The authors are grateful for the financial support given to this study by EU FP7 project ``Managing Risks of Nanomaterials`` (MARINA) (grant agreement no: 263215).

1. Sistema de Preparación de <ol><li> Asegúrese de utilizar nuevos o bien limpia la tubería de transporte de partículas y conectores para armar el sistema. Asegúrese de que las paredes de la cámara se limpian y libre de partículas (se refieren a los métodos de limpieza al final del protocolo). </li><li> Para eliminar posibles partículas de fondo, conectar un flujo filtrado secar al aire (5-10 L / min) directamente a la cámara de mezcla (sin necesidad de instalar el embudo entre las posiciones A y B en la Figura 1), durante al menos 30 min. </li><li> Medir la concentración del número de partículas en la cámara de medición con los SMPS según el protocolo del fabricante. Si la concentración es inferior a 10 # / cm 3 después de tres exploraciones, y luego considerar el ambiente limpio. Tenga en cuenta que el caudal puede disminuir cuando se mide utilizando la SMPS. </li><li> Detener el flujo de aire y cerrar las salidas de tubos de muestreo y la salida del tubo de salida con un tapón de plástico o de goma (posición C en la Figure 1) para evitar que las partículas ambiente entre en el sistema. </li><li> Preparar y calentar los instrumentos de medición (SMPS y OPC) y muestreadores de partículas para el análisis microscópico. </li></ol> 2. Preparación de materiales <ol><li> materiales reactivas en un ambiente controlado correctamente con respecto a la temperatura y la humedad. Esto es muy importante para asegurar resultados reproducibles en experimentos de seguimiento. </li><li> Pesar el polvo con cuidado utilizando una balanza balanza analítica o de alta precisión, en un espacio bien ventilado (por ejemplo, campana de laboratorio). Nota: Los pesos de 250-500 mg de TiO2, SiO2, ZnO y CeO2 polvos de nanopartículas fueron probados, y estos generalmente han demostrado ser suficiente para al menos 30 minutos de aerosolización estable. Sin embargo, la cantidad apropiada depende en gran medida del tipo de polvo y puede variar de manera significativa para materiales a granel, cemento o polvos orgánicos. </li><li> Fijar el generador de aerosol verticalesLy, y alimentar el polvo de la abertura superior del generador de aerosol usando un embudo de laboratorio limpiado. Antes del experimento, enjuagar el embudo con agua y secar por aire filtrado, para eliminar cualquier deposición de polvo en la pared interior. Golpear suavemente el embudo para asegurar que todas las partículas de polvo se introducen en el proceso. No agite el embudo duro con el fin de evitar la pérdida significativa del material al uso de aerosol temprano. <ol><li> Asegúrese de que la mayoría de las partículas de polvo llega a la parte inferior del generador, en lugar de caer en las paredes inclinadas de los alrededores. Golpear suavemente las paredes laterales del generador para mover las partículas de polvo depositado hasta la parte inferior. </li><li> Alternativamente, utilizar un conducto largo que directamente depósitos las partículas de polvo en la parte inferior del generador. Por razones de seguridad, llevar a cabo estas operaciones bajo una campana de ventilación o en el interior de una cámara de presión negativa. </li></ol></li><li> Como material unsticky puede deslizarse a través de la abertura en la parte inferiordel generador, utilizar una aguja de 2 mm de diámetro para bloquear temporalmente la abertura antes de la alimentación en el polvo. </li><li> Retire el embudo y cerrar las aberturas superior e inferior del generador con el fin de evitar la emisión de partículas durante la transferencia. </li></ol> 3. La aerosolización <ol><li> Instalar el generador de aerosol, retire los bloques en los tubos de entrada y salida para el embudo, conecte la parte inferior de suministro de aire filtrado y su parte superior salida a la cámara de mezcla (posiciones A y B, respectivamente, en la Figura 1), y adjuntarlo verticalmente con una andamio metálico. </li><li> Retire los bloques en la salida de configuración (posición C en la Figura 1). </li><li> Encienda el flujo de aerosol. Poco a poco aumentar la velocidad de 0 a 0,3-0,5 l / min usando el sintonizador de flujo. No mueva a altas velocidades de flujo demasiado rápido el objetivo es alcanzar una velocidad de flujo que puede proporcionar generación de aerosol estable