasjonen av hemicellulose og lignin i papir analytt. Hemicellulose er en hydrofile pentoses, mens lignin er en hydrofobe, tverrbundet, fenoliske polymer. Mengden av hemicellulose og lignin i et papir fiber er en konsekvens av papir-Making prosessen. Adsorberes vann i papir partisjoner mellom hydrofile områder, og hydrogen binding i cellulose polymer, spesielt med adsorberes vannmolekyler, påvirker nivået av kryss-linking innenfor cellulose strukturen, nivået på polarizability, og arkitekturen av porene i cellulose polymer5. Den totale dielektrisk responsen av et materiale er en vektor summen av alle dipol øyeblikkene i systemet og kan skilles via dielektrisk spektroskopi gjennom bruk av effektive medium teorier6,7. Tilsvarende er kapasitans av et dielektrisk materiale omvendt proporsjonal med tykkelsen; Derfor er resonans hulrom dielektrisk spektroskopi ideelt å studere prøve-til-sample tykkelse reproduserbarhet av ultra-tynne filmer materialer som papir8,9,10. Mens det er en betydelig mengde arbeid knyttet til bruk av dielektrisk spektroskopi teknikker for å studere tre og cellulose produkter, omfanget av disse studiene har vært begrenset til papir Manufacturability problemer11,12 ,13. Vi har utnyttet den Anisotrop natur papir for å demonstrere anvendelsen av jordfeilbrytere til å teste papir utover fukt og mekaniske egenskaper14,15,16 og for å vise at det gir numeriske data som kan brukes i kvalitetssikrings teknikker som måler evne studier og sanntids statistisk prosesskontroll (SPC). Metoden har også iboende rettsmedisinske evner og kan brukes til å kvantitativt konfrontere miljømessige bærekraft bekymringer, støtte økonomiske interesser, og oppdage endrede og falske dokumenter.
Resonans hulrom dielektrisk spektroskopi (JORDFEILBRYTERE) teori og teknikk JORDFEILBRYTERE er en av flere dielektrisk spektroskopi teknikker tilgjengelig17; Det ble valgt spesielt fordi det er ikke-kontakt, ikke-destruktiv, og eksperimentelt enkel i forhold til andre metoder for dielektrisk spektroskopi. I motsetning til andre analytiske teknikker som brukes til å studere egenskapene til papir, eliminerer JORDFEILBRYTERE behovet for dupliserte sett med målinger for å gjøre rede for de to sidene av et eksempel ark18. Den resonans mikrobølgeovn hulrom teknikken har fordelen av å være følsom for både overflaten og bulk ledningsevne. For eksempel bestemmes overflate konduktans av et Prøvemateriale ved å spore en endring i kvalitets faktoren (Q-Factor) i hulrommet som en prøve blir gradvis satt inn i hulrommet i kvantitativ korrelasjon med prøven volum18 ,19,20. Ledningsevne kan oppnås ved å dele overflaten konduktans av prøven tykkelse. Overflaten konduktans av et tynt, sheeted materiale som papir fungerer som en proxy for dielektrisk profilen til et materiale under test (MUT), som det er direkte proporsjonal med dielektrisk tap, ε ", av MUT18,19, 20. dielektrisk tap er en indikasjon på hvor mye varme som er borte av en dielektrisk materiale når et elektrisk felt påføres over det; materialer med større konduktans vil ha en høyere dielektrisk tap verdi enn mindre ledende materialer.
Eksperimentelt, den dielektrisk tap, ε ", assosiert med prøven overflate er utvunnet fra frekvensen av reduksjon av hulrom resonans kvalitetsfaktor (Q) (dvs. energitap), med økende volum av prøven19. Q bestemmes på resonans frekvens f fra 3 DB bredde, Δf, av resonans peak på resonans frekvens f, Q = Δf /f. Denne relasjonen er kvantitativt korrelert med skråningen av linjen gitt av ligningen 1 nedenfor, <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59991/59991eq1.jpg"> der representerer differansen av den gjensidige av q-faktoren av prøven fra Q-faktoren av tomme hulrom, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59991/59991eq2.jpg"> er forholdet mellom volumet av den innsatte prøven til volumet av det tomme hulrommet, og linjen skjæringspunkt, b ", står for ikke-uniform feltet i prøven, som vist i figur 119.
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59991/59991eq3.jpg">(Formel 1)
I denne artikkelen illustrerer vi den brede nytten av denne teknikken ved å bestemme prosenter av fiber arter (artsdannelse), bestemme den relative alder av naturlig og kunstig alderen papirer, og kvantifisere resirkulert fiber innhold av hvite kontor kopimaskin papir analytter. Mens JORDFEILBRYTERE teknikken kan være egnet for å studere andre emner, for eksempel aldring problemer i papir isolasjon i elektrisk kraft apparat, slike studier er utenfor omfanget av dagens arbeid, men ville være interessant å forfølge i fremtiden.

