Name: 부드러운 재료의 큰 진폭 진동 전단 응답 공부 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-04-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 7 s
Description: 배우세요 비선형 진동 전단 점탄성 측정법으로 부드러운 재료의 점탄성 특성을 정량화하고 거시적-미시적 상관관계를 분석하는 방법입니다. 다양한 소프트 물질 연구에 활용됩니다.

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저자는 그들의 VIP 학술 연구 프로그램을 통해 MCR 702 고분자의 사용에 대 한 안톤 커플을 감사합니다. 우리는 또한 악기 설정에서 메모에 대 한 박사 Abhishek 티 감사합니다.

1. 제가 설치
<ol><li>SMT 모드에서 구성 하는 고분자와 (참고 참조), 상위 및 하위 드라이브 기 하 도형을 연결. 가능한 균질 전단 필드에 가깝게 유지 하기 위해 낮은 조명 기구와 2도 콘 (CP50-2) 50 m m 플레이트 (PP50)을 사용 하 여 상단 고정 장치에 대 한. 참고:는 제가 사용 ( 재료의 표참조) 중 하나는 결합 된 모터-변환기 (CMT)에서 구성할 수 있습니다 또는 별도 모터 변환기 (SMT) 모드. 만 단일 모터 제가 머리에 통합, 그것은 역할을 전통적인 CMT 스트레스 제어 고분자와 얻은 데이터 관성 수정 필요. SMT 모드에 통합 하는 2 개의 모터, 상단 모터 토크 변환기 전적으로 운영와 하단 모터 역할을 따라서 일반적인 스트레인 제어 고분자는 고분자를 변환 하는 드라이브 단위.<ol>
<li>하단 및 상단 형상에 첨부 합니다.</li>
		<li>[컨트롤] 패널에서 0 간격 단추 클릭 합니다.</li>
		<li>서비스 기능을 시작 위에 측정 설정 탭으로 이동 합니다. 교정 및 상단에 대 한 드롭다운 메뉴에서 발견 측정 시스템, 관성을 실행 합니다.</li>
		<li>위와 더 낮은 모터에 대 한 조정을 실행 합니다.</li>
		<li>컨트롤 패널에서 원하는 온도 지정 합니다. 참고: 솔루션 XG와 PEO에는 실험에서 수행 하는 측정은 25 ± 0.1 ° C와 35 ± 0.1 ° C, 각각.</li>
	</ol>
</li>
	<li>주걱 또는 피 펫, 아니 공기 방울 샘플에서 최는 보장 바닥 형상 위에 관심의 자료를 로드 합니다. 참고: 완전히 geometry를 작성 하는 데 필요한 재료의 대략적인 볼륨 설정 에서 rheometry 소프트웨어에 제공 됩니다 | 측정 시스템.<ol>
<li>콘 판 형상에 맞게 1.14 mL 로드. 피 펫과 점성 재료를 주걱으로 갈수록 더 높은 점도 샘플을 로드 합니다. 참고: 주걱 폴리머 솔루션을 로드 하는 데 사용 됩니다.</li>
		<li>명령어는 트림 갭 측정 시스템 고 부드럽게 트림 기하학의 가장자리에 초과 소재 광장-엔드 주걱, 주걱은 고분자의 축에 수직인 남아 보장. 참고: 로드 소재의 품질은 크게 유 변 학적 결과 영향을 하 고 어떤 명백한 아래-또는 오버-filling 피해 야 한다.</li>
		<li>Rheometry 소프트웨어 측정 간격을 이동에서 계속 단추를 누릅니다. 참고: 완전 한 로드 과정은 그림 2에 나와 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 진동 전단 테스트 실행
참고: 진동 전단 테스트 실행의 두 가지 방법으로 소개 된다. 첫 번째 방법은 정현파 그리고 긴장만을 위해 설계 되었습니다 그리고 우리는 여기에 보고서 데이터를 수집 하는 데 사용 되었다. 두 번째 방법은 임의 스트레스 또는 스트레인 일정 설정 될 수 있습니다.
<ol><li>
정현파 진동 전단
	<ol>
<li>소프트웨어에 큰 진폭 진동 전단-라오스 내 애플 리 케이 션 아래에 이동 합니다. 측정 상자에가 고 변형 변수를 클릭 합니다.</li>
		<li>초기 (1%)을 지정 그리고 최종 값 (4000%) 변형 진폭 스윕. 0.316 rad의 부과 주파수 지정/지정 된 진폭 범위 10 년 당 5 포인트의 점 밀도 있는 결과에서 16으로 정의 긴장 진폭의 원하는 총 수 미.</li>
		<li>과도 응답을 수집 하는 상단에 파형을 얻을 상자를 확인 하십시오.</li>
		<li>실험 시작 상단에 있는 시작 버튼을 클릭 하 고 원시 데이터 rheometry 소프트웨어에 자동으로 표시 됩니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
임의 스트레스 또는 스트레인 일정
	<ol>
<li>임의 정의 변형, 부과 하는 소프트웨어에 사용 내 애플 리 케이 션 에서 파형 사인 발생기 을 클릭 합니다.</li>
		<li>(사인 파형은 제한 되지) 적용 하는 함수에 해당 하는 변형 값의 목록을 정의 합니다. 외부 프로그램에 값 목록을 생성 합니다.</li>
		<li>스트레인 값 측정 상자에서 편집 을 클릭 합니다. 복사 하 고 값 목록에 이러한 숫자를 붙여 넣습니다.</li>
		<li>데이터 포인트의 수를 지정, 기간 및 간격 시간을 부과 주파수를 조정 합니다. 예를 들어, 512 포인트와 6.2832 간격 시간과 데이터 포인트의 수를 지정 s, 각각, 변형 정현파의 사이클 512 포인트와 1 rad/s의 주파수 변형 값 목록에 붙여 넣는 경우 필요 하다. 참고:이 방법은 권장 하지 않습니다 실행 하 고 또한이 고분자에 진동 테스트 모드에서 사용 되는 자동 수정을 사용할 수 없다는 사실 때문에 진동 사이클의 제한 된 수의 정현파 진동 전단 모드입니다. 그럼에도 불구 하 고, SPP 프레임 워크에 내장 된 정현파 긴장의 아무 가정 하기 때문에 하나 임의로 정의할 수 처리 조건 또는 자료 발생할 수 있습니다, 최종 사용 및 SPP 프레임 워크 남아 부과 변형 기능 유 변 학적 반응 분석에 적용 됩니다.</li>
		<li>상단에 파형을 얻을 상자를 확인 하십시오. 다음 실험을 시작 하는 상단에 시작 단추를 클릭 합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 수행 SPP 분석 (SPP 라오스 소프트웨어)
참고: SPP 분석 소프트웨어 SPP 프레임 워크와 유 변 학적 데이터를 분석 하기 위한 MATLAB 기반 프리웨어 패키지 이며, 보충 파일 1\u2012621으로 첨부 됩니다.
<ol><li>형식 데이터 파일을 탭 구분 텍스트 (.txt)의 순서 4 열으로 구성 된 {시간 (s), (-)를 변형, 평가 (1/s), 스트레스 (Pa)}. 참고: 사용자가 그들의 데이터를 처리할 수 있도록 함수 파일에 헤더 줄의 수를 수정 해야 합니다. 샘플 데이터 파일 (보충 파일 7\u20129)를 참조 하십시오.</li>
	<li>SPP 라오스 소프트웨어를 실행 하려면 MATLAB에서 RunSPPplus_v1.m 라는 m 파일을 엽니다. 참고: RunSPPplus_v1.m 주요 스크립트를 분석을 실행 하는 동안, 패키지에 포함 된 다른 기능은 파일을 SPPplus_read_v1.m, SPPplus_fourier_v1.m, SPPplus_numerical_v1.m, SPPplus_print_v1.m를 포함 하 여 주요 스크립트에서 호출할 것입니다 및 SPPplus_figure_v1.m입니다.</li>
	<li>사용자 정의 변수, 레이블이 섹션으로 이동한 다음 변수를 지정 합니다.<ol>
<li>파일 이름: SPP 분석을 위해 사용 될.txt 파일의 이름을 지정 합니다. 참고: 파일은 위의 형식 요구 사항을 일치 해야 합니다.</li>
		<li>실행 상태: 배치로 벡터 [1, 0] 일반 진동 전단 응답 푸리에 분석 모드 실행. 참고: 소프트웨어 즉각적인 SPP 계수 계산의 두 가지 방법을 사용 하 여 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq3.jpg"> , <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg"> , 푸리에 변환 및 숫자 차별화에 따라. 푸리에 변환 접근 진동 전단 시험 등 정기적으로 입력을 위해 설계 되었습니다. 임의의 시간에 따른 테스트를 포함, 하지만 정현파 프로토콜에 국한 되지 않습니다, 숫자 차별화 방식으로 분석할 수 있습니다.</li>
		<li>실행 상태: 입력으로 벡터 [0, 1] 숫자 차별화 분석 모드 임의의 시간에 따라 테스트를 실행 하려면.</li>
		<li>오메가 (푸리에 분석): rad/s의 단위, 진동의 각진동수를 지정.</li>