durante al menos 30 min. <ol><li> Lograr esto,no consumen la cantidad de polvo significativamente durante este período de aerosolización estable. Como una regla empírica, utilizar una altura de lecho fluidizado de aproximadamente 1 cm (denotado por H en la Figura 1) para generar un flujo de aerosol sólido mientras se mantiene una concentración estable durante un período relativamente largo. Si la energía puesta en el proceso de aerosolización es demasiado fuerte, entonces el material será utilizado rápidamente, en su defecto para sostener una generación de aerosol estable durante el resto del experimento. Tenga en cuenta que el rango de caudal puede variar para los diferentes polvos; los valores mencionados anteriormente se utilizaron para los nanopolvos mencionados anteriormente ensayados. </li></ol></li><li> Encienda el flujo de dilución. Poco a poco aumentar la velocidad de 0 a 2 L / min. El flujo de dilución total necesaria se determina por el equipo de muestreo. El SMPS, OPC, y el mini-sampler utilizado en el sistema que aquí se presenta requieren un flujo total de 1.6 hasta 1.8 L / min. </li></ol> 4. Caracterización <ol><li> Iniciar elinstrumentos de medición en línea simultáneamente (en este caso, la SMPS y OPC) tan pronto como aerosolización y flujos de diluciones se introducen. Nota: Si se alcanza un estado estable de aerosolización, la concentración del número de partículas de aerosol y la distribución de tamaños deben ser estable después de aproximadamente 30 minutos. Utilizar las mediciones a partir de este punto en el tiempo para la comparación de las propiedades del aerosol bajo diferentes condiciones (por ejemplo, humedad) y el uso de diferentes polvos. Analizar los resultados de 10 exploraciones SMPS consecutivos para calcular las concentraciones promedio y distribuciones de tamaño. </li><li> Una vez que la aerosolización es estable, encender la bomba conectada a la toma de muestras de TEM para iniciar el muestreo de las partículas en el aire. Utilice una velocidad de flujo de 0,3 L / min usando la cuadrícula TEM recubierto con película de carbono holey. La película delgada de la parrilla puede resultar dañado si el caudal es demasiado alto. Información detallada sobre el uso del muestreador está disponible 21. Típicamente, el proceso de muestreo tiene una duración de abcabo de 3 min. <ol><li> Variar la duración del muestreo de acuerdo con las diferentes concentraciones de partículas, y aproximada considerando una cobertura de la superficie moderado de la cuadrícula TEM por deposición de partículas (por ejemplo, 50%). deposiciones gruesas pueden modificar la morfología de las partículas debido a la aglomeración en el lugar. </li></ol></li></ol> 5. Operaciones posteriores a la toma de muestras y de limpieza <ol><li> Después de terminar las mediciones, apague el flujo de dilución y entonces el flujo de aerosol. </li><li> Desconectar el generador de aerosol del sistema, bloquear sus aberturas superior e inferior, y la transfiere al espacio de limpieza. Limpio en una instalación de limpieza buena ventilación, o un espacio cerrado, especialmente si los materiales peligrosos han sido tratados. </li><li> Dispersar los residuos de polvo con agua o disolventes orgánicos, en función de la hidrofilia de la superficie de la partícula. Se vierte la solución de apagado en recipientes de productos químicos para el reciclaje seguro. Después de experimentos largos, los polvos de prueba tienden a STICk firmemente sobre la pared de cristal y no se disuelven fácilmente. Si esto ocurre, utilizar ácidos o bases, junto con un limpiador ultrasónico para disolver materiales pegajosos. </li><li> Con el fin de eliminar cualquier contenido de humedad que queda en la pared y secar completamente el interior del generador, pasar aire seco a través de ella durante al menos 1 hora. Asegúrese de que no hay llamas o fuentes de ignición cuando se trabaja con disolventes orgánicos, y asegurar una buena ventilación del espacio. </li><li> Desconectar el tubo de transporte de partículas y los conectores. Enjuague con agua o disolventes. Limpiar las paredes internas de las cámaras de mezcla y medición con un pañuelo de papel o un paño mojado. Secarlos en un espacio abierto durante al menos un día o con el flujo de aire seco durante 1 hora antes de la siguiente experimento. </li><li> Regularmente limpiar el impactador SMPS (si se utiliza). </li></ol>

