Medição de materiais Microstructure Sob fluxo Usando 1-2 Plane Fluxo-Small Angle Neutron Scattering

Resumo

Uma célula de cisalhamento é desenvolvido para medições de pequeno ângulo de dispersão de neutrões no plano gradiente de velocidade da velocidade de cisalhamento e é usada para caracterizar os fluidos complexos. Medições espacialmente resolvidos na direção gradiente de velocidade são possíveis para o estudo de materiais de bandas de cisalhamento. As aplicações incluem investigações de dispersões coloidais, as soluções de polímero, e as estruturas de auto-montagem.

Resumo

Um exemplo de ambiente novo pequeno ângulo de espalhamento de nêutrons (SANS) otimizado para o estudo da microestrutura dos fluidos complexos sob fluxo de cisalhamento simples é apresentada. A célula de cisalhamento SANS consiste de uma geometria Couette cilindro concêntrico que está selado e que roda em torno de um eixo horizontal, de modo que o sentido de vorticidade do campo de fluxo está alinhada com o feixe de neutrões que permite o espalhamento do plano 1-2 de corte (gradiente de velocidade da velocidade , respectivamente). Esta abordagem é um avanço sobre os ambientes de amostras de células de corte anteriores, existe uma forte ligação entre a reologia grandes quantidades e características microestruturais no plano de corte 1-2. Flow-instabilidades, tais como bandas de cisalhamento, também pode ser estudado através de medições espacialmente resolvidas. Isto é realizado neste exemplo de ambiente usando uma abertura estreita para o feixe de neutrões e de varrimento ao longo do sentido do gradiente de velocidade. Tempo experimentos resolvidos, tais como fluxo de start-ups e grande amplitude de oscilação elafluxo de ar também são possíveis pela sincronização do movimento de corte e detecção resolvida no tempo de neutrões dispersos. Os resultados representativos, utilizando os métodos aqui descritos demonstram a natureza útil de resolução espacial para medir a microestrutura de uma solução micelar vermiformes que apresenta bandas de cisalhamento, um fenómeno que só podem ser investigados por resolução da estrutura ao longo do sentido do gradiente de velocidade. Finalmente, potenciais melhorias para o projeto atual são discutidas juntamente com sugestões para experimentos complementares como motivação para futuros experimentos em uma ampla gama de fluidos complexos em uma variedade de movimentos de cisalhamento.

Introdução

O desenvolvimento de uma compreensão científica de um fenômeno natural requer medições precisas e precisas. Metrologia é também a base da engenharia de sucesso e desenho de novos processos e materiais. Reologia é a ciência da deformação e fluxo de matéria. Reologia é central na nossa capacidade de processar uma grande variedade de materiais e também é usado pelos formuladores de produtos para atingir as propriedades específicas dos materiais. Exemplos típicos da antiga incluem polímeros moldar ou dar forma compósitos, enquanto o segundo inclui o desenvolvimento de produtos de consumo quotidiano, tais como tintas, shampoos e alimentos. Se a viscosidade de um ....

Protocolo

A Figura 2 mostra uma célula de corte montado ligado à placa de base, o qual está montado para o placa de ensaio na fase ambiente amostra e alinhados no feixe de neutrões para um experimento SANS. O motor de passo, caixa de velocidades e transmissão por correia, cortou fase motor, celular e direção do feixe de nêutrons de cisalhamento são rotulados na Figura 2. O presente protocolo fornece instruções para a montagem da célula de cisalhamento (seção 1), a montagem da célula de cisalhamento para o palco ambiente amostra (seção 2), calibrar a geometria para um experimento SANS (seção 3), o carregamento de uma amostra (seção 4), correndo....

Resultados

Os resultados representativos de um experimento de fluxo SANS sucesso são apresentados nas Figuras 9, 10 e 11. Estes exemplos são a partir de investigações feitas sobre uma solução vermiforme micela (WLM) (Tabela 1) conhecidos por apresentar bandas de cisalhamento durante determinadas condições de cisalhamento. Uma discussão completa sobre as descobertas científicas podem ser encontrados nas referências ^15-17.

A Figura 10 represen.......

Discussão

Um novo instrumento capaz de medir a microestrutura de corte fluidos complexos no gradiente avião velocidade à velocidade de corte via espalhamento pequeno ângulo de nêutrons é desenvolvido e validado. O design da célula de cisalhamento complementa outros instrumentos que utilizam fontes de radiação, como raios-X e espalhamento de luz, bem como instrumentos rheo-SANS capazes de caracterizar a microestrutura nos dois outros planos de cisalhamento (velocidade-vorticidade e velocidade gradiente-vorticidade) ^{8 , 10.}

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Água Deuterada (99,9%)	Cambridge Isotopes	7789-20-0	83,3% em peso em formulação D2O
CTAB- Brometo de Cetiltrimetilamônio	Sigma-Aldrich	57-09-0	16,7% em peso em formulação CH3(CH2)15N(Br)(CH3)3
1/16 in Chave
Allen 3/16 in Chave
3/8 in Chave
Fita
Seringas de fita
(2)

Allende boca abertade vedação de rosca