		<li>M (푸리에 분석): 수 종 분석에 포함 시킬 높은 고조파의 정의. 잡음 플로어 위에 모든 더 높은 고조파를 포함 하도록이 값을 조정 합니다. 참고:이 번호 홀수 양수 여야 하며 진폭 및 소재에 따라 다릅니다. 우리는 3 고조파 MAOS 정권에서 및 조사 하는 가장 큰 진폭에 고조파 55까지 포함.</li>
		<li>p (푸리에 분석): 양수 하는 입력된 데이터에 시간 측정의 총 수를 지정. 참고: 더 많은 기간, 수집 된 데이터의 시간 해상도 SPP 매개 변수.</li>
		<li>k (숫자 차별화): 양수 하는 숫자 차별화 단계 크기를 정의.</li>
		<li>num_mode (숫자 차별화): "0" (표준 차별화) 또는 "1" (반복된 차별화) num_mode 를 지정. 참고: 숫자 차별화 계획에 구현 하는 두 가지 절차 있습니다. "표준 감 별 법"에서는 데이터의 형태에 대 한 아무 정도. 그것은 데이터, 마지막 2000 포인트에 대 한 이전 버전과 차이 및 미국을 중심으로 다른 곳의 첫 2000 포인트에 대 한 파생물을 계산 하기 위해 앞으로 차이 활용 합니다. "반복 차별화" 가정 하는 데이터 정상 상태 정기적인 조건에서 촬영 기간의 정수 수를 포함 합니다. 이러한 가정 데이터의 끝을 반복 하 여 어디서 나 계산 중심으로 차이 허용 합니다.</li>
		<li>일단 모든 변수는 지정 된 상단에 실행 버튼을 선택 합니다. 참고: 소프트웨어 데이터와 관련 된 모든 종 통계를 계산 하 고 현재 분석 실행 및 출력 추가 분석을 위해 모든 계산 된 SPP 메트릭을 포함 하는 텍스트 파일 관련 수치를 표시 것입니다.</li>
		<li>반복적으로 출력에서 분석에 포함 되어야 하는 고조파의 수를 조정 푸리에 스펙트럼. 잡음 플로어 위에 모든 높은 홀수 고조파를 포함 한다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. 라오스 응답 해석
<ol><li>순간 종 응용의 콜 콜 플롯으로 이동 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq3.jpg"> 및 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg"> SPP 소프트웨어에 의해 자동으로 생성 된. 참고: 콜 콜 플롯에 곡선에 점 탄성 소재 상태의 궤적으로 여겨진다 고 해석 진동, 내부 사이클 프로세스, 또는 간 사이클 프로세스에 연속 기간 사이 형성 될 수 있다.</li>
	<li>순간 탄성 계수에 의해 강성 해석<img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq13.jpg">, 그리고의 증가/감소 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq3.jpg"> 스티프닝/연 화를 나타내는. 그림 3을 참조 하십시오.</li>
	<li>재료의 점도 즉각적인 점성 계수에 따라 해석 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg"> . 이 매개 변수는 증가/감소 두껍게/숱이 나타냅니다.</li>
	<li>과도 응용의 시간 파생 상품에의 다른 콜 콜 플롯에 초점을 전송 <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq14.jpg"> , <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq15.jpg"> , 얼마나 많은 응답 스티프닝에 대 한 정량적 인 정보를 제공 하는 (<img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq16.jpg">), 연 화 (<img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq17.jpg">) 두껍게, (<img alt="Equation 18" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq18.jpg">), 숱이 ((<img alt="Equation 19" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq19.jpg">)). 그림 3을 참조 하십시오. 참고: 파생 상품의 가치와 속도는 재료 스티프닝/연 화 또는 두껍게/숱이 받을 수 양적 정한다.</li>
	<li>콜 콜 플롯에 (시간이 중 평균 의미)에서 궤도의 중심을 읽고 <img alt="Equation 20" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq20.jpg"> 동적 응용으로 [<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq1.jpg"><img alt="Equation 21" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq21.jpg">]. 참고: 동적 계수 변형, 주기의 평균 매개 변수는 및 라오스에서 지역 정보를 제공 하기에 충분 하지 않습니다.</li>
	<li>간 주기 물리학을 이해 하는 진폭 걸쳐 궤적의 상대적 움직임을 추적 합니다. 참고: 동적 계수의 전통적인 변형 진폭 청소는 시간이 중 평균 센터의 상대적 움직임에 초점을 맞추고. 그럼에도 불구 하 고, 하나는 쉽게 다른 특정 지점, 예를 들어, 스트레인 엑스 트 레 마의 진폭에서 모션을 분석할 수 있습니다.</li>
	<li>일시적인 차동 점도 확인 <img alt="Equation 22" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq22.jpg"> 정상 전단 흐름 곡선 위에 오버레이. 안정적인 전단 조건 과도 라오스 응답을 비교 합니다.</li>
	<li>최대의 포인트를 결정 <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq12.jpg"> 의 콜 콜 줄거리에 큰 진폭에서 <img alt="Equation 20" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq20.jpg"> . 그림 4c에서 라는 스타를 참조 하십시오.<ol>
<li>값을 기록 <img alt="Equation 23" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq23.jpg"> 그 순간에.</li>
		<li>동적 계수의 진폭 스윕 위에 그들을 플롯 합니다. 그림 4 d를 참조 하십시오. 참고: 최대 과도 탄성 계수와 선형 점 탄성 사이의 모든 통신에 주의 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq1.jpg"> .</li>
	</ol>
</li>
	<li>최대의 순간을 찾아 <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq12.jpg"> 탄성 Lissajous 그림 및 해당 스트레인 값 기록에. 그림 4a에 라는 스타를 참조 하십시오.</li>
	<li>만약 <img alt="Equation 24" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq24.jpg"> , 평형 긴장 확인 <img alt="Equation 25" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq25.jpg"> 및 탄성 변형 <img alt="Equation 26" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq26.jpg"> . 참고입니다. 변위 스트레스와 <img alt="Equation 27" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq27.jpg"> , <img alt="Equation 28" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq28.jpg"> 평형 긴장으로 결정 될 수 있다 <img alt="Equation 29" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq29.jpg"> 와 탄성 변형 긴장과 균형의 차이 스트레인5,13로 결정 될 수 있다 따라서 . 요구 사항 <img alt="Equation 24" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq24.jpg"> 파생 되 고15다른 논의.</li>
	<li>탄성 변형 부과 긴장 진폭의 기능으로 플롯 합니다. 그림 4e를 참조 하십시오. 탄력 있는 긴장 긴장 진폭의 독립적인 경우에, 다음 그림 4 d에서 진폭 스윕에이 중요 한 긴장을 나타냅니다.</li>
</ol>