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The authors declare that they have no competing financial interests.

La configuración de aerosolización basado embudo puede activar eficazmente las partículas de polvo en un nivel de entrada de energía elegido (puede ser cuantificada por la velocidad de flujo de aire durante la aerosolización). movimientos de partículas y las colisiones en el sitio de generación llegan a un estado de equilibrio, rompiendo aglomerados de polvo y de emisión de partículas en el aire de la misma distribución de tamaño a una velocidad constante. A aerosolización estable puede durar desde 30 min hasta un máximo de 2 horas, que es tiempo suficiente para que incluso los instrumentos de medición lenta con altas resoluciones de tamaño, como el SMPS, para producir resultados estadísticamente significativos. El programa de instalación sólo requiere pequeñas cantidades de materiales de prueba, que puede ser una ventaja para el ensayo de materiales preciosos tales como polvos de nanopartículas. Sin embargo, los parámetros del entorno y de procesos del sistema pueden influir significativamente en los resultados de las pruebas. Para producir datos repetibles, procedimientos operativos estándar deben seguirse estrictamente durante todo el expementos. Al llevar a cabo pruebas de formación de aerosol que usan este sistema, los siguientes aspectos deben ser considerados cuidadosamente. En primer lugar, para obtener resultados significativos, es fundamental que las partes internas de la instalación proporcionan un ambiente limpio para las pruebas. Las fuentes potenciales de contaminantes son las partículas ambientales y materiales de prueba de los experimentos anteriores. El efecto de partículas ambientales generalmente desapareció de forma relativamente rápida, tan pronto como se introdujeron los flujos de formación de aerosol y de dilución. Sin embargo, la interferencia a partir de materiales residuales puede persistir durante todo el experimento. Como las partículas de aerosol generadas fluyen a través del sistema, que se pueden depositar en las paredes internas de los tubos de transporte, los puntos de flexión y los canales estrechos de los conectores, y las superficies interiores de la mezcla y las cámaras de medición. Si estas partes no se limpian adecuadamente antes de nuevos experimentos, los materiales previamente depositados pueden ser constantemente re-suspendido en la corriente principaldel flujo de aerosol, perturbando así los resultados de la prueba. En segundo lugar, el proceso de llenado de polvo debe realizarse con mucho cuidado. La cuestión más importante aquí es la cantidad de polvo alimentado a la instalación, especialmente cuando se utilizan cantidades muy pequeñas de materiales. A un caudal de aerosolización dado, cantidades más pequeñas de polvo generan concentraciones de aerosoles más bajos, y posiblemente partículas con tamaños más pequeños, debido a la mayor entrada de energía por unidad de peso de polvo. Por otra parte, se ha demostrado que las condiciones de almacenamiento de los materiales de prueba (por ejemplo, humedad relativa y temperatura) para influir en el comportamiento de aerosolización de polvo y los niveles de formación de polvo 22. Por lo tanto, polvos primas deben mantenerse siempre en las mismas condiciones atmosféricas, siempre que sea posible. En tercer lugar, los ajustes a la aerosolización de flujo al comienzo del experimento afectan en gran medida los resultados de la prueba. Los fuertes aumentos en el flujo soplan grandes partículas de polvo up en el aire y a todos ellos, repartidas en la superficie de embudo, lo que reduce drásticamente la cantidad de material disponible para el resto del experimento. Las consecuencias podrían ser una prueba fallida debido al polvo insuficiente. Debido a la configuración descrita aquí no se construye mediante equipos de laboratorio normalizado, al intentar reproducir las piezas de la base de este sistema, se deben considerar los siguientes aspectos. embudos de separación de laboratorio estándar pueden utilizarse como el generador de aerosol (tenga en cuenta que no deben ser usados ​​bajo condiciones presurizadas). embudos de separación de diferentes geometrías se ensayaron en los experimentos, y proporcionan una funcionalidad similar a la ampolla de la medida. Un bloque de sellado de goma con un tubo de transporte integrado se puede utilizar como la tapa del embudo. De mezcla y medición de compartimentos de diferentes geometrías pero volúmenes similares pueden ser utilizados. Tenga en cuenta que los compartimentos que son demasiado grandes van a retrasar significativamente el tiempo needed para alcanzar condiciones estables de aerosol (concentración). El tiempo requerido puede ser estimado tomando en cuenta el caudal de aire total y el volumen del compartimento. Aunque el proceso se puede acelerar mediante el uso de un flujo de dilución grande, se debe recordar que la concentración del número de partículas final puede ser disminuido dramáticamente debido a la dilución, y esto puede influir en la distribución de tamaño de aerosol, así como el rendimiento de los instrumentos de medida (dependiendo en sus límites de detección). Eléctricamente se recomiendan materiales conductores. La longitud de la tubería de transporte puede variar, dependiendo de la configuración general de laboratorio. Sin embargo, la longitud debe mantenerse lo más corta posible con el fin de evitar pérdidas de partículas significativas durante su transporte. La eficiencia de penetración de las partículas puede calcularse teniendo en cuenta el diámetro de las partículas, velocidad de flujo de aire, tubo de diámetro y la longitud, y teniendo en cuenta, ya sea deposición gravitacional opérdida de difusión, o ambos. Se pueden emplear diferentes métodos de caracterización. Sin embargo, el suministro de aire (flujo de dilución) se debe ajustar para que coincida con la velocidad de flujo de muestreo total. suministro de aire insuficiente resultará en una presión negativa en la cámara de medición, dibujo en partículas ambientales lo que conduce a errores en las conclusiones. Las diferentes fuentes de suministro de aire se pueden utilizar, pero hay que asegurarse de que están o libre de partículas pre-tratar el aire con un filtro de alta eficiencia. Una limitación principal de este método de aerosolización es que requiere buena fluidez de los polvos de prueba a fin de mantener la generación de partículas estables durante un período relativamente largo. materiales pegajosos, tales como polvos hidrófilos con un alto contenido de humedad, a menudo dejan de fluir en una etapa temprana del proceso de aerosolización y producen concentraciones muy bajas de partículas. maneras potenciales de la solución de este problema podrían incluir un pre-tratamiento de la materia prima en polvo tal como secado-so de mejorar su fluidez. Las condiciones de almacenamiento de las materias primas después de usos debe estar bien mantenida, por ejemplo, se mantiene en un ambiente seco y bajo temperatura adecuada. Durante los experimentos, una mayor velocidad de flujo de aerosolización (0,5-1 L / min) y más grandes cantidades de materia prima (por ejemplo, 500 mg) se podrían utilizar. Además, la reducción de la velocidad de flujo de dilución puede aumentar la concentración de partículas en la cámara de medición. Otra limitación de este método es la reproducibilidad de la tasa de generación de partículas en el aire (por lo tanto de partículas concentración del número en la cámara de medición). Cierto nivel de variación todavía existe. Las posibles vías de mejora son un proceso de alimentación mejor definidos para reducir las pérdidas de material, y la tasa de flujo de aerosol bien controlada. El sistema y protocolos descritos aquí podrían ser usados ​​para varias aplicaciones. El uso de cantidades relativamente pequeñas de materiales de prueba hace que el método potencialmente valuable como una herramienta alternativa para la formación de polvo en polvo de pruebas. La clasificación de los niveles de partículas en el aire generados por nuestro sistema para algunos materiales comunes fue similar a las observadas en los sistemas de formación de aerosol existentes 19, tales como el tambor giratorio 15,17, gota continua 23, y los métodos de vórtice Shaker 24. Además, la entrada de energía ajustable (tasa de flujo de aire) también se puede utilizar para el estudio de la estabilidad de los aglomerados de polvo de nanopartículas. Por último, la generación de aerosol estable puede servir como una fuente confiable de las nanopartículas modificadas en el aire para in vivo o in vitro en estudios toxicológicos. La concentración de partículas controlable permitiría un análisis de las respuestas biológicas dependientes de la dosis. En comparación con otros métodos de formación de aerosol que utilizan suspensiones líquidas, el método presentado evita problemas potenciales, tales como capacidad de suspensión de material y modificación de las propiedades físico-químicas de las partículas en suspensión (por ejemplo, unagglomeration, propiedades de la superficie).

