Name: 誘電RheoSANS - インピーダンス、レオロジー及び複雑流体の小角中性子散乱の同時尋問 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-10T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 51 s
Description: 学ぶ誘電RheoSANS法を用いて、導電性カーボンブラック懸濁液のインピーダンス、レオロジー、小角中性子散乱を同時測定する方法。剪断流動下での微細構造とマクロ特性の関係を解明し、先端導電材料開発に貢献します。

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著者は、この期間中に部分的に資金調達のための中性子研究CNS協力協定番号＃の70NANB12H239助成金だけでなく、支援のための国立研究評議会のためにNISTセンターを確認したいと思います。特定の業務用機器、楽器、または材料が十分に実験手順を指定するために、この論文で識別されます。このような識別は、アメリカ国立標準技術研究所による推薦または保証を意味するものではありません、またそれは、材料や識別装置が、その目的のために利用可能な最善であることを意味することを意図しています。

1. SANSビームライン上にレオメーターを取り付け注：名前のコンポーネントの定義については、図1を参照してください。 <ol><li>レオメーターの電源がオフになっていることを確認し、トランスデューサがロックされ、モータエアベアリングプロテクタがインストールされています。中性子ビームの電源を切り、オーブンのドアを閉めます。 </li><li> 、鼻を削除、テーブルの上に大きなベースプレートをインストールウィンドウをインストールし、ケーブルがもつれないとねじられないように、レオメーターのクレーンアダプタに取り付けるブラケットに4つのアイレットを固定します。 </li><li>クレーンを使用して、レオメーターを持ち上げ、もつれを最小にするためにケーブルを案内するように注意しながら、外向きレオメーターのLCD画面を持つテーブルを中心に残りにレオメーターテーブルからそれを操縦。 </li><li> SANS制御ソフトウェアを使用して、最小Z位置にテーブルを送ります。 </li><li>レオクレーンアダプタを取り外し、CRを使用してプラットフォームから持ち上げて外しますANE。 </li></ol> 2.誘電体セル組立注：名前のコンポーネントの定義については、図2を参照してください。 <ol><li>レオメーターの電源がオフになっていることを確認し、トランスデューサがロックされ、モータエアベアリングプロテクタがインストールされています。使用前に、いくつかの純水リンスに続いて洗剤溶液を用いた誘電体カップとボブアセンブリをきれいにし、完全に乾燥させます。 </li><li> 、オーブンのドアを開け、変換器のロックを解除し、モータ軸受ロックを取り除きます。レオメーターの上部および下部ツールマウント上に誘電体形状および誘電ボブ・アセンブリを取り付けます。 2mmの六角レンチを用いて誘電体ジオメトリの両方のセットネジを緩め、それが誘電体幾何上に搭載されるように、誘電体カップアセンブリを配置。 </li><li>レオメータ制御ソフトウェアを使用して、試料の幾何ドロップダウンメニューから間隔をゼロと軸力ドロップダウンメニューを使用して、10 N法線力を加えます。圧縮下では、使用してネジを締め3 mmのアレンキー誘電カップアセンブリは完全に誘電体形状に固定されるまで。 </li><li>レオメータ制御ソフトウェアを使用して、測定ギャップのギャップを設定し、オーブンのドアを閉めます。オーブンは完全に幾何学の上部と下部に十分な垂直方向のクリアランスと誘電体セルを囲むことができていることを確認してください。高さ調整が必要な場合は、オーブン筐体は、誘電体の細胞の周囲に十分な寛容性とフィットするように、セットスクリューを調整します。誘電体ジオメトリがオーブン内に収まると、オーブンの壁に触れずに全回転を受けることができたときに適切なクリアランスが達成されます。 </li><li>一枚の誘電体ボブアセンブリと誘電体カップアセンブリ/誘電体ジオメトリの両方を除去し、下側の工具ヘッド上レオメータアラインメントツールと置き換えます。 </li></ol> 3.スリップリングをインストールします注：ステップバイステップの絵概要については、図3を参照してください。 <ol><li>のシャフトにワイヤーバッフルを取り付けます誘電体形状とスリップリングコネクタに誘電体カップコネクタを接続します。 </li><li>それは誘電カップアセンブリ/誘電体の形状のシャフトとが、誘電体幾何学上のフランジ上記同心になるようにスリップリングを保持します。そのNOBSは、誘電体形状に開けた穴に挿入し、そのベースは、誘電体幾何フランジ上に載るようにスリップリングアダプター（X2）を置きます。 </li><li>静かにスリップリングアダプタを介してスリップリングをスライドさせます。スリップリングは、場所でそれらを保持するスリップリング・アダプターの周りに楽にスライドするはずです。 </li></ol>レオメーターの4アライメント注：ビーム経路の概略については、図4を参照してください。 <ol><li>レオメーターのアライメントツールの周りにオーブンを閉じます。レオメータ制御ソフトウェアを使用して、切断型鼻およびサンプル開口部（背の高い幅1mm×8 mm）で、およびインストール、モータ制御に0.49ラジアンに幾何変位角を設定しますドロップダウンメニュー。 </li><li> SANS機器制御ソフトウェアを使用して、すべての中性子ガイドが除去されていることを確認し、レーザが見えるようにオーブンのドアを開けます。ビームがオーブンを通過し、レオメーターアラインメントツールの中心にスリットを横切るようにSANS機器制御ソフトウェアからテーブルの高さと角度を変えることにより、レオメータの大まかな位置合わせを行います。 </li><li> SANS機器制御ソフトウェアを使用し、レーザ整列を最適化するために、テーブルの高さとその回転を調節します。レーザビームが、その壁に衝突することなく、0.49ラジアンにセットジオメトリ変位にレオメータアラインメントツールのスリットを通過したビームは、オーブンの中心線を通過する際に、レオメーターが整列されます。 </li></ol> SANS機器の校正5. <ol><li>所望SANS機器構成は、器具の科学者によって整列されると、オープンビームの透過を測定空セルの散乱、及び暗電流散乱測定。 <ol><li> 3分間の所望の検出器位置におけるビーム透過測定を行うことにより、オープンビーム透過測定を行います。 </li><li>誘電体幾何を設置し、所望の検出器位置での散乱測定値を測定することにより、空セル散乱測定を行います。 </li><li>完全メインビーム散乱信号を減衰カドミウムの3 mm厚片を用いて、暗電流散乱測定を行います。 </li></ol></li></ol> 6.電気コンポーネントを接続<ol><li> 100mmとLCD画面を使用してギャップを設定します。 </li><li>底ツールフランジからレオメーターアラインメントツールを削除します。一体として、下部ツールヘッド上に上部ツールヘッドと誘電体カップアセンブリ/誘電体幾何/スリップリングアセンブリ上の誘電体ボブアセンブリを再インストールし、再度ゼロギャップ。 </li><li>カーボンブラシアセンブリが安全であることを確認してくださいネジを使用してカーボンブラシアダプタにD、及びねじを使用して、レオメーターの炭素ブラシアダプタとカーボンブラシアセンブリを固定します。カーボンブラシアセンブリ上のカーボンブラシは、スリップリングの溝付き金属リングと合うことを確認してください。これは、電気的接触の維持を保証します。 </li><li>それぞれ頂部および底部バスバーの雄ピンコネクタにカーボンブラシアセンブリと誘電ボブアセンブリの雌ピンコネクタを接続します。 LCRメータでバスバーに接続され、終端シールド標識BNCケーブルがそれらの対応するBNCコネクタに取り付けられていることを確認。 </li><li> 「AO0」と表示されたDAQカードに接続されたBNCケーブルに「SANS TO」というラベルの付いたBNCケーブルを接続します。 「AI0」と表示されたDAQカードに接続されたBNCケーブルに「SANS FROM」というラベルの付いたBNCケーブルを接続します。 「AO1」と表示されたDAQカードに接続されたBNCケーブルに「TRIGGER」というラベルの付いたBNCケーブルを接続します。コネクト「AI3」標識BNCケーブルにレオメーターの背面の15ピンコネクタに接続されたBNCケーブル。 LCRメータとレオメーターは、制御コンピュータと通信していることを確認してください。 </li></ol> 7.測定のための器具を準備<ol><li>温度にプロピレンカーボネート中のカーボンブラック分散液の4mLの、オーブンを開け100mmとのギャップを設定し、負荷がカップ壁に残されたサンプルを最小にするように注意しながら、誘電体カップアセンブリを平衡化しました。 </li><li>フロントLCD画面を使用して40mmとジオメトリを下げます。 1ラジアン/秒にモータ制御の設定を使用して、レオメーター制御ソフトウェアの速度を設定します。レオメーター上のスルー・オプションを使用して、ギャップ距離が0.5mmになるまで誘電ボブアセンブリを下げます。 </li><li>機器のソフトウェアを使用して、誘電体幾何測定ギャップに移動し、そして0ラジアン/秒にモータ制御設定を使用して、レオメーター制御ソフトウェア上のモータ速度を設定します。この段階では、サンプルは、負荷でありますエド。 注：サンプルレベルが過剰充填することなく、すべての方法クエット壁いっぱいになることを保証するために、もう一度サンプル充填レベルを確認してください。 </li><li>所望の溶媒と内側誘電ボブアセンブリの壁を充填することにより溶媒トラップをインストールし、誘電体カップ組立体のリムに溶媒トラップを置きます。 </li></ol> 8.誘電RheoSANS実験を実行します<ol><li> 「TA_ARES_FlowSweep.vi」と表示されたコードを設定します。 GUIは、誘電体RheoSANS実験の実験の実行条件を指定して変更可能なフィールドが表示されます。次の順序でこれらのフィールドを設定します。 <ol><li>ログファイル、ログファイルのベース名のパスを指定します。メニューバーの「ファイル名を指定して実行」の矢印ボタンを押して、コードを実行します。 </li><li>レオロジーパラメータを選択 - 開始剪断速度（25ラジアン/秒）、せん断速度を終了する（/ S 1ラジアン）、剪断速度点の数を（6）と点がロガールするかどうかithmically又は線形離間（ラジオボタン）。この実験のために25°Cまで温度を選択します。事前剪断条件（所望される場合、「ON」のラジオボタンを有効にする）を選択 - この実験では、事前剪断工程後に300秒の待機時間で600秒間、25ラジアン/秒事前剪断を使用します。 </li><li>せん断速度と回収率当たりの時間を指定します。ハンドシェイクのラジオボタンを有効にします。試験パラメータタブを対数またはリニアスイープを選択 - ラジオボタンが緑色である場合、点のN個のリストは、対数マックス・シアー速度のせん断速度分から離間されます。 </li><li>必要に応じて、「離散値」タブを経て離散せん断速度と時間を指定します。周波数点の数、周波数の最小値と周波数の最大のデフォルトを選択します。時間依存周波数を設定します - すべてのせん断速度のための希望の時間に依存する周波数を指定します。定常状態の時間を設定 - 固定FREQでコードが誘電パラメータを測定する時間を設定します各せん断速度についての、時間の関数としてのuency。 </li><li>信号の種類や大きさを指定します。平均するサイクル数と測定時間を指定します。 </li></ol></li><li> SANSのコンピュータにオートログインをオンにします。 SANS構成を設定します。構成を選択し、コード内のせん断速度リスト内に含まれる総時間よりも、少なくとも1分長くなるように実行時間を指定します。 注：構成が達成されるとVIPERはそれを変更するには、データ収集カードからのアナログ信号を待っているであろうことを示し、「DIO STAT 16」をお読みください。 </li><li>レオメーター制御ソフトウェアの設定。実験タブでは、「手順」を押し、「オープン・プロシージャ・ファイル」ドロップダウンメニュー。 「誘電RheoSANSスクリプトファイル」と表示された手順ファイルに移動します。レオメーターは、実験を実行する準備ができていることを確認してください。 </li><li> SANSの準備ができたら、制御ソフトウェアが設定され、レオメーター続きを確保ROLソフトウェアのスクリプトファイルが開いている、押して「パラメータセット」。これは、指定された実験の実行をトリガーすると、すべてのデータは、あらかじめプログラムされたサンプルの実行全体でログインする必要があります。 </li></ol>実験の終了9. <ol><li>中性子ビームをオフにして、自動ロギングを無効にします。サンプルをアンロードし、レオメーターから誘電体カップとボブアセンブリを取り除きます。モータエアベアリングプロテクタをインストールし、トランスデューサをロックします。 </li><li>コンピュータ、LCRメータ、およびレオメーター電源の電源を切ります。エアラインを外します。すべてのBNCケーブルを外し、レオメーター上にクレーンリフトを再インストールします。 </li><li>切り捨てられた鼻をアンインストールします。レオメーターのクレーンアダプタを再インストールします。表からレオメーターを持ち上げ、ケーブルがuntangled残ることを確実レオメーターテーブル上に置きます。 </li></ol><img alt="図1" src="/files/ftp_upload/55318/55318fig1.jpg" /> 図1：。。） -共同のe）の写真<html> SANSビームラインと標識と以下のように定義されるビームライン上のレオメーターをインストールするために必要なレオメーターのmponents。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55318/55318fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/55318/55318fig2.jpg" /> 図2： 以下の条件を定義するラベルを持つコンポーネント誘電RheoSANSジオメトリの写真。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55318/55318fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/55318/55318fig3.jpg" /> 図3：誘電体RheoSANSジオメトリ、および電子上にスリップリングをインストールするための手順のa.-d.）写真）完全実装誘電RheoSANSジオメトリの写真。ove.com/files/ftp_upload/55318/55318fig3large.jpg」ターゲット= 『_空白』&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/55318/55318fig4.jpg" /> 図4： オーブン幾何学と誘電RheoSANSジオメトリによるビーム路の概略図。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55318/55318fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>