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<li>Poulos, A. S., Stellbrink, J., Petekidis, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow+of+concentrated+solutions+of+starlike+micelles+under+large-amplitude+oscillatory+shear%5BTitle%5D)+AND+%22Rheologica+Acta%22%5BJournal%5D)">Flow of concentrated solutions of starlike micelles under large-amplitude oscillatory shear.</a> Rheologica Acta. 52 (8-9), 785-800 (2013).</li>
<li>Armstrong, M. J., Beris, A. N., Rogers, S. A., Wagner, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+shear+rheology+of+a+thixotropic+suspension%3A+Comparison+of+an+improved+structure-based+model+with+large+amplitude+oscillatory+shear+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Rheology%22%5BJournal%5D)">Dynamic shear rheology of a thixotropic suspension: Comparison of an improved structure-based model with large amplitude oscillatory shear experiments.</a> Journal of Rheology. 60 (3), 433-450 (2016).</li>
<li>Calabrese, M. A., Wagner, N. J., Rogers, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+optimized+protocol+for+the+analysis+of+time-resolved+elastic+scattering+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">An optimized protocol for the analysis of time-resolved elastic scattering experiments.</a> Soft Matter. 12 (8), 2301-2308 (2016).</li>
</ol>

저자는 공개 없다.

우리가 제대로 상용 고분자를 사용 하 여 큰 진폭 진동 전단 rheometry 테스트를 수행 하 고 해석 하 고 이해 하는 두 가지 폴리머 솔루션의 비선형 스트레스 응답 SPP 분석 프리웨어를 실행 하는 방법을 설명 했다. 구조적인 변화를 연관 하 여 수많은 콜 로이드 시스템의 이해를 용이 하 게 표시 되었습니다 이전, SPP 프레임 워크 폴리머 시스템에 동일 하 게 적용할 수 있습니다. 라오스에 2 개의 집중된 폴리머 솔루션의 응답 SPP 체계, 프로세스의 복잡 한 시퀀스를 전시 하는 유 변 학적 응답 표시 됩니다를 사용 하 여 조사 되었습니다. 이러한 일시적인 내부 사이클 해석 폴리머 솔루션의 비선형으로의 평형 동작에 필수적인 정보를 제공 하 고 원하는 속성 또는 전송 하는 소비자 제품을 개선 하기 위해 엔지니어에 대 한 지침을 제공 시스템 보다 효율적으로.
젤 같은 XG 솔루션 및 집중된 얽혀 PEO 솔루션 전시 그들의 각각 비선형 행동 사이 명확한 구별을 제공 하는 독특한...