Polvos nanomateriales son ampliamente utilizados en diversos sectores industriales, como las materias primas para la fabricación de nuevos productos o como aditivos para sus aplicaciones funcionales 1-4. Sin embargo, el potencial de exposición de los trabajadores a los aerosoles nanopowder se ha observado durante las diversas actividades de manipulación ocupacionales 5-8, y los riesgos para la salud asociados han sido investigados en el in-vivo e in vitro estudios toxicológicos 9-12. Con el fin de facilitar el desarrollo de estrategias eficaces para proteger a los trabajadores que se ocupan de los nanomateriales, los profesionales de la salud ocupacional requieren una mejor comprensión de cómo los aerosoles de nanopartículas se generan a partir de materiales en polvo sometidos a las entradas de energía externos. Diferentes sistemas de laboratorio se han desarrollado para simular el comportamiento de aerosolización de polvo en condiciones realistas. Entre ellos, dos procedimientos estándar son los métodos de referencia establecidos <sup&gt; 13 para formación de polvo en polvo de pruebas, que se define como la tendencia de un polvo, se somete a una entrada de energía dada, para liberar partículas en el aire. El primer método utiliza un tambor giratorio como el medio para la entrada de energía y de la aerosolización de las partículas de polvo 14,15. El segundo método de gotas de un polvo a una velocidad constante a través de un cilindro vertical y aerosoliza las partículas de polvo por medio de un flujo de aire ascendente 16. Sin embargo, estos métodos requieren relativamente grandes cantidades de materiales de prueba (35 cm 3 o 500 g), y esto puede ser un problema con los polvos de nanomateriales debido a su alto costo y los riesgos potenciales de exposición. Se desarrolló un sistema de prueba a escala reducida la combinación de una sola gota y la rotación de los procesos de tambor, lo que permite el uso de cantidades más pequeñas de polvos de prueba (6 g muestras) 17. Un sistema de aerosolización recientemente desarrollado basado en agitadores de vórtices también se ha utilizado para nanopolvos, permitiendo pruebas hasta 1 cm 3 de las materias primas <sup&gt; 18. A continuación, presentamos un novedoso sistema de desaglomeración y aerosolización para las pruebas nanopowder basado en embudos de laboratorio. Se proporciona un proceso de generación de aerosol estable utilizando menos de 1 g de polvo de prueba. aerosolización Steady puede mantenerse durante largos períodos suficientemente robustos para caracterizaciones de aerosol. El rendimiento del sistema ha sido descrito en detalle en dos publicaciones anteriores 19,20. La configuración de prueba se compone de un generador de aerosol, mezcla y medición de los compartimentos, y los instrumentos de caracterización, como se muestra en la Figura 1. Tubería de transporte de partículas y los conectores enlazan estos elementos diferentes. Un sintonizador de flujo y dos medidores de flujo controlar y supervisar las condiciones de flujo de aire en el sistema. Un manómetro y un sensor de temperatura y humedad supervisar el ambiente dentro de la cámara de medición. aire comprimido seco se filtró usando un Hyperfilter antes de entrar en el sistema. Unalargado, en forma de V, generador de aerosol de vidrio se utiliza para la aerosolización de polvo. Esta geometría facilita un proceso de aerosolización robusto y transporte de partículas sin problemas en el compartimiento posterior. El régimen de flujo en la parte inferior del embudo es turbulento debido a la interacción con las partículas de polvo, mientras que es laminar en la sección superior (Re-número &lt;15). El espesor de las paredes del generador se ha diseñado específicamente para resistir las altas presiones (hasta 400 kPa? P) necesarios para las pruebas de desaglomeración utilizando orificios críticos. Un sintonizador de flujo de alta precisión controla el caudal en incrementos de 0,01 L / min. tubo conductor (6 mm de diámetro exterior, espesor 1 mm) se utiliza para evitar pérdidas de partículas debido a la deposición electrostática durante el transporte. La longitud del tubo es de aproximadamente 50 cm entre el generador de aerosol y la cámara de mezcla, de 20 cm entre la cámara de mezcla y la cámara de medición, y 100 cm para los tubos de muestreo. Una botella metálica 1 L se utiliza como el Cham de mezclaBER, y un tambor metálico 12 L se utiliza como la cámara de medición. muestras de partículas se han extraído de la parte superior de la cámara de medición. Un puerto de salida dirige el flujo adicional en un sistema de filtración. Las cámaras de mezcla y medición estén conectados a tierra para evitar pérdidas de partículas electrostáticas. Los instrumentos de medición se compone de un medidor de partículas movilidad de barrido (SMPS) y un contador de partículas óptico (OPC) para la concentración del número de partículas y distribución de tamaño, y un muestreador de microscopía electrónica de transmisión (TEM) (MPS) para el análisis de la morfología de las partículas. procedimiento de aerosolización de la configuración se asemeja a un proceso de lecho fluidizado. El flujo de aire entra desde la abertura inferior en el (2 mm de diámetro) de embudo y aerosoliza el polvo. Las partículas de polvo se mueven de una manera similar al agua en una fuente. El aerosol generado se encuentra con un flujo de dilución en la cámara de mezcla. El flujo de aire de dilución puede ser condicionado para diferentes niveles de humedad si el efectode este parámetro requiere un análisis. El aire de la cámara también sirve como un volumen de tampón de mezclar suavemente el aerosol con aire de dilución seco de acuerdo con las necesidades de muestreo. El flujo de aerosol se introduce entonces en la cámara de medición a través de una salida normal de tubo (para el ensayo de aerosolización) o un orificio crítico (para las pruebas de desaglomeración). El orificio puede proporcionar diferentes condiciones de caída de presión, la aplicación de fuerzas de cizallamiento a las partículas que pasan a través de él. Este mecanismo permite el estudio de su potencial de desaglomeración (estabilidad mecánica). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig1.jpg" /> Figura 1. Esquema del sistema de aerosolización y desaglomeración. Por defecto, un tubo conecta la cámara de mezcla con la cámara de medición. El orificio que se muestra es un add-on opcional (no descrito en este protocolo). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54414/54414fig1large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí t</a>o ver una versión más grande de esta figura.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>titanium dioxide nanopowder</td>
			<td>JRC</td>
			<td>NM-103/104</td>
			<td>Reference materials provided within EU FP7 MARINA project</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>silicon dioxide nanopowder</td>
			<td>AEROSIL</td>
			<td>R974</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>silicon dioxide nanopowder</td>
			<td>JRC</td>
			<td>NM-200</td>
			<td>Reference materials provided within EU FP7 MARINA project</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>zinc oxide nanopowder</td>
			<td>JRC</td>
			<td>NM-110/111</td>
			<td>Reference materials provided within EU FP7 MARINA project</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cerium dioxide nanopowder</td>
			<td>JRC</td>
			<td>NM-211/212</td>
			<td>Reference materials provided within EU FP7 MARINA project</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>The V-shaped aerosol generator</td>
			<td>Souffleur de verre S.A.</td>
			<td></td>
			<td>Specially made based on conditions required in the experiments (e.g., geometry, thickness)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>scanning mobility particler sizer (SMPS)</td>
			<td>GRIMM</td>
			<td>Model N&#176; 5.403</td>
			<td>Size range: 11.1&#8211;1083.3 nm (impactor: d50=1082 nm); composed of a condensation particle counter (CPC) and a dynamic mobility analyzer (DMA); sampling flow ate: 0.3 L/min; sheath flow rate: 3.0 L/min; with standard multiple charge correction and diffusion loss correction;&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>optical particle counter (OPC)</td>
			<td>GRIMM</td>
			<td>Model N&#176; 5.403</td>
			<td>Size range: 0.25-32 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mini-particle sampler (MPS)</td>
			<td>ECOMESURE</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>transport tubes</td>
			<td>Milian S.A.</td>
			<td>8 mm-conductive</td>
			<td>6 mm inner diameter</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a system to create stable nanoparticle aerosols from nanopowders

