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

Förenta staternas regerings-publicerande kontor och medborgareinstitutet av normal och teknologi.

1. inställning av material
<ol><li>Registrera all tillverkningsinformation som medföljer pappersbunt (t. ex. bas vikt, tillverkarens annonserade PCW-innehåll och tillverkarens annonserade ljusstyrka).</li>
	<li>Ta ett genomsnitt av tio tjocklek mätningar längs ett ark från bunt, med hjälp av en bromsmor.</li>
	<li>Identifiera maskinen och kors riktningar av arket (dvs. maskinens riktning är den långa dimensionen).</li>
	<li>Använda en gradskiva identifiera och klippa papperet längs den önskade remsan vinkel...

<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 visat på annat håll att närvaron av lignin innehåll av fibrer avsevärt förändrar dielektriska beteende av tillverkade papper15. Artbildning är inte bara viktigt i QA/QC testning av moderna papper men av stort intresse för studiet av historiska papper som huvudsakligen tillverkas av icke-trä växtkällor, såsom bambu, hampa, lin, och papyrus. Som framgår i figur 7, vår teknik kan skilja mellan icke-trä växtkällor (100% bomull papper kontra 90% ba...

Papper är en presenning, heterogen, tillverkad produkt består av cellulosafibrer, dimensionering agenter, oorganiska fyllmedel, färgämnen, och vatten. Cellulosafibrerna kan komma från en mängd olika växtkällor; råvaran bryts sedan ned genom en kombination av fysikaliska och/eller kemiska behandlingar för att tillverka en fungerande massa som främst består av cellulosafibrer. Cellulosan i pappersprodukten kan också återvinnas sekundär, eller återvunnet fiber1. Den TAPPI metod T 401, "fiber analys av papper och papp," är för närvarande den toppmoderna metoden för att identifiera fiber typer och deras nyckeltal som finns i ett pappersprov och utnyttjas av många samhällen2. Det är en manuell, kolorimetrisk teknikberoende av på synskärpa av en specialutbildad mänsklig analytiker att urskilja de ingående fibertyper av ett papper prov. Dessutom är provberedning för TAPPI 401 metoden mödosam och tidskrävande, vilket kräver fysisk förstörelse och kemisk nedbrytning av pappers provet. Färgning med speciellt ordinerade reagenser gör fiberprover föremål för effekterna av oxidation, vilket gör det svårt att arkivera prover för bevarande eller prov bank. Således är resultaten från TAPPI metod T 401 föremål för mänsklig tolkning och är direkt beroende av den visuella urskiljning av en individuell analytiker, som varierar beroende på den enskildes erfarenhetsnivå och utbildning, vilket leder till inneboende fel När resultaten jämförs mellan och inom prov uppsättningar. Flera källor av inexaktheter och felaktigheter finns också3. Dessutom är TAPPI-metoden oförmögen att bestämma kvantiteten av sekundär fiber eller den relativa åldern av pappersprov4,5.
I motsats, den resonans hålighet dielektrisk spektroskopi (RCDS) teknik som vi beskriver i denna artikel erbjuder analytiska funktioner som är väl lämpade för papper undersökningar. Dielektrisk spektroskopi sonder avslappnings dynamiken i dipoler och mobila Laddhållare inom en matris som svar på snabbt föränderliga elektromagnetiska fält, såsom mikrovågsugnar. Detta innebär molekylär roterande omorientering, gör RCDS särskilt väl lämpad att undersöka dynamiken i molekyler i trånga utrymmen, såsom vattnet adsorberat på cellulosafibrer inbäddad i ett pappersark. Genom att använda vatten som en sond molekyl, kan RCDS samtidigt extrahera information om kemisk miljö och fysikalisk konformation av cellulosapolymer.
Den kemiska miljön i Cellulosafibrerna påverkar omfattningen av vätebindning med vattenmolekyler, därav enkelheten i rörelse som svar på fluktuerande elektromagnetiska fält. Den cellulosahaltiga miljön bestäms delvis av koncentrationerna av hemicellulosa och lignin i pappersanalyten. Hemicellulosa är en hydrofila Grenade polymer av pentoses, medan lignin är en hydrofob, tvärbunden, fenolpolymer. Mängden hemicellulosa och lignin i pappersfiber är en följd av papperstillverkningen. Adsorberat vatten i papper skiljeväggar mellan hydrofila platser, och vätebindning inom cellulosa polymer, särskilt med adsorberat vattenmolekyler, påverkar graden av tvärbindning inom cellulosa