집중된 폴리머 솔루션 주로 식품1 과 다른 소비자 제품2, 강화 된 기름 회복3및 토양 개선4에 포함 하는 점도 증가 하는 다양 한 산업 응용 프로그램에에서 사용 됩니다. 그들의 처리 및 사용 하는 동안 그들은 반드시 대상이 됩니다 큰 변형 계획의 범위. 그런 과정에서 그들은 풍부 하 고 복잡 한 비선형 유 변 학적 행동 흐름 또는 변형 조건1에 의존 하는 방법을 보여 줍니다. 이러한 복잡 한 비선형 유 변 학적 행동을 이해 하는 것은 성공적으로 프로세스를 제어, 우수한 제품을 설계 하 고, 에너지 효율을 극대화 필수적입니다. 산업 중요성 이외 평형까지 고분자 재료의 유 변 학적 행동 이해에 학문적 인 관심의 큰 거래가 이다.
진동 전단 테스트 스트레인 및 스트레인 속도5, 직교 응용 프로그램 때문에 모든 철저 한 유 변 학적 특성의 주요 구성 요소는 및 길이 시간 독립적으로 제어 하는 기능 확장 조정 하 여 시험에 진폭 그리고 주파수입니다. 충분히 작은 하지 재료의 내부 구조를 방해 하는 작은 진폭 진동 전단 긴장을 스트레스 응답 긴장 단계와 단계 변형 속도와 구성 요소에 분해 될 수 있습니다. 변형 속도와 변형 단계에서 부품의 계수는 총칭 하 여7동적 계수6,및 저장 모듈러스로 개별적으로 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq1.jpg"> , 및 손실 모듈러스, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq2.jpg"> . 동적 계수는 탄성 및 점성 해석 취소 이어질. 그러나, 이러한 동적 계수에 따라 해석은 작은 긴장 진폭, 정현파 업무가 스트레스 응답은 또한 정현파에 대해서만 유효 합니다. 이 정권에 일반적으로 작은 진폭 진동 전단 (SAOS), 또는 선형 점 탄성 정권 이라고 합니다. 부과 변형 되면서 큰 변화는에서 유도 된 소재 미세는 비 정현파 과도 스트레스 응답8의 복잡에 반영 됩니다. 더 가깝게 모방한 산업 처리 및 소비자 사용 조건,이 rheologically 비선형 정권에서 동적 계수 응답의 가난한 설명 역할을 합니다. 이해 하는 또 다른 방법은 집중된 부드러운 재료의 밖으로 행동 하는 방법 균형 따라서는.
최근 연구9,10,11,12,13,,1415,16 수 자료 통과 나타났습니다. 다양 한 내부-순환 구조와 동적 변경 (라오스) 정권 중간 진폭 진동 전단 (MAOS)15,17 및 큰 진폭 진동 전단에 더 큰 개에 의해 elicited. 내 주기 구조와 동적 변화 확산에 미세, 구조 이방성, 로컬 재배열, 개혁, 그리고 변화의 파손 등 다른 발현을 있다. 비선형 정권에서 내 주기 물리적 변경 동적 계수와 함께 간단 하 게 해석 될 수 없는 복잡 한 비선형 스트레스 응답으로 이어질. 대신, 몇 가지 방법은 비선형 스트레스 응답의 해석에 대 한 제안 되었습니다. 이것의 일반적인 보기는 푸리에 변환 유동성 (FT 유동성)18, 파워 시리즈 확장11, 체비쇼프 설명19, 그리고 물리적 프로세스 (SPP)5,8,의 순서 13,,1420 분석. 비록 이러한 기술을 모두 수학적으로 견고 표시 되었습니다, 그것은 여전히 이러한 기술의 어떤 비선형 진동 스트레스 응답의 명확 하 고 합리적인 물리적 설명을 제공 하는 여부는 대답 없는 질문. 유 변 학적 데이터 구조 및 동역학 측정에 상관의 간결한 해석을 제공 하는 뛰어난 도전 남아 있다.
최근 연구에서 부드러운 유리 유동성 (SGR) 모델8 과 콜 로이드 스타 폴리머7진동 전단에서 만들어진 부드러운 유리의 비선형 스트레스 응답 SPP 제도 통해 분석 했다. 비선형 스트레스 응답에 탄성과 점성 속성에 일시적인 변화 SPP 계수에 의해 별도로 계량 했다 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq3.jpg"> 및 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg"> . 또한, 유 변 학적 전환 과도 계수에 의해 대표 되었다 microstructural 변화 생체 요소 분포 표현에 정확 하 게 상관 된다. SGR 모델8의 연구에서 명확 하 게 보였다는 유 변 학적 해석 을 통해 SPP 계획 정확 하 게 소프트 안경에 대 한 선형 및 비선형 정권에서 모든 진동 전단 조건 하에서 실제 변화를 반영 한다. 이 독특한 기능 소프트 안경의 비선형 응답의 정확한 물리적 해석을 제공을 폴리머 솔루션의 밖으로의 평형 역동성 및 다른 연약한 물자를 공부 하는 연구원을 위한 SPP 메서드 매력적인 접근을 게 만듭니다.
SPP 방식으로 3 차원 공간에서 발생 하는 유 변 학적 행동을 보고 주위 만들어집니다 (<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq5.jpg">)는 긴장의 구성 (<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq6.jpg">), 변형 속도 (<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq7.jpg">), 스트레스 (<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq8.jpg">)5. 수학적 의미에서 스트레스 응답 변형과 변형 율의 다 변수 함수로 취급 됩니다 (<img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq9.jpg">). 유 변 학적 행동에 궤적으로 간주는 <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq5.jpg"> (또는 다 변수 함수), 궤적의 속성을 토론 하기 위한 도구는 필요. SPP 접근, 변이 계수 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq3.jpg"> 및 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg"> 같은 역할. 과도 탄성 계수 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq3.jpg"> 및 점성 계수 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg"> 긴장에 관하여 스트레스의 파생 상품 부분으로 정의 된다 (<img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq10.jpg">)와 변형 속도 (<img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq11.jpg">). 차동 탄성 및 점성 계수의 물리적 정의 따라 과도 응용 계량 스트레스 반응에 긴장과 긴장 율의 즉각적인 영향 각각, 반면 다른 분석 방법을 어떤을 제공할 수 없습니다. 탄성 및 점성 속성에 대 한 정보 별도로.