Nanoparticle aerosols released from nanopowders in workplaces are associated with human exposure and health risks. We developed a novel system, requiring minimal amounts of test materials (min. 200 mg), for studying powder aerosolization behavior and aerosol properties. The aerosolization procedure follows the concept of the fluidized-bed process, but occurs in the modified volume of a V-shaped aerosol generator. The airborne particle number concentration is adjustable by controlling the air flow rate. The system supplied stable aerosol generation rates and particle size distributions over long periods (0.5-2 hr and possibly longer), which are important, for example, to study aerosol behavior, but also for toxicological studies. Strict adherence to the operating procedures during the aerosolization experiments ensures the generation of reproducible test results. The critical steps in the standard protocol are the preparation of the material and setup, and the aerosolization operations themselves. The system can be used for experiments requiring stable aerosol concentrations and may also be an alternative method for testing dustiness. The controlled aerosolization made possible with this setup occurs using energy inputs (may be characterized by aerosolization air velocity) that are within the ranges commonly found in occupational environments where nanomaterial powders are handled. This setup and its operating protocol are thus helpful for human exposure and risk assessment.

La figura 2 muestra un ejemplo típico del total de partículas de aerosol de concentración y tamaño de número cambia con el tiempo, utilizando los protocolos anteriores en un experimento de aerosolización con SiO 2 hidrófobo. Las concentraciones de partículas comenzaron a subir tan pronto como se introdujo el flujo de aerosol. El tamaño medio geométrico de las partículas aumenta gradualmente también. Después de aproximadamente 10 exploraciones SMPS (3,5 min / scan), el aerosol comenzaron a entrar en un estado de equilibrio, donde la concentración de partículas y el diámetro medio ya no varió en cualquier cantidad significativa. Este estado duró más de 30 min, lo cual fue suficiente para completar las exploraciones SMPS diez 3 min. La figura 3 muestra el cambio en la concentración de partículas en forma de distribuciones de tamaño individuales (en base a los mismos datos que en la Figura 2). El pico se elevó lentamente con el tiempo, y una vez que el aerosol se hizo estable, se mantuvo dentro del mismo rango de tamaño a lo largo de THe resto de la prueba. El muy pequeño diámetro medio se indica al comienzo del experimento no fue debido a la aerosolización del polvo inestable. Más bien, fue causado por el aire ambiente residual dentro del embudo después del procedimiento de llenado de polvo. Este volumen de aire fue el primero a fluir en la cámara de medición y se tomaron muestras por la SMPS durante sus exploraciones iniciales (Figura 4). Esto podría evitarse llevando a cabo todos los experimentos en una habitación limpia si esto fuera requerido por la pregunta científica que nos ocupa. De hecho, la distribución del tamaño de la primera exploración fue muy similar a la del aire ambiente. Como las partículas de aerosol en polvo continuaron fluyendo en, la interferencia de las partículas ambientales disminuyó rápidamente, y el efecto casi habían desaparecido después de unos exploraciones SMPS. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig2.jpg" /> Figura 2. Cambioen la concentración total del número de partículas y el diámetro medio en un experimento de aerosolización (241 mg SiO2 hidrófobo; aerosolización flujo de 0,3 l / min). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54414/54414fig2large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="figura 3" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig3.jpg" /> Figura 3. Cambio en la distribución del tamaño de partícula en un experimento de aerosolización. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54414/54414fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig4.jpg" /> Figura 4. aerosol distribuciones de tamaño de partícula al comienzo de la prueba de aerosolización. Concentración de partículas se presenta en una escala relativa (t normalizadoo el número total) con el fin de comparar el espectro que va desde la primera exploración en una concentración muy baja a los espectros de los análisis posteriores en concentraciones más altas. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54414/54414fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> Los cambios en la concentración de partículas no siempre siguen el mismo patrón. Cuatro posibilidades por lo general se pueden ver en un ensayo de aerosolización. En la figura 5A, la concentración aumentó lentamente a una región &quot;meseta&quot;, a continuación, se mantuvo casi sin cambios para el resto del experimento. En la Figura 5B, la concentración aumentó primero a un punto máximo, disminuye gradualmente a un nivel bajo, y luego permaneció estable durante más de 1,5 horas. En la Figura 5C, la concentración continuó disminuyendo a cero. En la figura 5D, la concentración aumentó a un nivel máximo, remained allí por un cierto período, y luego disminuyó de nuevo. Escenario (a) generalmente se observa cuando se sigue el procedimiento operativo estándar. El flujo de aire de aerosol se introduce poco a poco y finalmente se estabilizó dentro del rango apropiado. La cantidad de materia prima es suficiente con respecto al nivel de aerosolización, y una tasa de generación de aerosol constante puede ser mantenida durante un largo período de tiempo. Escenario (b) es más probable debido a un flujo excesivo de aerosolización durante todo el experimento, en combinación con una cantidad insuficiente de polvo. El polvo se consume rápidamente y no es capaz de sostener la generación de aerosol estable. Escenario (c) muestra una caída similar en la concentración del número de partículas con la hipótesis (b), excepto que después de un corto período de tiempo, la tasa de flujo de aire se volvió a ajustar a una gama adecuada y se mantiene constante durante todo el resto de la prueba. Esto permitió que la concentración de partículas de alcanzar gradualmente una gama estable. Escenario (d) unappears cuando se utiliza una cantidad insuficiente de materia prima. En la última fase del experimento, ya no es suficiente polvo de prueba para generar partículas de aerosol a una velocidad constante, como era posible en la fase temprana de la aerosolización. En consecuencia, la concentración de partículas en el sistema disminuye. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig5.jpg" /> Figura 5. Los patrones típicos para el cambio de las concentraciones totales de partículas durante los experimentos de formación de aerosol: (A) aumentan lentamente hasta que se alcanza una meseta; (B) disminuir gradualmente a cero; (C) alcanzan rápidamente un pico y luego disminuye a un nivel estable; (D) aumenta hasta un estado de equilibrio y mantener durante un cierto período de tiempo, y luego disminuir. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54414/54414fig5large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> </p&gt; Diferentes velocidades de flujo de formación de aerosol se probaron con el fin de estudiar su influencia sobre la generación de aerosol. Las velocidades de flujo de 0,3 a 1,1 L / min se utilizaron, y las distribuciones de tamaño de partícula resultantes se muestran en la Figura 6. El pico del espectro de color de rosa como el flujo aumenta. A la velocidad de flujo más alta (1,1 L / min), partículas en el aire de tamaño micrométrico comenzaron a entrar en el sistema (el pico secundario). Los tamaños modales de las partículas de aerosol se quedaron similar cuando bajo el mismo flujo de aerosolización, sin embargo, disminuyeron gradualmente cuando el flujo de aire se incrementó a través de la gama de 0,3 a 0,7 L / min (Figura 7). La tasa de generación de partículas el aumento y la disminución de diámetro de partícula medio como el aumento de las tasas de flujo sugieren que el proceso de aerosolización más dinámico (con movimientos de partículas significativas y colisiones) facilitó la desaglomeración de las partículas de polvo, lo que resulta en una distribución de tamaños modificada del aerosolpartículas generadas. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig6.jpg" /> Figura 6. Cambio de distribuciones de tamaño de partícula con el aumento de las tasas de flujo de aire (0.3- 1.1 L / min). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54414/54414fig6large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig7.jpg" /> Figura 7. Comparación de las distribuciones de tamaño de partícula bajo diferentes caudales. Los espectros se convirtió en alturas similares en escala relativa (normalizadas con respecto al número total de partículas), lo que muestra mejor el desplazamiento del pico. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54414/54414fig7large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; Las concentraciones de número de partículas de los aerosoles generados en pruebas repetidas pueden variar hasta en varios pliegues, pero por lo general bien dentro de un orden de magnitud. El tamaño medio de las partículas, por otra parte, es altamente reproducible. La figura 8 muestra un ejemplo de la variación en la distribución de tamaño de partícula de cuatro pruebas repetidas utilizando el mismo material. La desviación estándar fue de 39,7% para la concentración total de partículas y 6,6% para el tamaño de la media geométrica. La variación de la concentración del número podría ser debido a varias razones: 1) diferentes estados de la materia prima (por ejemplo, el nivel de aglomeración); 2) factores humanos en el proceso de llenado de polvo (influyen en la cantidad de polvo depositado en la parte inferior del embudo, por tanto, la cantidad disponible de generación de aerosoles); o 3) de ajuste del flujo de aire en el comienzo de la aerosolización. <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig8.jpg" /> <strong&gt; Figura 8. Variación de los resultados de las pruebas de los experimentos de aerosolización replicados con SiO2 hidrófobo. Las barras de error representan la desviación estándar de la concentración del número de partículas en los canales de tamaño individual. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54414/54414fig8large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

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A System to Create Stable Nanoparticle Aerosols from Nanopowders

We designed and developed an effective nanopowder aerosolization setup and operating protocol. The system generated nanoparticle aerosols with stable number concentrations and size distributions for long durations, requiring only small quantities of test material (min. 200 mg).

Un sistema para crear aerosoles de nanopartículas estables de nanopolvos

Nanoparticle aerosols released from nanopowders in workplaces are associated with human exposure and health risks. We developed a novel system, requiring ...

a-system-to-create-stable-nanoparticle-aerosols-from-nanopowders

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K vistas.  Universities of Lausanne and Geneva. We designed and developed an effective nanopowder aerosolization setup and operating protocol. The system generated nanoparticle aerosols with stable number concentrations and size distributions for long durations, requiring only small quantities of test material (min. 200 mg). 

