Method Article

Pomiar mikrostruktury materiału pod przepływem za pomocą rozpraszania neutronów w 1-2 płaszczyznach przepływu i małym kącie

DOI:

10.3791/51068

February 6th, 2014

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Komórka ścinająca jest przeznaczona do pomiarów rozpraszania neutronów pod małym kątem w płaszczyźnie gradientu prędkości-prędkości ścinania i służy do charakteryzowania złożonych płynów. Pomiary przestrzennie rozdzielcze w kierunku gradientu prędkości są możliwe do badania materiałów z pasmami ścinania. Zastosowania obejmują badania dyspersji koloidalnych, roztworów polimerowych i struktur samoorganizujących się.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przedstawiono nowe środowisko próbki rozpraszania neutronów pod małym kątem (SANS), zoptymalizowane do badania mikrostruktury złożonych płynów pod prostym przepływem ścinającym. Komórka ścinająca SANS składa się z koncentrycznej geometrii cylindra Couette'a, która jest uszczelniona i obraca się wokół osi poziomej, tak że kierunek wirowości pola przepływu jest wyrównany z wiązką neutronów, umożliwiając rozpraszanie od płaszczyzny ścinania 1-2 (odpowiednio gradient prędkości-prędkości). Podejście to stanowi postęp w stosunku do poprzednich środowisk próbek komórek ścinających, ponieważ istnieje silne sprzężenie między reologią masy a cechami mikrostrukturalnymi w płaszczyźnie ścinania 1-2. Niestabilność przepływu, taką jak pasmo ścinania, można również badać za pomocą pomiarów przestrzennych. Osiąga się to w tym środowisku próbki poprzez użycie wąskiej apertury dla wiązki neutronów i skanowanie wzdłuż kierunku gradientu prędkości. Eksperymenty z rozdzielczością czasową, takie jak rozruchy przepływu i oscylacyjny przepływ ścinający o dużej amplitudzie, są również możliwe dzięki synchronizacji ruchu ścinającego i czasowo-rozdzielczej detekcji rozproszonych neutronów. Reprezentatywne wyniki uzyskane przy użyciu opisanych tutaj metod pokazują użyteczny charakter rozdzielczości przestrzennej do pomiaru mikrostruktury robakowatego roztworu micelarnego, który wykazuje pasmo ścinania, zjawisko, które można zbadać tylko poprzez rozdzielenie struktury wzdłuż kierunku gradientu prędkości. Na koniec omówiono potencjalne ulepszenia obecnego projektu wraz z sugestiami dodatkowych eksperymentów jako motywacją do przyszłych eksperymentów na szerokim zakresie złożonych płynów w różnych ruchach ścinających.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rozwijanie naukowego zrozumienia zjawiska naturalnego wymaga dokładnych i precyzyjnych pomiarów. Metrologia jest również podstawą udanego projektowania i projektowania nowych procesów i materiałów. Reologia to nauka o deformacji i przepływie materii. Reologia ma kluczowe znaczenie dla naszej zdolności do przetwarzania szerokiej gamy materiałów i jest również wykorzystywana przez formulatorów produktów do określania określonych właściwości materiałów. Typowymi przykładami pierwszego z nich są polimery do formowania lub formowania kompozytów, podczas gdy drugi obejmuje rozwój produktów codziennego użytku, takich jak farby, szampony i żywność. Niezależnie od teg....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rysunek 2 pokazuje zmontowaną komórkę ścinającą przymocowaną do płyty podstawowej, która jest zamontowana na płytce stykowej na etapie środowiska próbki i wyrównana w wiązce neutronów dla eksperymentu SANS. Silnik krokowy, skrzynia biegów i napęd pasowy, stopień silnika szczelinowego, ogniwo ścinające i kierunek wiązki neutronów są oznaczone na rysunku 2. Niniejszy protokół zawiera wskazówki dotyczące montażu komory ścinania (sekcja 1), montażu komory ścinania na stoliku środowiska próbki (sekcja 2), kalibracji geometrii dla eksperymentu SANS (sekcja 3), ładowania próbki (sekcja 4), przeprowadzania eksperymentu i zbierania danych (sek....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Reprezentatywne wyniki udanego eksperymentu flow-SANS są podane na rysunkach 9, 10 i 11. Przykłady te pochodzą z badań przeprowadzonych na robakowatym roztworze miceli (WLM) (Tabela 1), o którym wiadomo, że wykazuje pasmo ścinania w pewnych warunkach ścinania. Pełne omówienie wyników badań naukowych można znaleźć w piśmiennictwie15-17.

Rysunek 10 przedstawia wyniki wzoru rozpraszania uzyskanego przy przepływie ścina.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opracowano i zwalidowano nowy przyrząd zdolny do pomiaru mikrostruktury ścinających złożonych płynów w płaszczyźnie gradientu prędkości-prędkości za pomocą rozpraszania neutronów pod małym kątem. Konstrukcja ogniwa ścinającego uzupełnia inne instrumenty wykorzystujące źródła promieniowania, takie jak promieniowanie rentgenowskie i rozpraszanie światła, a także instrumenty rheo-SANS zdolne do charakteryzowania mikrostruktury w dwóch pozostałych płaszczyznach ścinania (prędkość-wirowość i gradient-wirowość prędkości)<.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dziękujemy Mistrzowi Mechaniki Alowi Lance'owi z Uniwersytetu Delaware za obróbkę komórki ścinającej oraz Panu Cedricowi Gagnonowi za projektowanie i rysowanie. Niniejszy manuskrypt został przygotowany na podstawie umowy o współpracy 70NANB7H6178 z NIST Departamentu Handlu USA. W pracach wykorzystano urządzenia wspierane częściowo przez Narodową Fundację Nauki na podstawie umowy nr. DMR-0944772. Oświadczenia, ustalenia, wnioski i zalecenia są oświadczeniami autora (autorów) i niekoniecznie odzwierciedlają poglądy NIST lub Departamentu Handlu USA.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Woda deuterowana (99,9%)Izotopy Cambridge7789-20-083,3% wag. w preparacie
D2O
CTAB- Bromek cetylotrimetyloamoniowy Sigma-Aldrich57-09-016,7 % wag. w formulacji
CH3(CH2)15N(Br)(CH3)3
1/16 in Klucz
imbusowy 3/16 in Klucz
3/8 cala Klucz
Taśma
Taśma uszczelniająca gwint
(2)
imbusowypłaski Strzykawki

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Larson, R. G. The Structure and Rheology of Complex Fluids. , Oxford University Press. (1999).
  2. Wagner, N. J., Brady, J. F. Shear thickening in colloidal dispersions. Phys.Today. 62, 27-32 (2009).
  3. Fardin, M. A., et al.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Small Angle Neutron ScatteringShear Cell Sample EnvironmentVelocity Gradient PlaneConcentric Cylinder CouetteSpatial Resolution MeasurementsFlow Instability AnalysisWormlike Micelle SolutionShear Banding PhenomenonTime Resolved ExperimentsNeutron Beam Alignment

Related Articles