SPP 접근 풍요롭게 진동 전단 테스트의 해석. SPP 분석 라오스에서 집중된 폴리머 솔루션의 복잡 한 비선형 유 변 학적 행동 SAOS에 선형 유 변 학적 행동에 직접 연관 될 수 있습니다. 우리는이 작품에 표시 어떻게 최대 과도 탄성 계수 (<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq12.jpg">최대) 엑스 트 레 마 스토리지 계수 선형 정권 (SAOS)에 해당 하는 변형 근처. 또한, 우리는 보여 어떻게 과도 점성 계수 (<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg">)는 라오스 동안 주기 정상 상태 흐름 곡선을 추적. 이외에 제공 폴리머 솔루션에 집중 하는 프로세스의 복잡 한 시퀀스의 세부 사항을 통해 라오스, 아래가 종 체계 또한 제공 합니다 자료에서 복구 스트레인에 대 한 정보를. 이 정보는 다른 접근을 통해 얻을 수 있는 스트레스 제거 되 면 얼마나 많은 소재 반동 것의 유용한 측정 이다. 그런 행동은 3D 인쇄 응용 프로그램, 뿐 아니라 스크린 인쇄, 섬유 형성, 및 흐름 중단에 대 한 집중된 솔루션의 전이성에 영향을 있다. 5,,813 명확 하 게 나타냅니다 복구 긴장 하지 반드시 최근 연구의 여러 변형 동일 라오스 실험 동안 부과. 예를 들어, 라오스13 에서 부드러운 콜 로이드 안경의 연구 발견 복구 부담 5%만 때 훨씬 더 큰 총 스트레인 (420%) 적용 되지 않습니다. 16,,2122,23,24 도 케이지 계수21 을 사용 하 여 선형 탄성 지점에서 라오스에서 관찰 될 수 있다 결론 다른 연구 종료 에 긴장 최대, 자료 그 순간에 비교적 작은 변형 경험을 암시. SPP 제도 이해 라오스는 복구할 수 및 총 긴장의 차이를 리드 스트레인 평형에 변화에 대 한 해당 계정에 대 한 유일한 프레임 워크입니다.
이 문서 두 개의 집중된 폴리머 솔루션, 4 wt %xanthan 실리콘 껌 (XG) 수성 해결책 5 wt % PEO DMSO 솔루션에서을 사용 하 여 라오스 분석 프리웨어에 대 한 상세한 프로토콜을 제공 하 여 이해 및 SPP 분석 방법의 사용의 용이성을 촉진 하는 것을 목표로. 이러한 시스템은 그들의 광범위 한 응용 프로그램 및 rheologically 속성을 흥미로운 때문에 선택 된다. Xanthan 실리콘 껌, 자연 높은 분자 무게 다 당 류, 수성 시스템에 대 한 매우 효과적인 안정제 이며 일반적으로 식품 첨가물 원하는 viscosification를 제공 또는 석유 시추 점도 증가와 항복의 포인트 적용 muds 드릴링. PEO 독특한 친수성 속성이 고 토양 개선 활동 뿐 아니라 제약 제품 제어 릴리스 시스템에서 자주 사용 한다. 이러한 고분자 시스템 처리, 전송, 및 최종 상태를 추정 하기 위한 다양 한 진동 전단 조건 하에서 테스트 합니다. 이러한 실질적인 조건에서 진동 전단 흐름 반전 반드시 포함 하지 않을 수 있습니다, 비록 흐름 필드 쉽게 접근 될 수 있다 및 적용 된 진폭의 단독 제어를 가진 조정와 진동 테스트에 주파수. 또한, SPP 구성표 사용할 수 있습니다 여기에 설명 된 대로 최근에 제안 된 UD-라오스25, 큰 진폭 진동 하나에 적용 되어 같은 흐름 반전 포함 하지 않는 포함 하는 흐름 종류의 광범위 이해 하 방향만 (애칭 "uni 방향 라오스"로 이어지는). 편의상, 그리고 설명을 위해, 우리는 정기적인 흐름 반전에는 전통적인 라오스에 현재 연구를 제한 합니다. 유 변 학적 측정된 응답 SPP 방식으로 분석 된다. 현저한 계산 단계에 간단한 설명과 함께 SPP 소프트웨어를 사용 하 여 독자 들의 이해 및 사용을 개선 하는 방법을 보여 줍니다. 유 변 학적 전환의 유형 식별에 따라 SPP 분석 결과 해석에 대 한 전설 소개 된다. 다양 한 진동 전단 조건 하에서 두 고분자의 대표 종 분석 결과 표시 되는 우리는 명확 하 게 물자의 선형 점 탄성 응답에 대 한 정보를 포함 하는 실제 프로세스 시퀀스 식별 뿐만 아니라 자료의 정상 상태 흐름 속성입니다.
이 프로토콜 제공 정확 하 게 비선형 유 변 학적 실험으로 한 단계를 수행 하는 방법의 현저한 세부 사항 그림 1과 같이 분석 하 고 이해 하는 SPP 프레임 워크와 유 변 학적 응답 가이드. 우리 악기 설치 및 교정, 높은-품질 과도 데이터 수집 상용 고분자를 만들기 위한 특정 명령 다음에 소개를 제공 하 여 시작 합니다. 유 변 학적 데이터 받은 일단 SPP 분석 프리웨어 상세한 설명서와 함께 소개 합니다. 또한, 정상 상태 흐름 곡선 선형 정권 주파수 스위프와 라오스에서 얻은 결과 비교 하 여 SPP 구성표 두 집중된 폴리머 솔루션의 시간에 따른 응답을 이해 하는 방법을 다루겠습니다. 이러한 결과 폴리머 솔루션 등장 하 그들의 비선형 과도 유동성의 더 자세한 사진에 대 한 허용 진동, 내 뚜렷한 유 변 학적 상태 사이의 전환 명확 하 게 식별 합니다. 이러한 데이터는 제품 형성, 전송, 처리 조건 최적화를 사용할 수 있는 하 고 사용 합니다. 이러한 시간에 따른 응답 추가 소 각 산란 중성자, 엑스레이, 또는 빛 (의에서 가져온 microstructural 정보는 유동성 커플링 하 여 구조-속성-처리 관계 형태로 명확 하 게 잠재적인 경로 제공 SAN, SAXS, 고 염, 각각), 현미경, 또는 상세한 시뮬레이션.

<table><tbody><tr><td>SPP 분석 소프트웨어</td><td>Simon Rogers Group (UIUC)</td><td>SPPplus_v1p1</td><td>보조 파일로 첨부</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>Mathwork</td><td></td><td></td></tr><tr><td>유변 전류계</td><td>Anton Paar</td><td>MCR 702 TwinDrive</td><td></td></tr><tr><td>50mm 2도 원뿔</td><td>Anton Paar</td><td>CP50-2</td><td>상부 측정 시스템</td></tr><tr><td>50mm 플레이트</td><td>Anton Paar</td><td>PP50</td><td>하부 측정 시스템</td></tr><tr><td>잔탄검(XG)</td><td>시그마-알드리치</td>(<td>11138-66-2</td><td></td></tr>) <tr><td>폴리에틸렌옥사이드(PEO)</td><td>시그마-알드리치</td>(<td>25322-68-3</td><td>Mv=1,000,000</td></tr><tr><td>디메틸설폭사이드(DMSO)</td><td>시그마-알드리치</td>(<td>67-68-5</td><td></td></tr></tbody></table>)

부드러운 재료의 큰 진폭 진동 전단 응답 공부

Studying Large Amplitude Oscillatory Shear Response of Soft Materials

우리는 큰 진폭 진동 전단 (라오스) 폴 리 에틸렌 산화물 (PEO) 디 메 틸 sulfoxide (DMSO) 및 물에서 xanthan 실리콘 껌의 동안 전시 하는 실제 프로세스의 순서를 조사-2 식품, 점도로 사용 되는 폴리머 솔루션 집중 강화 된 기름 회복, 그리고 토양 수정입니다. 부드러운 재료의 유 변 학적 비선형 동작을 이해 설계에 중요 하 고 많은 소비자 제품의 제조를 제어. 그것은 기간 동안 다시 viscoplastic 변형 및 다시 선형 점 탄성에서 명확한 전환 점에서 이러한 폴리머 솔루션의 라오스에 대 한 응답을 해석 하는 방법을 표시 됩니다. 라오스 결과 분석 을 통해 무료 MATLAB 기반 소프트웨어를 사용 하 여 완전히 양적 물리적 프로세스 시퀀스 (SPP) 기술. 라오스 측정을 수행 하는 상용 고분자와의 상세한 프로토콜, 프리웨어, 비선형 스트레스 응답을 분석 하 고 라오스에서 물리적 프로세스 해석 제공 됩니다. 그것은 더 SPP 프레임 워크 내에서 라오스 응답 선형 점 탄성, 일시적 흐름 곡선 및 중요 한 스트레인 비선형의 발병에 대 한 책임에 대 한 정보를 포함, 표시 됩니다.