<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

Den nåværende analytiske teknikker for karakteriserer utskrift og grafisk kunst underlag er i stor grad ex situ og destruktive. Dette begrenser mengden data som kan fås fra en individuell prøve, og gjør det vanskelig å produsere statistisk relevante data for unike og sjeldne materialer. Resonans hulrom dielektrisk spektroskopi er en ikke-destruktiv, kontaktløse teknikk som kan samtidig avhøre begge sider av en sheeted materiale og gi målinger som er egnet for statistiske tolkninger. Dette gir analytikere muligheten til raskt å diskriminere mellom sheeted materialer basert på komposisjon og lagring historie. I denne metodikken artikkelen viser vi hvordan kontaktløse resonans hulrom dielektrisk spektroskopi kan brukes til å skille mellom papir analytter av varierende fiber arter komposisjoner, for å bestemme den relative alder av papiret, og for å oppdage og kvantifisere mengden av post-forbruker avfall (PCW) resirkulert fiber innhold i produsert kontorpapir.

Begrunnelse for å velge 60 ° stripe vinkel Den snitt orientering av testprøven påvirker omfanget av dielektrisk respons, som vist i grafen i figur 2. I innledende eksperimenter, teststrimler ble kuttet fra ortogonale vinkler av arket, som er standard praksis for å måle fysiske egenskaper i papir vitenskap; men strimler kuttet fra ikke-ortogonale vinkler langs papirarket har gitt størst oppløsning mellom papirtyper, spesielt ved 45 ° og 60 ° orientering<sup class...

Watch this Scientific Journal Video about Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper at JoVE.com

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

En protokoll for ikke-destruktiv analyse av fiber innhold og relativ alder av papir.

Metodeutvikling for kontaktløse resonans hulrom dielektrisk spektroskopiske studier av cellulosic Paper