struktur, nivån på polarizability, och arkitekturen av porer inom cellulosa polymer5. Den totala dielektriska svar av ett material är en vektor summan av alla dipol stunder i systemet och kan särskiljas via dielektrisk spektroskopi genom användning av effektiva medel teorier6,7. Likaså är kapacitansen hos ett dielektriskt material omvänt proportionellt mot dess tjocklek. Därför är resonant hålighet dielektrisk spektroskopi idealisk för att studera prov-till-prov tjocklek reproducerbarhet av ultratunna filmer material som papper8,9,10. Även om det finns en betydande mängd arbete som rör användningen av dielektriska spektroskopi tekniker för att studera trä och cellulosa produkter, omfattningen av dessa studier har begränsats till pappers tillverkningsproblem11,12 ,13. Vi har utnyttjat den anisotropiska karaktären av papper för att demonstrera tillämpningen av jordfelsbrytare för att testa papper bortom fukt och mekaniska egenskaper14,15,16 och för att visa att det ger numeriska data som kan användas i kvalitetssäkrings tekniker som mätar kapacitetsstudier och Statistisk processtyrning i realtid (SPC). Metoden har också inneboende kriminaltekniska kapacitet och kan användas för att kvantitativt konfrontera miljömässiga hållbarhetsfrågor, stödja ekonomiska intressen och upptäcka förändrade och förfalskade dokument.
Resonant hålrum dielektrisk spektroskopi (RCDS) teori och teknik RCDS är en av flera dielektrisk spektroskopi tekniker som är tillgängliga17; det valdes specifikt eftersom det är icke-kontakt, icke-förstörande, och experimentellt enkel i jämförelse med andra metoder för dielektrisk spektroskopi. Till skillnad från andra analytiska tekniker som används för att studera papperets egenskaper eliminerar RCDS behovet av dubbla mått uppsättningar för att redogöra för de två sidorna i ett prov blad18. Den resonant Microwave kaviteten tekniken har fördelen av att vara känslig för både ytan och bulk ledningsförmåga. Till exempel bestäms ytkonturen av ett provmaterial genom att spåra en förändring av kvalitetsfaktorn (Q-faktorn) i håligheten som ett prov successivt sätts in i kaviteten i kvantitativ korrelation med provvolymen18 ,19,20. Ledningsförmåga kan erhållas genom att helt enkelt dividera ytkonduktans med preparat tjockleken. Ytan värmeledningsförmåga av en tunn, tälttak material som papper fungerar som en proxy för dielektrisk profil av ett material under test (MUT), eftersom det är direkt proportionell mot dielektrisk förlust, ε ", av Mut18,19, 20. dielektrisk förlust är en indikation på hur mycket värme som skingras av ett dielektriskt material när ett elektriskt fält appliceras över det; material med större konduktans kommer att ha en högre dielektrisk förlust värde än mindre ledande material.
Experimentellt, den dielektriska förlusten, ε ", som är associerad med prov ytan extraheras från minskningstakten av resonans kvalitetsfaktor (Q) (dvs. energiförlust), med ökande volym av prov19. Q bestäms vid resonant frekvens f från 3 dB bredd, Δf, av resonant Peak vid resonant frekvens f, Q = Δf /f. Denna relation är kvantitativt korrelerad med lutningen på den linje som anges i ekvation 1 nedan, <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59991/59991eq1.jpg"> där representerar skillnaden mellan det reciproka värdet av q-faktorn för preparatet från q-faktorn i det tomma håligheten, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59991/59991eq2.jpg"> är förhållandet mellan volymen det infogade preparatet till den tomma håligheten, och linje skärningspunkten, b ", står för det icke-enhetliga fältet i preparatet, som visas i figur 119.
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59991/59991eq3.jpg">(Ekvation 1)
I denna artikel, vi illustrerar den breda nyttan av denna teknik genom att bestämma förhållandet mellan fiber arter (artbildning), bestämning av den relativa åldern av naturligt och artificiellt äldre papper, och kvantifiera den återvunna fiberinnehållet i vit kontors kopiator pappersanalyter. Medan RCDS tekniken kan vara lämplig för att studera andra ämnen, såsom åldrandefrågor i pappers isolering i elektriska apparater, sådana studier är utanför tillämpningsområdet för det nuvarande arbetet, men skulle vara intressant att fortsätta i framtiden.

<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

De nuvarande analytiska teknikerna för att karakterisera tryck-och grafik substrat är till stor del ex situ och destruktiv. Detta begränsar mängden data som kan erhållas från ett enskilt prov och gör det svårt att producera statistiskt relevanta data för unika och sällsynta material. Resonans håla dielektrisk spektroskopi är en oförstörande, kontaktlös teknik som samtidigt kan förhöra båda sidor av en presenad material och ge mätningar som är lämpliga för statistiska tolkningar. Detta ger analytiker möjlighet att snabbt diskriminera mellan tälttak material baserat på sammansättning och lagring historia. I denna metod artikel, visar vi hur kontaktlös resonant hålighet dielektrisk spektroskopi kan användas för att skilja mellan papper analyter av varierande fiber arter kompositioner, för att bestämma den relativa åldern på papperet, och att upptäcka och kvantifiera mängden återvunnet fiberinnehåll i tillverkade kontorspapper (PCW).

Motivering för val av 60 °-bandvinkel Testprovets snitt orientering påverkar omfattningen av det dielektriska svaret, vilket visas i grafen i figur 2. I inledande experiment, testremsor klipptes från rätvinkliga vinklar av arket, som är standard praxis för mätning av fysikaliska egenskaper i pappers vetenskap; men remsor som skärs från icke-ortogonala vinklar längs pappers bladet har gett den största upplösningen mellan papperstyper, särskilt vid 45 ° och 6...

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

Ett protokoll för oförstörande analys av fiberinnehåll och relativ ålder av papper.

Metodutveckling för kontaktlös resonant hålrum dielektriska spektroskopiska studier av cellulosa papper

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

Denna metod ger ett objektivt, maskin-repeterbara alternativ till att utföra traditionell fiber analys av papper, och det överskrider de metrologiska gränserna för traditionell fiber analys. Till skillnad från traditionell fiberanalys är den snabb, kontaktlös, oförstörande, och kräver ingen specialiserad utbildning, och är inte heller beroende av synskärpan hos en enskild analytiker. Registrera all tillverkningsinformation som tillhandahålls med pappersunderlag, till exempel basvikt, tillverkarens annonserade avfallsinnehåll efter konsument och tillverkarens annonserade ljusstyrka.Använd handskar, och utför hantering med pincett för att undvika att krånglar och kontaminerar pappersproverna. Ta i genomsnitt 10 tjockleksmätningar längs ett ark från brotschen, med hjälp av ett bromsok. Identifiera maskinen och korsa riktningar av arket.Med hjälp av en gradskiva, identifiera och skära papperet längs önskad remsa vinkel mellan maskinen och tvärriktningar. Med hjälp av en rotationsfräs, skiva testremsor 0,5 centimeter breda och åtta centimeter långa i målorienteringen för provet. Etikettprover från ena änden, och förvara mellan glasmikroskopiglas.Förvaras under kväveatmosfär fram till testning. Utför testning av accelererade papper fade enligt beskrivningen i textprotokollet. Klipp provremsor ur de åldrade pappersproverna för att passa resonanthålan.Det typiska exemplarområdet är 0,5 centimeter med åtta centimeter. Resonant hålighet testning fixtur består av en luftfylld standard WR-90 rektangulär vågledare. Registrera temperaturen och den relativa luftfuktigheten.Ta den första avläsningen av kvalitetsfaktorn, Q-intet, och resonant frekvensen, f-naught, av den tomma håligheten. Nu, placera exemplaret säkras i provhållaren ovanför slitsen i mitten av hålrummet. Under mätningarna förs preparatet in i kaviteten genom slitsen i steg av ökande volym, där volymen är lika med höjden på det insatta provet gånger provbredden gånger provtjockleken.Med hjälp av Vernier-bromsoket på provfästet, för in provet i hålrummet med steg om 50 mikron. Ta avläsningar av kvalitetsfaktorn och resonansfrekvensen vid varje steg tills provet har sänkts 10 millimeter in i kaviteten. Dra tillbaka provet från inredningen vid samma steg om 50 mikron.Ta avläsningar av kvalitetsfaktorn och resonansfrekvensen tills provet har dragits in helt. Förvara provet mellan glasglas, och återföra dem till kväveatmosfär. Den dielektriska förlusten av pappersproverna erhålls från lutningen av perturbationen.Provprovets snittorientering påverkar den dielektriska responsens storlek. En jämförelse av dielektrisk respons genom stripvinkel visas för jungfru, som mottagen, blå, 24-pound kontorspapper före och efter UV-blekning i 169 timmar. Remsor skuren från icke-ortogonala vinklar längs pappersarket har gett den största upplösningen mellan papperstyper, särskilt vid 45-graders och 60-graders orientering.Dielektriska förlustprofiler av bomullsinnehållande obligationspapper som upphandlas av den amerikanska federala regeringen med hjälp av 60-graders remsor visar att olika koncentrationer av bomullsfiber kan särskiljas. Resultaten av testning 100%bomullsobligationspapper som upphandlas av den federala regeringen jämfördes med 46% relativ luftfuktighet och 49% relativ luftfuktighet. Efter 169 timmars UV-accelererat åldrande är nedbrytningen av cellulosapolymeren urskiljbar då de genomsnittliga dielektriska förlustvärdena hade minskat för både de jungfruliga och återvunna sorterna.Det är anmärkningsvärt att tekniken kan skilja mellan jungfruliga och återvunna material även efter den accelererade åldrandeperioden. En kontur tomt-baserade linjär regression passar visar dielektriska förlusten av vita kontor kopiator papper baserat på tillverkarens annonserade ljusstyrka och återvunnet avfall papper innehållet i analyterna. Det viktigaste att komma ihåg när man försöker detta förfarande är att upprätthålla konsekvent laboratorietemperatur och luftfuktighet villkor.Denna metod har stort löfte och direkt nytta inte bara till massa och papper industrin utan också för att säkra credential tillverkning, kriminalteknik, tullverkning, och arkeologi och bevarande vetenskap.

Research

JoVE Journal

Engineering

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

Konstruktion och karakterisering av externa Cavity diodlasrar för atomfysik

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-dynamiska Polarisering Metod för Växlingstid Förbättring Svårt underdämpat Frans-fält Elektro MEMS ställdon

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

Beredningen av elektro Bridges från Polar Dielektriska Vätskor

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

Tillverkningsprocessen av silikon-baserade dielektriska Elastomer ställdon

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 full uppsättning Material Constants och deras temperaturberoende för piezoelektriska material med användning av resonans Ultraljud spektroskopi

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

Emission Spektroskopiska Boundary Layer Undersökning under ablativ Material Testing 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 fälla Loading dielektriska mikropartiklar i 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

Tillverkning av en-D fotoniska kristaller hålighet på en nanofiber Använda femtosecond laser-inducerad 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

Dielektriska RheoSANS - Samtidig förhör av impedans, reologi och liten vinkel neutronspridning av komplexa vätskor

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

Tillverkning av en optisk Cell torktumlare för spektroskopianalyser i cellerna

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 ...