진동 전단 테스트에서 XG와 PEO/DMSO 솔루션에서 SPP 분석의 대표적인 결과 그림 4 와 5에서 제공 됩니다. 우리가 먼저 탄성으로 원시 데이터를 표시 (<img alt="Equation 30" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq30.jpg">)과 점성 (<img alt="Equation 31" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq31.jpg">) Lissajous Bowditch 곡선 그림 4a, 4b, 5a , 5b에. 완벽 하 게 이해 하려면 내 주기 물리학, SPP 프리웨어에서 얻은 시간에 따른 콜 콜 플롯 그림 4 c 와 5 c에 표시 됩니다. 음모의 해석 ...

우리는 부드러운 소재에 비선형 진동 전단 유동 학을 수행 하는 방법 및 실제 프로세스의 시퀀스로 응답을 이해 하는 SPP 라오스 분석을 실행 하는 방법을 설명 하는 상세한 프로토콜을 제시.

We investigate the sequence of physical processes exhibited during large amplitude oscillatory shearing (LAOS) of polyethylene oxide (PEO) in dimethyl ...

이 방법은 거시적 반응과 현미경 응답 간의 상관 관계와 같은 연약한 물질 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 방법의 주요 장점은 유변학 실험을 통해 재료의 점성탄성 특성을 정량화할 수 있다는 점도가 기존의 방법과 는 대조적으로 정량화할 수 있다는 것이다. 이 방법은 중합체 물질에 대한 통찰력을 제공 할 수 있지만 콜로이드 젤 및 안경 및 생물학적 물질과 같은 다른 시스템에도 적용 할 수 있습니다.얼룩 제어 측정을 수행할 수 있는 Rheometer와 함께 작업합니다. 먼저 상하 드라이브 형상을 연결합니다. 하부 설비의 경우 50mm 플레이트를 사용하십시오.상부 고정장치에 2도 원뿔을 사용하십시오. 다음으로 간격을 0으로 조정하고 측정을 보정하고 온도를 설정합니다. 이러한 단계가 완료되면 형상의 간격을 0에서 열어 로딩 재질을 테스트할 수 있도록 합니다.테스트를 위해 자료를 얻으려면 계속 하십시오. 이 경우 DMSO의 폴리에틸렌 산화물이며, 데모용 붉은 염료가 있습니다. 주걱을 사용하여 재질을 하단 형상의 맨 위에 로드합니다.Rheometer의 샘플에 기포가 긴장되지 않도록 하십시오. 간격을 조정하도록 설정된 측정 시스템과 함께 작업합니다. 지오메트리의 끝에 사각형 끝 주걱을 사용하여 여분의 재료를 부드럽게 다듬습니다.계속하기 전에 측정 간격으로 돌아갑니다. 소프트웨어를 사용하여 부비동 진동 전단 테스트를 실행합니다. 내 앱으로 이동합니다.큰 진폭 진동 전단을 찾아 엽니다. 다음으로 측정 상자로 이동합니다. 거기에서 변형 변수를 클릭합니다.스트레인 진폭 스윕에 대한 초기 및 최종 값을 입력합니다. 각각 1과 4000 퍼센트. 부과된 주파수를 지정합니다.또한 선택한 범위에서 총 스트레인 진폭 수를 16개로 설정합니다. 파형 받기 상자를 확인하여 일시적인 응답을 수집합니다. 시작 버튼을 클릭하여 실험을 시작합니다.약 5분 동안 진행되는 동안 데이터가 표시됩니다. Rheometer는 임의로 정의된 변형에도 사용할 수 있습니다. 외부 파일에서 적용할 함수를 정의하는 스트레인 값 목록을 만듭니다.Rheometry 소프트웨어로 이동하여 내 앱을 클릭합니다. 파형 기호 생성기를 클릭합니다. 측정 상자에서 변형을 클릭합니다.거기에서 편집을 클릭합니다. 값 목록에서 외부 파일에서 미리 결정된 변형 값을 붙여넣습니다. 입력한 점 수, 점 지속 시간 및 부과된 빈도를 조정하는 시간을 지정합니다.완료되면 상단의 파형 받기 상자를 선택합니다. 그런 다음 시작 버튼을 클릭하여 실험을 시작합니다. 실험이 진행됨에 따라 측정 데이터가 모니터에 나타납니다.이러한 데이터는 진동 전단 테스트에서 Xanthan Gum 용솔루션입니다. 이러한 비선형 응력 변형 곡선은 재료 내에서 물리적 프로세스의 시퀀스가 수행되었음을 나타냅니다. 물리적 프로세스 및 분석 소프트웨어의 순서는 재료의 탄성 및 점성 특성을 신호하는 일시적인 계둘이를 결정합니다.그들의 진화는 큰 진폭 진동 전단에서 행동을 드러낸다. 여기서 최대 탄성의 인스턴스는 진폭 전반에 걸쳐 거의 일정합니다. 큰 진폭 진동 전단 과 진폭 범위에 걸쳐 동적 계골 동안 관찰이 최대 탄성의 플롯선형 정권 스토리지 계둘루와 명확한 대응을 밝혀.최대 탄성의 인스턴스에서 물리적 프로세스 소프트웨어의 시퀀스에 의해 결정된 탄성 균주는 적용된 스트레인이 4000%만큼 큰 경우에도 약 16%입니다. 다음은 Xanthan 껌 용액에 의해 겪은 물리적 프로세스의 순서입니다. Viscoplastic 정권에서 분석은 0 탄성을 나타냅니다.전단 속도가 감소함에 따라 솔루션은 구조 개혁임을 나타냅니다. 충분한 스트레인을 획득하면 탄성에서 점성 동작으로의 빠른 전환이 있습니다. 항복 후, 반응은 점도가소성 변형 정권에 반환하고 시퀀스는 반대 방향으로 발생합니다.개발 후, 이 기술은 연질 유변학 분야의 연구원들이 일시적인 구조 특성 처리 관계를 더 탐구할 수 있는 길을 열어줍니다.

