RheoSANS عازل - الاستجواب في وقت واحد من الممانعة، دراسة الخواص الانسيابية والصغيرة زاوية تشتت النيوترونات من السوائل مجمع

وغالبا ما تستخدم قياس الخصائص العيانية لاكتساب المعرفة الأساسية في طبيعة المواد الغروية وأنظمة الذاتي تجميعها، وعادة مع هدف تطوير التفاهم من أجل تحسين أداء الصياغة. على وجه الخصوص، مجال الريولوجيا، والذي يقيس استجابة السوائل الديناميكية إلى إجهاد التطبيقية أو تشوه، ويوفر معلومات قيمة حول سلوك الغروية على حد سواء في ظل ظروف التوازن وأيضا بعيدا عن التوازن، مثل خلال تجهيز ¹ الاختبارات الريولوجية من السوائل الاستهلاكية والصناعية، ويمكن أيضا أن المواد الهلامية، والنظارات يمكن استخدامها لقياس المعلمات الانسيابية، مثل اللزوجة، والتي تستهدف من قبل بالتركيب. في حين الريولوجيا هو تحقيق قوية من خصائص المواد، وهو قياس غير مباشر للمعلومات الغروية على المستوى المجهري، مثل أن فهمنا لسلوك الغروية أساسي يمكن أن تتعزز بشكل كبير من خلال الجمع بين القياسات الريولوجية مع جتقنيات omplementary.

واحدة من هذه التقنية المتعامدة هي الطيفي مقاومة. مقاومة الطيفي هو تحقيق الجزء الأكبر من السلوك الاسترخاء عازلة، والذي يقيس استجابة من مادة إلى حقل كهربائي تتأرجح تطبيقها. ² النتائج مقاومة الطيف من وسائل الاسترخاء الكهربائية التي تنشط ضمن المواد بما في ذلك النقل الشحن والاستقطاب. توفر ^{3 و 4} هذه القياسات أدلة إضافية للسلوك الغروية خاصة عندما يقترن الريولوجيا. ⁵ لذلك، فإن الجمع بين هذه التقنيات هو أهمية خاصة عند التحقيق اتهم التفرق الغروية والبروتينات والسطحي الأيونية، النانوية، وغيرها من النظم. ^{6 و 7}

والفائدة الأساسية في التحقيق في سلوك الغروية هي microstruc المواد ل تلح. ويعتقد المجهرية من السوائل الغروية لتشفير كافة المعلومات الضرورية لإعادة كلا الريولوجية والسلوك الكهربائي. في الأساس، ونحن نسعى لقياس لقطة من الميزات المجهرية النانوية التي تؤدي إلى استجابة المواد المقاسة. ويرجع ذلك إلى الطبيعة المعقدة للاعتماد العديد من السوائل معقدة "في تاريخ العملية، وركزت الكثير من الجهد على توصيف المجهرية على جعل القياسات في الموقع من مواد حيث تخضع تشوه. وقد تحدى هذا التجريبيون إلى ابتكار أساليب لتكون قادرة على إجراء قياسات للجسيمات نانو الحجم تحت مثلا القص المستمر، حيث جعلت سرعات الجزيئات التصور المباشر تحديا جوهريا. وقد اتخذت القياس المباشر المجهرية المادية تحت تدفق أشكالا عديدة تتراوح بين علم البصريات rheo، rheo المجهر وحتى rheo-NMR. ^{8، 9،}الحمار = "XREF"> 10 طرق زاوية التشتت الصغيرة، وبخاصة صغيرة زاوية تشتت النيوترونات (SANS) التقنيات، أثبتت نفسها فعالة في قياس المجهرية-متوسط الوقت العينات في حالة مستقرة في حقل القص بالجملة بما في ذلك جميع الطائرات الثلاث من قص. ^{11، 12، 13} ومع ذلك، سمحت تقنيات الحصول على البيانات الجديدة العابرين الهيكلي ليتم القبض مع قرار وقت غرامة تصل إلى 10 مللي ثانية. وقد ثبت ¹⁴ الجمع بين الواقع الريولوجيا مع مختلف في طرق نثر الموقع لا تقدر بثمن في مئات الدراسات التي أجريت مؤخرا. ¹⁵

تحديا الهندسة الناشئة هو استخدام معلقات غروية كإضافات الموصلة في شبه الصلبة أقطاب البطارية التدفق. ¹⁶ في هذا التطبيق، يجب أن الجسيمات الغروية موصل الحفاظ على شبكة يسيل كهربائيا في حين أن الأميتم ضخ الاتحاد العالمي للتعليم من خلال خلية تدفق الكهروكيميائية. تتطلب متطلبات الأداء على هذه المواد أنها تحافظ الموصلية عالية بدون تأثير ضار على أداء الانسيابية على نطاق واسع من معدلات القص. ¹⁷ ولذلك فمن المستحسن جدا أن تكون قادرة على إجراء قياسات للسلوك الغروية في ظل ظروف القص ثابتة وتعتمد على الوقت من أجل تحديد وتوصيف الكامنة وراء استجابة الانسيابية والكهربائية لهذه المواد بعيدا عن حالة التوازن الخاصة بهم. وهناك عامل تعقيد الكبير الذي أعاق تعزيز التنمية النظرية في هذا الصدد هي طبيعة متغيرة الانسيابية من عجائن أسود الكربون. ¹⁸ هذه الخصائص الريولوجية والكهربائية التاريخ يعتمد تجعل من الصعب التجارب المعروف أن تتكاثر. وهكذا، مما يجعل من الصعب مقارنة مجموعات البيانات المقاسة باستخدام بروتوكولات مختلفة. وعلاوة على ذلك، حتى الآن لا يوجد هندسة واحدة قادرة على أداء كل ثلاثة، dielectric، الريولوجية، والأوصاف المجهرية، في وقت واحد. قياس في وقت واحد لا يقل أهمية عن تدفق يمكن تغيير هيكل، ان هذه القياسات بقية المواد المعالجة قد لا توفر مؤشرات دقيقة للعقارات قيد التدفق، والتي هي أكثر أهمية لاستخدامها. بالإضافة إلى ذلك، كما العديد من الخصائص يقاس من عجائن أسود الكربون هي الهندسة التابع، هناك تعقيدات مع مقارنة البيانات التي تم الحصول عليها من نفس العينة على أدوات مختلفة. ¹⁹

من أجل مواجهة هذا التحدي في القياس، قمنا بتطوير RheoSANS عازل هندسة جديدة في مركز NIST للبحوث النيوترون وجامعة ديلاوير قادرة على الموقع مقاومة الطيفي في والقياسات الريولوجيا وSANS من مادة تحت تشوه التعسفي على سلالة التجاري مقياس غلفاني التي تسيطر عليها. تم تمكين هذا عن طريق تطوير الهندسة Couette قادرة على قياس المجهرية، مولدات الكهربائيلتر واستجابة الريولوجية من مادة محصورا بين الفجوة من اثنين من اسطوانات متحدة المركز. كما يدور الاسطوانة الخارجية، يتم قياس عزم الدوران الذي فرضته تشوه العينة على الاسطوانة الداخلية ويتم قياس مقاومة شعاعيا عبر الفجوة. يتم تشكيله اسطوانات من التيتانيوم بحيث تكون شفافة للنيوترونات وقوية بما يكفي لتحمل إجهاد القص من ذوي الخبرة في مقياس غلفاني. ونحن أداء قياس SANS من خلال موقف شعاعي من Couette، وأثبتت أنه من الممكن لقياس ارتفاع أنماط SANS الجودة من عينة تمر تشوه. وبهذه الطريقة، يتم إجراء جميع القياسات الثلاثة على نفس المنطقة من اهتمام في العينة حيث تخضع لمحة تشويه واضحة المعالم. والهدف من هذه المقالة هو لوصف Couette الهندسة عازلة، نصبها على الصك RheoSANS، والتنفيذ الناجح لقياس وقت واحد. هذا مقياس غلفاني متاح في مركز NIST لالنيوترونالأبحاث في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا. وقد تم تصميمه للعمل على NG-7 SANS خط شعاع. قدمنا ​​الرسومات وصفا تفصيليا لمكونات مخصصة التي تم تشكيله وتجميعها من أجل تمكين هذا القياس.