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著者は、開示することは何もありません。

同時に誘電RheoSANS実験措置が事前定義された変形を受けるような材料の、流動学的、電気的および微細構造応答。ここに示す例では、電気化学フローセルに用いられる導電性添加剤を形成する導電性カーボンブラックの懸濁液です。誘電RheoSANS器具は、いずれかの電気またはレオロジー測定の忠実度を損なうことなく、狭いギャップクエットセル内せん断の半径方向平面の問い合わせを可能にします。また、形状は例えば剪断応力、導電率および誘電率のような固有の変数を適切なために、生信号の変換、トルク、抵抗、及び位相シフトを可能にします。時間依存性及び剪断速度依存RHEO電気構造特性が記録されている間、せん断速度が対数最大値から最小値にステップされる場合、この手順で概説した実験において、フロースイープが行われます。それが得られ、次いで、巨視的流れを受けるように、この測定から、カーボンブラックゲルの微細構造及び導電率の変化を調べることができます。そのため、同時誘電体測定のため、我々は、彼らが溶けて遠く平衡からこれらのゲル化材料の伝導の起源を探ることができます。 20フロースイープを行うことができる潜在的なテストの1種...

巨視的特性の測定は、多くの場合、通常、製剤の性能を改善するために理解を開発する目的で、コロイド物質と自己組織化システムの性質に基本的な洞察を得るために使用されます。具体的には、加えられた応力または変形に対する流体の動的応答を測定レオロジーの分野は、平衡状態下でも遠く平衡からの両方のコロイド挙動に貴重な洞察を提供し、そのような消費者および工業用流体の1つのレオロジーテストを処理中として、ゲルおよびガラスはまた、配合者により標的とされる粘度などレオロジーパラメータを測定するために使用することができます。レオロジーは、材料特性の強力なプローブであるが、それは基本的なコロイド挙動の理解が大幅Cとレオロジー測定を組み合わせることによって向上させることができるように、顕微鏡レベルでコロイド情報の間接的な測定値でありますomplementary技術。 そのような直交技法は、インピーダンス分光法です。インピーダンス分光法は、印加する振動電場に対する材料の応答を測定する誘電緩和挙動のバルクプローブです。 2電荷輸送及び偏光を含む材料内に活性である電気緩和モードからインピーダンススペクトルの結果。 3、4これらの測定は、レオロジー組み合わせる特にコロイド動作のための追加の証拠を提供します。荷電コロイド分散体、タンパク質、イオン性界面活性剤、ナノ複合材料、及び他のシステムをプロービングするとき5したがって 、これらの技術の組み合わせが特に適切です。 6、7 コロイド状の挙動の調査の基本的な関心は、材料のmicrostrucです<html>トゥーレ。コロイド状流体の微細構造は、そのレオロジー及び電気的挙動の両方を再構成するために必要なすべての情報を符号化すると考えられています。基本的に、我々は測定された材料の応答につながるナノスケールの微細構造の特徴のスナップショットを測定しようとしています。それらのプロセスの歴史上の多くの複雑な流体依存性の複雑な性質のために、微細構造特性上の努力の多くは、それが変形したような材料のその場での測定で作ることに焦点を当てています。これは、粒子の速度は、直接可視化が本質的に困難な作った例えば定常剪断下でナノサイズの粒子の測定を行うことができるようにする方法を考案する実験者に挑戦しています。流れの下で、材料の微細構造の直接測定は、RHEO-光学、RHEO-顕微鏡ともRHEO-NMR至るまで多くの形態をとっています。 