studying-large-amplitude-oscillatory-shear-response-of-soft-materials

Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

전단 셀은 전단 속도 - 속도 구배 평면에서 소각 중성자 산란 측정을 위해 개발되고 복잡한 유체를 특성화하기 위해 사용된다. 속도 구배 방향으로 공간 분해 측정 전단 밴딩 물질을 연구 할 수 있습니다. 응용 프로그램은 콜로이드 분산의 조사, 폴리머 솔루션, 자기 조립 구조를 포함한다.

1-2 평면 흐름 - 작은 각 중성자 산란을 이용하여 재료 미세 조직에서 유량을 측정

현재의 연구는 생체 재료 소프트 (뇌, 간, 건, 지방 등)의 축 동적 기계적 응답을 얻기 위해 결합 실험 - 유한 요소 시뮬레이션 방법을 규정하고있다. 때문에 표본의 발생 다축 실험 결과는 생체 재료의 유한 요소 해석의 반복 최적화를 통해 시뮬레이션 할 때 단축 진 응력 - 변형 동작으로 렌더링 된 분할 홉 킨슨 압력 바 시험에서 얻은 돌출.

소프트 생체 재료의 높은 변형 속도 기계 응답을 평가하기위한 결합 실험 - 유한 요소 모델링 방법론

우리는 미시, 중간 및 거시적 규모에서 뇌의 점탄성 기계적 특성을 특성화하는 일련의 기술을 제시합니다.

원자 힘 현미경, 충격 들여 쓰기 및 유변학를 사용하여 뇌 조직의 멀티 스케일 기계 속성을 특성화

고농축 현탁액의 견고하고 응용 분야와 관련된 유변학적 특성화를 위한 프로토콜이 제시됩니다. 태양 전지 생산에서 스크린 인쇄 응용 프로그램에 사용되는 실버 페이스트는 모델 시스템으로 사용됩니다.

고농도 현탁액의 유변학 적 특성에 도전 - 스크린 인쇄 실버 페이스트에 대한 사례 연구

신뢰할 수 있는 예측의 vivo에서 환경에 신경 임 플 란 트에 대 한 폴리머 기판의 연 화를 허용 하려면 신뢰할 수 있는 체 외에 방법이 중요 하다. 여기, 체온에 버퍼링 하는 인산 염에 동적 기계적인 분석의 사용에 제공 됩니다.

신경 임 플 란 트의 연 화 행동을 예측 하기 위해 환경 동적 기계적인 분석

우리는 최종 효과 보정 계수 결정 방법 및 실험 오류를 줄이기 위한 모범 사례에 대한 권장 사항을 포함하여 뉴턴 유체를 사용하는 상용 직교 중첩 유변학 기술에 대한 자세한 교정 프로토콜을 제시합니다.

직교 중첩 유변학을 위한 교정 절차

심근 경색이 발생하기 전에 개입을 안내하기 위해 관상 동맥 경화성 병변이 관상 동맥 혈관에서 진행될 지 결정할 필요가 있습니다. 이 문서에서는 이러한 진행을 예측하는 데 도움이 되는 상용 유한 요소 솔버에서 유체 구조 상호 작용 기술을 사용하여 광학 일관성 단층 촬영에서 동맥의 생체 역학 모델링을 설명합니다.

관상 동맥 경화증 진행의 광학 일관성 단층 촬영 기반 생체 역학 유체 구조 상호 작용 분석

이 프로토콜은 하이드로겔 및 세포를 포함한 연질 물질 나노인덴테이션 실험을 위한 완전한 워크플로우를 제공합니다. 첫째, 힘 분광법 데이터를 획득하기 위한 실험 단계가 자세히 설명되어 있습니다. 그런 다음 이러한 데이터의 분석은 GitHub에서 무료로 다운로드할 수 있는 새로 개발된 오픈 소스 Python 소프트웨어를 통해 자세히 설명됩니다.

연질 물질 나노인덴테이션을 위한 실험 및 데이터 분석 워크플로우

본 프로토콜은 돼지 기관지의 인장 응력 완화 및 고장 특성을 결정한다. 이러한 방법의 결과는 기관의 점탄성 및 실패 임계 값에 대한 이해를 향상시키고 폐 시스템의 계산 모델의 기능을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

기관지에서의 스트레스 완화 및 실패 반응 조사

이 프로토콜은 시험관 내에서 암성 및 비암성 세포주의 기계적 특성의 정량화를 설명합니다. 암세포와 정상 세포의 역학에서 보존된 차이는 예후와 진단에 영향을 미칠 수 있는 바이오마커로 작용할 수 있습니다.

단세포 물질 특성 측정을 위한 전단 분석 프로토콜

배우세요 비선형 진동 전단 점탄성 측정법으로 부드러운 재료의 점탄성 특성을 정량화하고 거시적-미시적 상관관계를 분석하는 방법입니다. 다양한 소프트 물질 연구에 활용됩니다.

부드러운 재료의 큰 진폭 진동 전단 응답 공부

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