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

Denne metoden gir et objektivt, maskinre repeaterbart alternativ til å utføre tradisjonell fiberanalyse av papir, og den overskrider de topologiske grensene for tradisjonell fiberanalyse. I motsetning til tradisjonell fiberanalyse er den rask, kontaktløs, ikke-destruktiv, og krever ingen spesialisert opplæring, og det er heller ikke avhengig av synsskarpheten til en individuell analytiker. Registrer all produksjonsinformasjon som følger med papirets ream, for eksempel basisvekt, produsentens annonserte avfallsinnhold etter forbrukeren, og produsentens annonserte lysstyrke.Bruk hansker, og utfør håndtering med pinsett for å unngå å kaste og forurense papirprøvene. Ta i gjennomsnitt 10 tykkelsesmålinger langs et ark fra ream, ved hjelp av en kaliper. Identifiser maskinen og kryssretninger av arket.Bruk en vinkelmåler til å identifisere og kutte papiret langs ønsket stripevinkel mellom maskinen og kryssretninger. Ved hjelp av en roterende kutter, skive test strimler 0,5 centimeter bred med åtte centimeter lang i målet orientering for prøven. Merk prøver fra den ene enden, og oppbevar mellom glassmikroskopisklier.Oppbevares under nitrogenatmosfære til testing. Utfør akselerert papirtonetesting som beskrevet i tekstprotokollen. Klipp prøvestriper ut av de gamle papirprøvene for å passe resonanthulen.Det typiske prøveområdet er 0, 5 centimeter med åtte centimeter. Resonant hulromstestingsarmaturen består av en luftfylt standard WR-90 rektangulær waveguide. Registrer temperaturen og relativ fuktighet.Ta den første lesingen av kvalitetsfaktoren, Q-naught, og resonansfrekvensen, f-naught, av det tomme hulrommet. Plasser nå prøven som er festet i prøveholderen over sporet i midten av hulrommet. Under målingene settes prøven inn i hulrommet gjennom sporet i trinn for å øke volumet, hvor volumet er lik høyden på den innsatte prøven ganger prøvebredden ganger prøvetykkelsen.Bruk Vernier-kaliperen på prøvebraketten til å sette prøven inn i hulrommet med trinn på 50 mikron. Ta målinger av kvalitetsfaktoren og resonansfrekvensen på hvert trinn til prøven er senket 10 millimeter inn i hulrommet. Trekk prøven tilbake fra interiøret i samme trinn på 50 mikrometer.Ta målinger av kvalitetsfaktoren og resonansfrekvensen til prøven er trukket helt inn. Oppbevar prøven mellom glasssklier, og returner dem til nitrogenatmosfære. Det dielektriske tapet av papirprøvene er hentet fra skråningen av perturbasjonen.Den kuttede orienteringen av testprøven påvirker størrelsen på den dielektriske responsen. En sammenligning av dielektrisk respons av stripe vinkel er vist for jomfru, som mottatt, blå, 24-pund kontorpapirer før og etter UV falming i 169 timer. Strimler kuttet fra ikke-ortogonale vinkler langs papirarket har gitt størst oppløsning mellom papirtyper, spesielt ved 45-graders og 60-graders orienteringer.Dielektriske tapsprofiler av bomullsholdige obligasjonspapirer anskaffet av den amerikanske føderale regjeringen ved hjelp av 60-graders strimler viser at ulike konsentrasjoner av bomullsfiber kan skilles ut. Resultatene av testing 100% bomull lim papir anskaffet av den føderale regjeringen ble sammenlignet med 46% relativ fuktighet og 49% relativ fuktighet. Etter 169 timer med UV-akselerert aldring, er nedbrytningen av cellulosepolymeren merkbar da de gjennomsnittlige dielektriske tapsverdiene hadde gått ned for både jomfru og resirkulerte varianter.Det er bemerkelsesverdig at teknikken kan skille mellom jomfru og resirkulerte materialer selv etter den akselererte aldringsperioden. En konturplottbasert lineær regresjonspassform viser det dielektriske tapet av hvitt kontorkopierpapir basert på produsentens annonserte lysstyrke og resirkulerte papirinnhold i analytene. Det viktigste å huske når du prøver denne prosedyren er å opprettholde konsistente laboratorietemperatur- og fuktighetsforhold.Denne metoden har stort løfte og direkte nytte ikke bare til papirmasse- og papirindustrien, men også for å sikre legitimasjon produksjon, rettsmedisin, tollhåndhevelse, og arkeologi og bevaring vitenskap.

Research

JoVE Journal

Engineering

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

Bygging og karakterisering av Eksterne Cavity Diode Lasere for atomfysikk

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

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

Real-Time DC-dynamisk Biasing metoden for veksling Tid Bedring i Alvorlig Underdamped Fringing-feltet Elektro MEMS Aktuatorer

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

Utarbeidelse av Electrohydrodynamic Bridges fra Polar Transformator Liquids

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

Fabrikasjon Process av silikon-baserte Transformator Elastomer Aktuatorer

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

Karakterisering av komplett sett Materiale konstanter og temperaturen Avhengighet for piezoelektriske materialer Bruke Resonant Ultralyd Spectroscopy

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

Utslipps Spektroskopiske Boundary Layer Investigation under ablativ Material Testing i Plasma

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

Optisk Trap Lasting av Dielektrisk Mikropartikler i luften

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

Fabrikasjon av 1-D fotoniske krystaller hulrom på en nanofiber Bruke femtosecond laser-indusert ablasjon

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

Dielektriske RheoSANS - Samtidig Spørre Impedans, Reologi og Small Angle Neutron Spredning av komplekse fluider

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

Fabrikasjon av en optisk celle tørketrommel for Spectroscopic analyse cellene

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 ...