8、9、尻=「外部参照」&gt; 10の小角散乱方法、および特定の小角中性子散乱（SANS）技術では、全ての3つの平面を含むバルク剪断場に定常状態でのサンプルの時間平均微細構造を測定することでそれ自体が有効であることが証明されています剪断。 11、12、13は、しかしながら、新たなデータ収集技術は、構造過渡が10msほど細かい時間分解能で撮像することが可能となりました。 14は、実際にその場散乱法で様々なとレオロジーを組み合わせることにより、最近の研究の数百に貴重であることが証明されました。 15 新興の技術課題は、半固体フロー電池電極内の導電性添加剤としてのコロイド懸濁液を使用することです。本出願において16、導電性のコロイド粒子は、母校ながら電気的パーコレーションネットワークを維持しなければなりませんIALは、電気化学フローセルを通ってポンピングされます。これらの材料の性能要求は、彼らはせん断速度の広い範囲にわたってレオロジーパフォーマンスに悪影響を及ぼすことなく、高い導電率を維持することが必要です。 17はるかに彼らの平衡状態からのこれらの物質の基礎となるレオロジー特性および電気的応答を定量し、特徴付けるために安定した時間に依存する剪断条件下でコロイド挙動の測定を行うことができることが非常に望ましいです。この点で更なる理論的発展を妨げている重要複雑な要因は、カーボンブラックスラリーのチキソトロピー性質です。 18のこれらの歴史に依存するレオロジー特性及び電気的特性が再現する実験が難しいことで知ら作ります。したがって、それは困難な様々なプロトコルを使用して測定したデータセットを比較すること。さらに、これまでに3つのすべてを行うことが可能な単一のジオメトリ、dieleはありませんctric、レオロジー、および微細構造の特徴付け、同時に。フローは処理材料の残りの測定値は、それらの使用のために、より関連性の高い気流下特性の正確な表示を提供しないことができるように、構造を変更することができるように同時測定が重要です。カーボンブラックスラリーの測定された特性の多くは、幾何学的形状に依存しているように、さらに、別の機器で同じサンプルから得られたデータを比較すると合併症があります。 19 計測では、この課題に対応するために、我々は中性子研究NISTセンターとその場インピーダンス分光法での可能デラウェア大学の新しい誘電RheoSANSジオメトリを開発した、商用系統上の任意の変形の下で、材料のレオロジーとSANS測定制御レオメーター。これは、微細構造を測定することが可能なクエットジオメトリ、エレクトリカを開発することによって有効になっていますL及び二つの同心シリンダのギャップの間に閉じ込められた材料のレオロジー応答。外筒が回転するように、試料の変形によって課されるトルクが内筒に測定され、インピーダンス測定はギャップを横切って半径方向に形成されています。レオメーターで経験せん断応力に耐えるのに十分な中性子に対して透過的かつ堅牢になるようにシリンダはチタンから機械加工されています。我々は、クエットの半径方向の位置を介してSANS測定を行い、変形を受けて試料から高品質のSANSパターンを測定することが可能であることを実証しました。それは明確に定義された変形形状を受けるようにこのように、全ての3つの測定は、サンプル中の関心のある同じ領域上に形成されています。この記事の目的は、誘電体クエットジオメトリ、RheoSANS機器へのインストール、および同時測定の実行が成功を記述することです。このレオメーターは、中性子のためのNISTセンターで入手できますアメリカ国立標準技術研究所の研究。 NG-7 SANSビームライン上で動作するように設計されています。我々は、図面及びこの測定を可能にするために、機械加工及び組み立てられたカスタムコンポーネントの詳細な説明を提供しました。

<table><tbody><tr><td>ARES G2 レオメーター</td><td>TA Instruments</td><td>401000.501</td><td>レオメーター</td></tr><tr><td>ARES G2-DETA ACCY キット</td><td>TA Instruments</td><td>402551.901</td><td>BNC コネクタ</td></tr><tr><td>ジオメトリ ARES 25 mm DETA</td><td>TA Instruments</td><td>402553.901</td><td>誘電体ジオメトリ</td></tr><tr><td>ARES G2 強制対流オーブン</td><td>TA Instruments</td><td>401892.901</td><td>FCO</td></tr><tr><td>Agilent E4980A LCR Meter</td><td>TAInstruments</td><td>613.04946</td><td>LCRメータ</td></tr><tr><td>USB-6001</td><td>National Instruments</td><td>NI USB-6001</td><td>データ集録カード</td></tr><tr><td>Vulcan XC72R</td><td>Cabot</td><td>Vulcan XC72R</td><td></td></tr><tr><td>Propylene Carbonate</td><td>Aldrich</td><td>310328</td><td></td></tr><tr><td>LabVIEW&nbsp;システム設計ソフトウェア</td><td>National Instruments</td><td>776671-35</td><td>制御ソフトウェア&nbsp;</td></tr></tbody></table>

誘電rheosans  - インピーダンス、レオロジー及び複雑流体の小角中性子散乱の同時尋問

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

複合流体の電気的、機械的及び微細構造的特性の同時問い合わせが可能な新たな誘電RheoSANS器具の操作のための手順が提示されます。器具は、市販のレオメータに取り付けられ変性強制対流オーブン内に含まクエットジオメトリから構成されています。この装置は、小角中性子散乱（SANS）中性子研究のための国立標準技術研究所（NIST）センター（NCNR）のビームライン上での使用のために利用可能です。クエット形状は、中性子に対して透明であるように機械加工され、電気的特性及び試料は、任意の変形を受けながら、チタンシリンダとの間に閉じ込められたサンプルの微細構造特性の測定を提供します。これらの測定の同期が監視し、所定の実験プロトコルの実行を制御するカスタマイズプログラムを使用することによって有効になっています。ここでの説明はするプロトコルです周波数に依存する誘電測定が行われている間、せん断速度が対数的に指定された期間のための各ステップで保持最大値から最小値にステップされるフロースイープ実験を行ないます。代表的な結果は、プロピレンカーボネート中に分散されたカーボンブラック凝集体からなるゲルからなる試料から示されています。ゲルが定常剪断を受けるように、カーボンブラックのネットワークは、カーボンブラックネットワークを含む結合の破壊に関連した導電率の初期低下を引き起こす、機械的に変形します。しかし、より高いせん断速度で、導電率はずり肥厚の発症と関連する回復します。全体として、これらの結果は、誘電RheoSANSジオメトリを使用して、これらの懸濁液のRHEO電気微細構造特性の同時測定の有用性を実証します。

誘電RheoSANS実験からの代表的結果を図5及び6に示されています。これらのデータは、プロピレンカーボネート中の導電性カーボンブラックの懸濁液に取られます。これらの凝集体は、電気的に導通しているゲルを形成する、比較的低い固形分充填量で魅力的相互作用による凝集します。そのような懸濁液のレオロジーおよび伝導度応答は、研究の活発な領域であり、現在の研究は、これらの測定の微細構造の起源を理解しよう。誘電RheoSANS器具は一意には、そのような半固体電気化学フローセルのようなアプリケーションに見られるものと同様の変形を受けるように、それは同時に材料の電気的および機械的特性をプローブとして、この問題に対処するために適したツールです。このような細胞中のカーボンブラックの形態FLOに体積導電率を提供する導電性添加剤翼の電極。 手順で概説した実験は、それが剪断速度が指定された期間、各剪断速度で保持最...

ここでは、せん断流動下ソフトマター材料からの同時インピーダンス、レオロジーおよび中性子散乱を測定するための手順を提示します。

誘電RheoSANS  - インピーダンス、レオロジー及び複雑流体の小角中性子散乱の同時尋問

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

この手順の全体的な目的は、導電性カーボンブラック懸濁液にせん断場を印加して変形させた際の、インピーダンス、レオロジー、および中性子散乱を同時に測定することです。この手法は、材料の微視的構造と、導電性やレオロジーなどの巨視的特性との間の本質的な関連性について、ソフトマターおよび応用材料分野における重要な疑問を解決するのに役立ちます。この技術の主な利点は、測定を同時に行うことで、機械的、構造的、および電気的応答の時間経過に伴う変化全体を再構築し、比較できることです。本手法の意義は、電気化学および光電子工学分野に向けた高度な導電性材料の開発にまで及びます。実験プロトコルの性質が複雑であるため、本手法を視覚的に提示することが極めて重要です。実験のいくつかの重要な局面においては、NISTの専門家が支援を行います。手順を開始する前に、中性子ビームとレオメーターの両方の電源がオフであり、トランスデューサーがロックされ、モーターベアリングロックが装着されていることを確認してください。誘電率カップとボブのアセンブリを洗剤溶液で洗浄します。アセンブリを脱イオン水で十分にすすぎ、自然乾燥させてください。トランスデューサーのロックを解除し、モーターベアリングロックを取り外します。次に、レオメーターの電源を入れ、制御ソフトウェアを起動します。誘電率測定用ジオメトリとボブアセンブリを、それぞれレオメーターの下部および上部のツールマウントに取り付けます。3 mmの六角レンチを使用して、誘電幾何学部のセットスクリューを緩めます。カップアセンブリを誘電幾何学部に装着します。次に、レオメーター制御ソフトウェアでギャップをゼロにし、10 Nの法線力を加えます。この軸方向の圧縮をかけながらセットスクリューを締め、カップアセンブリをジオメトリに固定します。次に、ギャップを測定ギャップ幅に設定します。オーブンのドアを閉め、誘電率セルアセンブリがオーブン内に完全に収まっていることを確認してください。オーブンの壁面に接触することなく完全に回転できるよう、ジオメトリの上下に十分な垂直方向の隙間を確保します。オーブンを開け、誘電体アセンブリを取り出します。ジオメトリシャフトをスリップリングに通し、誘電体カップとスリップリングコネクタを接続します。スリップリングをフランジ上のシャフトと同心に保持しながら、フランジの上部にスリップリングアダプターを固定します。スリップリングをゆっくりと下にスライドさせ、アダプターに適合させます。次に、下部ツールヘッドにレオメーターアライメントツールを取り付けます。切断されたスナウトを取り付け、試料開口部を1 mm × 8 mmに設定します。レオメーターの制御ソフトウェアで、ジオメトリ変位角を0.49 radiansに設定します。次に、SANSの制御ソフトウェアで、すべての中性子ガイドが取り外されていることを確認します。オーブンのドアを開き、ビーム調整用レーザーを確認します。SANSソフトウェアを使用して、レーザービームがオーブンの中心線に沿い、かつアパーチャの壁に接触せずにサンプルアパーチャを通過するように、サンプルステージの高さと角度を調整します。レオメーターの調整後、調整ツールを取り外し、一連のSANS測定を行って装置の校正を行います。次に、レオメーターのLCD画面を使用して、ギャップを100 millimetersに設定します。ボブアセンブリ付きの誘電率セルを上部ツールヘッドに、カップジオメトリとスリップリングアセンブリを下部ツールヘッドに取り付けます。装置ソフトウェアを使用して、ギャップのゼロ点調整を行います。次に、カーボンブラシアセンブリをブラシアダプターに取り付けます。カーボンブラシをスリップリングの溝に合わせ、アダプターをネジでレオメーターに固定します。カーボンブラシアセンブリを上部バスバーに、誘電体ボブアセンブリを下部バスバーに接続します。シールドBNCケーブルがバスバーおよびLCRメーターに接続されているか確認します。SANSおよびトリガーのBNCケーブルをDAQカードに接続します。レオメーターをDAQカードに接続します。LCRメーターとレオメーターがコンピューターと正常に通信していることを確認します。サンプルをロードする前に、ギャップが100 millimetersに設定されていることを確認してください。次に、プロピレンカーボネート中のカーボンブラック分散液を4 millimeters、誘電カップアセンブリにロードし、カップ壁に残るサンプルの量を最小限に抑えます。ジオメトリを40 mmまで下げます。次に、レオメーターの制御ソフトウェアで、モーター速度を1 rad/sに設定します。誘電ボブアセンブリを下げてギャップ幅を0.1 mmにし、その後、モーター速度を0 rad/sに設定します。試料の液面がクエット壁まで達していること、および液量が多くなりすぎていないことを確認します。実験に使用する溶媒を内側の誘電体ボブアセンブリに満たします。誘電体カップアセンブリの縁に溶媒トラップを設置します。次に、希望する実験条件に合わせて仮想計測器ファイルを設定します。SANS計測器とレオメーターの適切な測定時間および手順を設定してください。「parameters set」をクリックして実験を実行します。導電性カーボンブラック懸濁液をRheoSANSを用いて評価しました。せん断速度を対数的に段階的に減少させ、各段階で一定時間保持しながら、レオロジー、誘電データ、および中性子散乱を連続的に測定しました。各せん断速度ステップにおける定常状態のレオロジー、誘電、およびSANSデータを処理および解析しました。せん断速度の増加に伴い、導電率と有効体積分率が減少する期間は、微視的なゲルの降伏に起因すると考えられた。それに続く、せん断速度の増加に伴い導電率が増加し、有効体積分率が減少する期間は、流体力学的な力によって凝集粒子が引き寄せられることで生じるせん断増粘に起因すると考えられた。より高いせん断速度における微細構造の転移は、二次元プロットで示された。Dielectric RheoSANSは、ソフトマター系の非平衡挙動を解析することが可能な柔軟なプラットフォームを提供します。多種多様な実験プロトコルを適用できるため、この装置はNCNRにおいて科学コミュニティによる幅広い利用が可能です。

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1〜2平面フロー小角中性子散乱を用いた材料の微細構造の下で流量を測定

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学ぶ誘電RheoSANS法を用いて、導電性カーボンブラック懸濁液のインピーダンス、レオロジー、小角中性子散乱を同時測定する方法。剪断流動下での微細構造とマクロ特性の関係を解明し、先端導電材料開発に貢献します。

誘電RheoSANS - インピーダンス、レオロジー及び複雑流体の小角中性子散乱の同時尋問

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