Video: A System to Create Stable Nanoparticle Aerosols from Nanopowders

Integrating a Triplet-triplet Annihilation Up-conversion System to Enhance Dye-sensitized Solar Cell Response to Sub-bandgap Light

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents and hence higher efficiencies. Photon up-conversion by way of triplet-triplet annihilation (TTA-UC) is an attractive technique for using these otherwise wasted low energy photons to produce photocurrent, while not interfering with the photoanodic performance in a deleterious manner. Further to this, TTA-UC has a number of features, distinct from other reported photon up-conversion technologies, which renders it particularly suitable for coupling with DSC technology. In this work, a proven high performance TTA-UC system, comprising a palladium porphyrin sensitizer and rubrene emitter, is combined with a high performance DSC (utilizing the organic dye D149) in an integrated device. The device shows an enhanced response to sub-bandgap light over the absorption range of the TTA-UC sub-unit resulting in the highest figure of merit for up-conversion assisted DSC performance to date.

An integrated device, incorporating a dye-sensitized solar cell and triplet-triplet annihilation up-conversion unit was produced, affording enhanced light harvesting, from a wider section of the solar spectrum. Under modest irradiation levels a significantly enhanced response to low energy photons was demonstrated, yielding a record figure of merit for dye-sensitized solar cells.

La integración de un Sistema de Up-conversión trío-triplete Aniquilación para Mejorar sensibilizado-Dye respuesta de células solares a la luz Sub-gap

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents ...

Investigación

Ingeniería

A Basic Positron Emission Tomography System Constructed to Locate a Radioactive Source in a Bi-dimensional Space

A simple Positron Emission Tomography (PET) prototype has been constructed to fully characterize its basic working principles. The PET prototype was created by coupling plastic scintillator crystals to photomultipliers or PMT&#39;s which are placed at opposing positions to detect two gamma rays emitted from a radioactive source, of which is placed in the geometric center of the PET set-up. The prototype consists of four detectors placed geometrically in a 20 cm diameter circle, and a radioactive source in the center. By moving the radioactive source centimeters from the center the system one is able to detect the displacement by measuring the time of flight difference between any two PMT&#39;s and, with this information, the system can calculate the virtual position in a graphical interface. In this way, the prototype reproduces the main principles of a PET system. It is capable to determine the real position of the source with intervals of 4 cm in 2 lines of detection taking less than 2 min.

We present a simple but well-constructed Positron Emission Tomography (PET) system and elucidate its basic working principles. The goal of this protocol is to guide the user in constructing and testing a simple PET system.

Una Tomografía por Emisión de Positrones Sistema Básico Construido para localizar una fuente radiactiva en un espacio bidimensional

A simple Positron Emission Tomography (PET) prototype has been constructed to fully characterize its basic working principles. The PET prototype was ...

Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using visible light irradiation with plasmonic nanoparticles. The plasmonic nanoparticle is used to improve the reduction efficiency of GO. It only takes 30 min&#160;at RT by illuminating the solutions with Xe-lamp, the r-GO solutions can be obtained by completely removing gold nanoparticles through simple centrifugation step. The spherical gold nanoparticles (AuNPs) as compared to the other nanostructures is the most suitable plasmonic nanostructure for r-GO preparation. The reduced graphene oxide prepared using visible light and AuNPs was equally qualitative as chemically reduced graphene oxide, which was supported by various analytical techniques such as UV-Vis spectroscopy, Raman spectroscopy, powder XRD and XPS. The reduced graphene oxide prepared with visible light shows excellent quenching properties over the fluorescent molecules modified on ssDNA and excellent fluorescence recovery for target DNA detection. The r-GO prepared by recycled AuNPs is found to be of same quality with that of chemically reduced r-GO. The use of visible light with plasmonic nanoparticle demonstrates the good alternative method for r-GO synthesis.

A simple protocol for the preparation of reduced graphene oxide using visible light and plasmonic nanoparticle is described.

Luz visible reducción inducida de grafeno Óxido Usando plasmónica de nanopartículas

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

La medición de la dispersión no linealidades de una nanopartícula Individual plasmónicas

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Advanced Compositional Analysis of Nanoparticle-polymer Composites Using Direct Fluorescence Imaging

The fabrication of polymer-nanoparticle composites is extremely important in the development of many functional materials. Identifying the precise composition of these materials is essential, especially in the design of surface catalysts, where the surface concentration of the active component determines the activity of the material. Antimicrobial materials which utilize nanoparticles are a particular focus of this technology. Recently swell encapsulation has emerged as a technique for inserting antimicrobial nanoparticles into a host polymer matrix. Swell encapsulation provides the advantage of localizing the incorporation to the external surfaces of materials, which act as the active sites of these materials. However, quantification of this nanoparticle uptake is challenging. Previous studies explore the link between antimicrobial activity and surface concentration of the active component, but this is not directly visualized. Here we show a reliable method to monitor the incorporation of nanoparticles into a polymer host matrix via swell encapsulation. We show that the surface concentration of CdSe/ZnS nanoparticles can be accurately visualized through cross-sectional fluorescence imaging. Using this method, we can quantify the uptake of nanoparticles via swell encapsulation and measure the surface concentration of encapsulated particles, which is key in optimizing the activity of functional materials.

Here we present a reliable method to monitor the incorporation of nanoparticles into a polymer host matrix via swell encapsulation. We show that the surface concentration of cadmium selenide quantum dots can be accurately visualized through cross-sectional fluorescence imaging.

Análisis de la composición avanzada de compuestos de nanopartículas poliméricas Uso de la imagen de fluorescencia directa

The fabrication of polymer-nanoparticle composites is extremely important in the development of many functional materials. Identifying the precise ...

The Evolution of Silica Nanoparticle-polyester Coatings on Surfaces Exposed to Sunlight

Corrosion of metallic surfaces is prevalent in the environment and is of great concern in many areas, including the military, transport, aviation, building and food industries, amongst others. Polyester and coatings containing both polyester and silica nanoparticles (SiO2NPs) have been widely used to protect steel substrata from corrosion. In this study, we utilized X-ray photoelectron spectroscopy, attenuated total reflection infrared micro-spectroscopy, water contact angle measurements, optical profiling and atomic force microscopy to provide an insight into how exposure to sunlight can cause changes in the micro- and nanoscale integrity of the coatings. No significant change in surface micro-topography was detected using optical profilometry, however, statistically significant nanoscale changes to the surface were detected using atomic force microscopy. Analysis of the X-ray photoelectron spectroscopy and attenuated total reflection infrared micro-spectroscopy data revealed that degradation of the ester groups had occurred through exposure to ultraviolet light to form COO&#903;, -H2C&#903;, -O&#903;, -CO&#903; radicals. During the degradation process, CO and CO2 were also produced.

Two types of surfaces, polyester-coated steel and polyester coated with a layer of silica nanoparticles, were studied. Both surfaces were exposed to sunlight, which was found to cause substantial changes in the chemistry and nanoscale topography of the surface.

La evolución de sílice recubrimientos de nanopartículas-poliéster sobre superficies expuestas al sol

Corrosion of metallic surfaces is prevalent in the environment and is of great concern in many areas, including the military, transport, aviation, ...

Testing of Nanoparticle Release from a Composite Containing Nanomaterial Using a Chamber System

With the rapid development of nanotechnology as one of the most important technologies in the 21st century, interest in the safety of consumer products containing nanomaterials is also increasing. Evaluating the nanomaterial release from products containing nanomaterials is a crucial step in assessing the safety of these products, and has resulted in several international efforts to develop consistent and reliable technologies for standardizing the evaluation of nanomaterial release. In this study, the release of nanomaterials from products containing nanomaterials is evaluated using a chamber system that includes a condensation particle counter, optical particle counter, and sampling ports to collect filter samples for electron microscopy analysis. The proposed chamber system is tested using an abrasor and disc-type nanocomposite material specimens to determine whether the nanomaterial release is repeatable and consistent within an acceptable range. The test results indicate that the total number of particles in each test is within 20% from the average after several trials. The release trends are similar and they show very good repeatability. Therefore, the proposed chamber system can be effectively used for nanomaterial release testing of products containing nanomaterials.

Nanoparticle release is tested using a chamber system that includes a condensation particle counter, an optical particle counter and sampling ports to collect filter samples for microscopy analysis. The proposed chamber system can be effectively used for nanomaterial release testing with a repeatable and consistent data range.

Ensayo de liberación de nanopartículas a partir de un compuesto que contiene nanomaterial usar un sistema de Cámara

With the rapid development of nanotechnology as one of the most important technologies in the 21st century, interest in the safety of consumer products ...

Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active layer which consists of blue-fluorescent poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) and &#960;-conjugated triphenylamine molecules. This white light emission originates from exciplexes formed between PFD and amines in electronically excited states. A device containing PFD, 4,4&#39;,4&#39;&#39;-tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine (2-TNATA), Poly(ethylene oxide) and K2CF3SO3 showed white light emission with Commission internationale de l&#39;&#233;clairage (CIE) coordinates of (0.33, 0.43) and a Color Rendering Index (CRI) of Ra = 73 at an applied voltage of 3.5 V. Constant voltage measurements showed that the CIE coordinates of (0.27, 0.37), Ra of 67, and the emission color observed immediately after application of a voltage of 5 V were nearly unchanged and stable after 300 sec.

The authors present a method for fabricating stable white-light-emitting electrochemical cells utilizing emission from exciplexes formed between a blue-emitting fluorene polymer and aromatic amines.

La fabricación de la luz blanca de emisores de celdas electroquímicas con emisión estable de exciplejos

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active ...

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that characterize the transport phenomena in a rotating channel are identified via the parametric analysis of the momentum and energy equations referring to a rotating frame of reference. Based on these dimensionless flow equations, an experimental strategy that links the design of the test module, the experimental program and the data analysis is formulated with the attempt to reveal the isolated Coriolis-force and buoyancy effects on heat transfer performances. The effects of Coriolis force and rotating buoyancy are illustrated using the selective results measured from rotating channels with various geometries. While the Coriolis-force and rotating-buoyancy impacts share several common features among the various rotating channels, the unique heat transfer signatures are found in association with the flow direction, the channel shape and the arrangement of heat transfer enhancement devices. Regardless of the flow configurations of the rotating channels, the presented experimental method enables the development of physically consistent heat transfer correlations that permit the evaluation of isolated and interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on the heat transfer properties of rotating channels.

Here, we present an experimental method for decoupling the interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on full-field heat transfer distributions of a rotating channel.

Fuerza de Coriolis desacoplar y rotación efectos de flotabilidad en el calor de campo completo transferencia de propiedades de un canal de rotación

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that ...

A Rapid Method for Modeling a Variable Cycle Engine

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft engines. However, developing VCE requires high costs. Thus, it is essential to build a mathematical model when developing an aircraft engine, which may avoid a large number of real tests and reduce the cost dramatically. Modeling is also crucial in control law development. In this article, based on a graphical simulation environment, a rapid method for modeling a double bypass variable cycle engine using object-oriented modeling technology and modular hierarchical architecture is described. Firstly, the mathematical model of each component is built based on the thermodynamic calculation. Then, a hierarchical engine model is built via the combination of each component mathematical model and the N-R solver module. Finally, the static and dynamic simulations are carried out in the model and the simulation results prove the effectiveness of the modeling method. The VCE model built through this method has the advantages of clear structure and real-time observation.

Here, we present a protocol to build a component-level mathematical model for a variable cycle engine.

Un método rápido para modelar un motor de ciclo variable

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft ...