著者は、米国エネルギー省を介して、管理科学学術提携省 (・ デ ・ NA0002919 ・ デ ・ NA0001989 ・この研究での財政支援を承認したいと思います。最後に、著者は現在および将来の捜査に受けて活動の支援とのコラボレーションのロスアラモス国立研究所に感謝したいと思います。

1. サンプル材料の準備を対象と
注: 次のプロトコルで逆ジオメトリ通常平板衝撃実験で後で使用されるサンプルとターゲットの材料を準備するために必要な手順説明いたします。このセットアップで、サボの前面で開催チラシ プレート (またサンプル)、される単一段階ガス銃を介して起動とガス銃のターゲット部屋に入って静止ターゲット プレートに影響を与える。図 1に概略次のプロトコルで説明されている一般的なチラシとターゲット板アセンブリを示します。
<ol><li>チラシ版 (サンプル) として後で使用されるディスクに 99.999% の純度多結晶アルミニウム棒をセクションします。 注: これが高温とワークの残留応力を防ぐために低速の鋸を使用して行うことができます。</li>
	<li>顔し、直径 76 mm、厚さ 5.6 mm 旋盤をサンプル ディスクをオンにします。</li>
	<li>3 つの平板穴サボにサンプルを確保する後で使用されるサンプル ディスク上 62 mm 直径の大胆な円の直径 5 mm をドリルします。</li>
	<li>サンプルの直径上約 10 μ m の平面度と並列処理耐性を達成するために、サンプル プレートの両側を挽きます。<ol>
<li>比較的粗い粒子サイズ (10-20 μ m) の商業ラッピング マシンを使ってサンプル プレート面に大まかなラップを実行します。 注: 重量はラップ面がディスクの直径方向の均一性を示すも鈍い灰色にまで、この手順で追加できます。</li>
		<li>慎重にエタノールを使用して任意の残留粒子とミネラル オイルを削除するラッピング サンプルをクリーンアップします。その後、研磨布で 1 μ m ダイヤモンド ペーストを使用してサンプル プレートの両方の面を磨きます。</li>
		<li>16緑単色光源の下で興味の表面に接触オプチカル フラットによる光の帯を観察することによってサンプルの平坦度をチェックします。 注: サンプルの表面の光の帯の曲率を観察することによって、図 2に示すように直径方向のバンドの数を数えて平坦度を定量化することができます。<ol>
<li>3 バンドが点灯する場合次のステップに移動やあまり見られているサンプル直径約 2 μ m します。 それ以外の場合、手順を繰り返します 1.4.1 - 1.4.3 3 光バンドまで以上の平坦性が実現できることを示します。</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>1.1-1.3 ターゲット プレートを製造するための手順を繰り返します。ディスクに析出硬化 (高強度) の合金の棒 (テーブルの材料) をセクションし、マシンを直径 25 mm、7 mm の厚さにします。最後に、約 10 μ m のフラット両側を挽きます。<ol>
<li>表面も鈍い灰色外観を達成するまで鉱物油の 15 μ m のアルミナの粉末を使用してラッピング マシンのターゲット プレートの両方の面をラップします。 注: ダイヤモンドス ラリーの同等の粒子サイズは、リフレクション高速除去速度とより良い表面を達成するために使用できます。また、重みを使用できます。</li>
		<li>1.4.2 のステップを繰り返します。</li>
		<li>1.4.3 のステップを繰り返すことによってターゲット プレートの平坦度をチェックします。1 光バンド以上が発生した場合は、次の手順に進みます。そうでなければ、1.4.1 - 1.4.3 1 光バンド以上を達成するまでの手順を繰り返します。ホログラフィック回折格子が必要な場合 1.5.4 をステップ、それ以外の場合 1.6 手順に進みます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>手順 1.1-1.3 アルミのリングを作製する同様の手順を利用します。<ol>
<li>リングに外側と内側直径 41 mm と 32 mm のアルミニウム管をそれぞれセクションし、7 mm の厚さに側面に直面します。</li>
		<li>直径 34.5 mm のボルト円の 6 の 3 mm 径スロット サブアレイをドリルします。これらは後で家 6 電圧バイアス銅ピン、インパクト時の傾斜測定を可能にするが。</li>
		<li>研削、ラップ、クリーンアップ、および 1.4 の手順で詳細な手順を使用してアルミニウム リングの両方の面を磨きます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>図 3に示すようにリグをセキュリティ保護するフラットの 2 部分のエポキシの混合物を使用してアルミのリングに平らなターゲット プレートを遵守します。一晩常温で硬化するエポキシを許可します。 注: 2 つの部分は、そっとターゲットとリングへの応用圧力は外側に漏れからエポキシを防止できるようにをきつく締められる手である 3 本のネジを使用してフラット スチール ステージに固定されます。<ol>
<li>放射状のスロットから、またはアセトンを使用して板の表面から、残った接着剤を削除します。</li>
		<li>POM リング ターゲット プレート/アルミニウム リング アセンブリに挿入します。 注: にポンポン ディスクをマウント後されます-回転自由度とターゲット ホルダーに銃バレル内テスト物質の配置をできます。</li>
		<li>POM リングの内側のステップで六つの放射状のスロットの位置をマークし、印を付けた位置に六つの厚さを介して穴をドリルします。</li>
		<li>セクション 6 銅ピン 15 AWG のスプールからエナメル銅線の長さ 〜 50 ミリメートルと削除エナメル絶縁層の 2 つから。対称パターンのスロットにピンを押して: 地上ピンが 2 つ、円の反対側の場所に配置されます。スロットを介してピンをプッシュし、約 2 mm のリングの面から外側に突出を残します。 注意: ピン傾斜角を測定するため使用され、トリガー信号を提供します。</li>
		<li>余分な高速硬化性エポキシ樹脂を用いた POM リングの後部表面に銅のピンの曲がった端を遵守します。</li>
		<li>アルミニウム リングと POM リングの内側の壁の間のギャップを密封するのに低粘度 2 つの部分のエポキシの混合物を使用します。一晩常温で硬化するエポキシを許可します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>アルミのリングの表面から突き出た銅ピンの余分な 2 ミリメートルを削除します。余分なピン回転工具で最初のセクションとアルミのリングの表面にフラッシュ ピンがほぼまで湿 300 粒の砂紙を使用して表面に残り、砂。<ol>
<li>ラップ、きれいにし 1.4.1-1.4.3 の手順を繰り返すことによってアセンブリ全体を磨きます。周回遅れとなったアセンブリ全体が 2-3 光バンド内にフラットであることを確認します。</li>
		<li>POM リングの裏面に 6 銅ピンの両端をはんだ付けし、4 6.35 mm 直径ポンポン ピンを使用してターゲット ホルダーに POM リングをマウントします。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. カスタム耐熱サボのアセンブリ
<ol><li>図 4に示すように、耐熱性のサボのアセンブリ構成部品を収集します。</li>
	<li>アルミ キャップの下端にアイボルトを取り付けるし、シールの保護キャップの溝に o リングと、PTFE のキーします。 注: キーと o リングは、チルトと銃バレルの下の旅行の間にサボの回転を防ぐために使用されます。<ol>
<li>キャップの底の穴を通って熱電対ワイヤを引き、熱電対ワイヤ コネクタをします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>バック エンドと完全に火力アルミナ珪酸塩岩溶岩 2 パーツ クイック設定エポキシを使用してアルミ チューブのフロント エンドにキャップを接着します。</li>
	<li>熱電対プローブを 76.2 mm 直径 H13 工具鋼合金試料ホルダーの穴に通して引っ張る。</li>
	<li>高温のセメント、または相当の高温接着剤を使用しての溶岩チューブのフロント エンドに H13 サンプル ホルダーを遵守します。</li>
	<li>ディスクのまわり 25 mm 直径 3 mm と厚い溶岩 H13 ホルダーの内側の板厚 19 mm 直径の同心円の穴の上に座っている高温のセメントを適用します。室温で一晩乾燥して高温のセメントを許可します。</li>
	<li>H13 サンプル ホルダー 3 アルミナ ネジを使用してサンプルを確保し、1.4.3 で説明されているプロトコルを使用して、サンプルの平坦度が変わらないことを確認します。</li>
</ol>3. ガス銃内テスト物質のアセンブリ
<ol><li>サンプルとイソプロピル アルコールでターゲットの表面をきれいにしそれぞれの表面に一面の鏡を保護するテープを使用します。</li>
	<li>ネジ締め、3 軸モーション ステージ、押出棒上記銃衝撃チャンバー内バレルし、ステージ上に精密光学プリズムを運ぶプリズム ホルダーを取り付けます。</li>
	<li>銃のバレルをロープを引き出し、アルミ キャップにアイボルトを介してサボにロープを取り付けます。</li>
	<li>影響の部屋の方を向いてサンプルと砲身にサボに、サンプルに直面して対象室にターゲット ・ ホルダー ・ アセンブリを置きます。</li>
	<li>ターゲット上の最初表面ミラーがサンプルに最初表面ミラーに整列するまで 4 つのポンポンの位置決めピンを調整することによって、ターゲットの位置を合わせます。<ol>
<li>拡散電球と反射ミラーを使用してサンプルとターゲット プレートの間並列処理の大まかな配置を実行します。すべてのアライメント プリズム上のサーフェスから電球の単一の連続的な反射のイメージを見ることができるまでは、ステージを調整します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>細かい配置を達成するために自動コリメータ24を使用します。<ol>
<li>画像サンプルに最初表面ミラーから反射と反射プリズムの表面・裏面の十字架像が整列するまで、ステージを調整します。</li>
		<li>ターゲット アセンブリをプリズムの表面・裏面からの十字の反射イメージがターゲットに最初表面ミラーから反映イメージと整列するまで、ターゲット ホルダーの位置決めネジを回して調整します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>サンプルとターゲットから最初表面ミラーを削除します。反射ミラー、プリズム、プリズム ホルダー、調整段階衝撃チャンバーから削除もできます。</li>
	<li>ロープを用いたガス銃の砲尾までサボを引き上げ、キャップからロープを取り外します。</li>
	<li>まま 〜 2.5 mm サボとヒーターの頭部間距離し、それに応じて骨盤に向かってサボのバックの動きを防ぐネジの長さを調整します。</li>
	<li>熱電対を温度診断モニターに接続します。 注: 温度モニター端に熱電対ワイヤー バレルの内部、フィードスルーを使用して真空のパイプを通って置かれています。</li>
</ol>4. 配置とレーザーを用いた診断の配置
<ol><li>接眼プローブ ホルダーの裏側の穴に 2 つのねじアンカーを入れてください。入射角度を変更する自由を有効に POM に到達するまでは、アンカーを 2 本のネジを締めます。<ol>
<li>接眼プローブ ホルダーの下部に板厚穴を開け、ねじ円筒磁石上に固定します。</li>
		<li>アルミ管を通って光ファイバー接眼プローブをプル、余分な高速セット エポキシ プローブ ・ ヘッドとアルミ チューブの先端の周りを適用することによってアルミニウム管にプローブを接着します。できるだけ管にフォワードとしてのプローブ ・ ヘッドを押し込みますが、エポキシからプローブ レンズを残すようにしてください。余分な高速セット エポキシは硬化するまで待ちます。</li>
		<li>すべて光ファイバー探傷/TDI 干渉計31光の接眼を接続し、ターゲットの裏面を目指すターゲット ホルダーに接眼アセンブリを配置します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>レーザーをオンに、この場合 2 w エルビウム光ファイバー結合レーザ、して 0.2 0.4 W の電源。次に、適切な光結合を実現し、集録信号の最適化まで接眼アセンブリの取り付けネジを使用して接眼プローブの位置を調整します。</li>
	<li>オシロ スコープに信号の最適化まで、参照およびドップラー シフトした光の強度に合わせて比可変カプラーを調整します。 注: 横方向の動きの診断が必要な場合は 4.5 4.6 の手順をご覧ください。</li>
	<li>ポンポン接眼ホルダーの背面に 2 つのねじアンカーを穴に入れて、彼らは POM に触れるまでアンカーを 2 本のネジを締めます。<ol>
<li>接眼プローブ ホルダーの下部に板厚穴を開け、ねじ円筒磁石上に固定します。</li>
		<li>アルミ管を通って光ファイバー コリメータ プローブを引き、余分な高速セット エポキシ プローブ ・ ヘッドとアルミ チューブの先端の周りを適用することによってアルミニウム管にプローブを接着します。できるだけ管にフォワードとしてのプローブ ・ ヘッドを押し込みますが、エポキシからプローブ レンズを残すようにしてください。余分な高速セット エポキシは硬化するまで待ちます。</li>
		<li>2 つのアセンブリを作成し、影響のチャンバーに入れて 4.4 で上記の手順を繰り返します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>磁石と受信光ファイバコリメータの角度の位置を調整、最初順序の強度回折ビームの電力モニターで測定までポンポン ホルダーに 2 本のネジを最適化します。</li>
	<li>パワー モニターを外し、すべてファイバー TDI 干渉計31に 2 つの受信のコリメータを接続します。</li>
</ol>5. 高温逆ジオメトリ ノーマル/圧力-シアー プレート衝突実験の実行
<ol><li>影響の部屋の入り口に 4 つのクランプを締めてプライマリのフランジを固定し、セカンダリのフランジにボルトで固定、ポリエステル フィルムを使用してチャンバーを閉じます。</li>
	<li>~ 207 kPa にシール圧力を高めるし、フランジのネジを締めて骨盤端ガス銃を閉じます。</li>
	<li>骨盤端真空ポンプをオンにし、ターゲット商工会議所最後の真空ポンプの電源を入れます。</li>
	<li>木靴サボの前後の圧力差によって引き起こされる商工会議所の方の動きがないことを確認します。商工会議所は圧力に避難を待って未満 100 ミリトール。</li>
	<li>サボのレーザー ベース振幅への影響速度計測システムを入れます。</li>
	<li>マーク位置の下にヒーターを移動し、ヒーターをオンにします。目的試料温度に達するまでは、100 ° C 単位のヒーターの温度を上げます。</li>
	<li>加圧焼成 ~ 1103 kpa ダンプ室と選択したに応じて所望のレベル負荷室速度に影響を与えます。また、衝撃チャンバーにサボ キャッチャーを保護します。</li>
	<li>ヒーターの電源を切り、すぐにヒーター上方に向かって移動ヒーターも。試料表面でサボ熱電対によって診断モニターが測定した温度表示温度を記録します。</li>
	<li>すぐにシール バルブを開き、リリース焼成ダンプの部屋一度シール圧力降下がゼロに。</li>
</ol>

<ol>
	<li>Davies, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+critical+study+of+the+Hopkinson+pressure+bar.">A critical study of the Hopkinson pressure bar.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 240, 375-457 (1948).</li><li>Kolsky, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+investigation+of+the+mechanical+properties+of+materials+at+very+high+rates+of+loading.">An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of loading.</a> Proceedings of the Physical Society. Section B. 62, 676 (1949).</li><li>Gilat, A., Cheng, C. -. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Torsional+split+Hopkinson+bar+tests+at+strain+rates+above+104s&#8722;+1.">Torsional split Hopkinson bar tests at strain rates above 104s&#8722; 1.</a> Experimental Mechanics. 40, 54-59 (2000).</li><li>Harding, J., Wood, E., Campbell, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tensile+testing+of+materials+at+impact+rates+of+strain.">Tensile testing of materials at impact rates of strain.</a> Journal of Mechanical Engineering Science. 2, 88-96 (1960).</li><li>Clifton, R. J., Klopp, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure-shear+plate+impact+testing.">Pressure-shear plate impact testing.</a> Metals handbook. 8, 230-239 (1985).</li><li>Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+Response+of+99.999%+Purity+Aluminum+Under+Dynamic+Uniaxial+Strain+and+Near+Melting+Temperatures.">Mechanical Response of 99.999% Purity Aluminum Under Dynamic Uniaxial Strain and Near Melting Temperatures.</a> International Journal of Impact Engineering. 113, 180-190 (2017).</li><li>Wang, T., Zuanetti, B., Prakash, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shock+Response+of+Commercial+Purity+Polycrystalline+Magnesium+Under+Uniaxial+Strain+at+Elevated+Temperatures.">Shock Response of Commercial Purity Polycrystalline Magnesium Under Uniaxial Strain at Elevated Temperatures.</a> Journal of Dynamic Behavior of Materials. 3, 497-509 (2017).</li><li>Dike, S., Wang, T., Zuanetti, B., Prakash, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+Uniaxial+Compression+of+HSLA-65+Steel+at+Elevated+Temperatures.">Dynamic Uniaxial Compression of HSLA-65 Steel at Elevated Temperatures.</a> Journal of Dynamic Behavior of Materials. 3, 510-525 (2017).</li><li>Okada, M., Liou, N. -. S., Prakash, V., Miyoshi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tribology+of+high+speed+metal-on-metal+sliding+at+near-melt+and+fully-melt+interfacial+temperatures.">Tribology of high speed metal-on-metal sliding at near-melt and fully-melt interfacial temperatures.</a> Wear. 249, 672-686 (2001).</li><li>Prakash, V., Clifton, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fracture Mechanics: Twenty Second Symposium (vol. 1). , (1992).</li><li>Prakash, V., Mehta, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uniaxial+Compression+and+Combined+Compression-and-Shear+Response+of+Amorphous+Polycarbonate+at+High+Loading+Rates.">Uniaxial Compression and Combined Compression-and-Shear Response of Amorphous Polycarbonate at High Loading Rates.</a> Polymer Engineering and Science. 52, 1217-1231 (2012).</li><li>Lee, Y., Prakash, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+fracture+toughness+versus+crack-tip+speed+relationship+at+lower+than+room+temperature+for+high+strength+4340VAR+structural+steels.">Dynamic fracture toughness versus crack-tip speed relationship at lower than room temperature for high strength 4340VAR structural steels.</a> Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 46, 1943-1967 (1998).</li><li>Lee, Y., Prakash, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+brittle+fracture+of+high+strength+structural+steels+under+conditions+of+plane+strain.">Dynamic brittle fracture of high strength structural steels under conditions of plane strain.</a> International Journal of Solids and Structures. 36, 3293-3337 (1999).</li><li>Yuan, F., Prakash, V., Lewandowski, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shear+yield+and+flow+behavior+of+a+Zirconium-based+bulk+metallic+glass.">Shear yield and flow behavior of a Zirconium-based bulk metallic glass.</a> Mechanics of Materials. 42, 248-255 (2010).</li><li>Shazly, M., Prakash, V., Draper, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+behavior+of+Gamma-Met+PX+under+uniaxial+loading+at+elevated+temperatures+and+high+strain+rates.">Mechanical behavior of Gamma-Met PX under uniaxial loading at elevated temperatures and high strain rates.</a> International Journal of Solids and Structures. 41, 6485-6503 (2004).</li><li>Klopp, R., Clifton, R., Shawki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure-shear+impact+and+the+dynamic+viscoplastic+response+of+metals.">Pressure-shear impact and the dynamic viscoplastic response of metals.</a> Mechanics of Materials. 4, 375-385 (1985).</li><li>Arvidsson, T. E., Gupta, Y., Duvall, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precursor+decay+in+1060+aluminum.">Precursor decay in 1060 aluminum.</a> Journal of Applied Physics. 46, 4474-4478 (1975).</li><li>Gilat, A., Clifton, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure-shear+waves+in+6061-T6+aluminum+and+alpha-titanium.">Pressure-shear waves in 6061-T6 aluminum and alpha-titanium.</a> Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 33, 263-284 (1985).</li><li>Barker, L., Hollenbach, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shock+wave+study+of+the+&#945;&#8644;&#949;+phase+transition+in+iron.">Shock wave study of the &#945;&#8644;&#949; phase transition in iron.</a> Journal of Applied Physics. 45, 4872-4887 (1974).</li><li>Shazly, M., Prakash, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shock+response+of+a+gamma+titanium+aluminide.">Shock response of a gamma titanium aluminide.</a> Journal of Applied Physics. 104, 083513 (2008).</li><li>Yuan, F., Prakash, V., Lewandowski, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spall+strength+and+Hugoniot+elastic+limit+of+a+Zirconium-based+bulk+metallic+glass+under+planar+shock+compression.">Spall strength and Hugoniot elastic limit of a Zirconium-based bulk metallic glass under planar shock compression.</a> Journal of Materials Research. 22, 402-411 (2007).</li><li>Yuan, F. P., Prakash, V., Lewandowski, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spall+strength+of+a+zirconium-based+bulk+metallic+glass+under+shock-induced+compress+ion-and-shear+loading.">Spall strength of a zirconium-based bulk metallic glass under shock-induced compress ion-and-shear loading.</a> Mechanics of Materials. 41, 886-897 (2009).</li><li>Prakash, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+pressure-shear+plate+impact+experiment+for+investigating+transient+friction.">A pressure-shear plate impact experiment for investigating transient friction.</a> Experimental Mechanics. 35, 329-336 (1995).</li><li>Kumar, P., Clifton, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+alignment+of+impact+faces+for+plate+impact+experiments.">Optical alignment of impact faces for plate impact experiments.</a> Journal of Applied Physics. 48, 1366-1367 (1977).</li><li>Prakash, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-resolved+friction+with+applications+to+high+speed+machining:+experimental+observations.">Time-resolved friction with applications to high speed machining: experimental observations.</a> Tribology Transactions. 41, 189-198 (1998).</li><li>Frutschy, K., Clifton, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-temperature+pressure-shear+plate+impact+experiments+using+pure+tungsten+carbide+impactors.">High-temperature pressure-shear plate impact experiments using pure tungsten carbide impactors.</a> Experimental mechanics. 38, 116-125 (1998).</li><li>Frutschy, K., Clifton, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-temperature+pressure-shear+plate+impact+experiments+on+OFHC+copper.">High-temperature pressure-shear plate impact experiments on OFHC copper.</a> Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 46, 1723-1744 (1998).</li><li>Zaretsky, E., Kanel, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+temperature,+strain,+and+strain+rate+on+the+flow+stress+of+aluminum+under+shock-wave+compression.">Effect of temperature, strain, and strain rate on the flow stress of aluminum under shock-wave compression.</a> Journal of Applied Physics. 112, 073504 (2012).</li><li>Grunschel, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Pressure-shear plate impact experiments on high-purity aluminum at temperatures approaching melt. , (2009).</li><li>Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Novel+Approach+for+Plate+Impact+Experiments+to+Determine+the+Dynamic+Behavior+of+Materials+Under+Extreme+Conditions.">A Novel Approach for Plate Impact Experiments to Determine the Dynamic Behavior of Materials Under Extreme Conditions.</a> Journal of Dynamic Behavior of Materials. 3, 64-75 (2017).</li><li>Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+compact+fiber+optics-based+heterodyne+combined+normal+and+transverse+displacement+interferometer.">A compact fiber optics-based heterodyne combined normal and transverse displacement interferometer.</a> Review of Scientific Instruments. 88, 033108 (2017).</li><li>Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+response+of+99.999%+purity+aluminum+under+dynamic+uniaxial+strain+and+near+melting+temperatures.">Mechanical response of 99.999% purity aluminum under dynamic uniaxial strain and near melting temperatures.</a> International Journal of Impact Engineering. 113, 180-190 (2018).</li><li>Duffy, T. S., Ahrens, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compressional+sound+velocity,+equation+of+state,+and+constitutive+response+of+shock-compressed+magnesium+oxide.">Compressional sound velocity, equation of state, and constitutive response of shock-compressed magnesium oxide.</a> Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 100, 529-542 (1995).</li><li>Tan, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hugoniot+and+sound+velocity+measurements+of+bismuth+in+the+range+of+11-70+GPa.">Hugoniot and sound velocity measurements of bismuth in the range of 11-70 GPa.</a> Journal of Applied Physics. 113, 093509 (2013).</li></ol>

著者が明らかに何もありません。

方法およびプロトコル上記詳細高温逆ジオメトリ通常平板衝撃実験を正しく実行するための手順。このアプローチでは、ケース ウェスタン リザーブ大学、抵抗ヒーター コイル軸と回転自由度を収容するために既存のガス銃の高圧 (逆子) 最後に砲身に独自の変更を行います。抵抗ヒーター コイル システムは、焼成前に (を超える 640 ° C)、融点近くまで加熱するヒーター耐サボのフロント エンドで開催された薄いアルミ片をできます。住宅耐熱性サボと相まって適応ヒーターを使用すると、高温プレート衝突実験など従来のアプローチを利用する場合は一般的な特別な実験的考慮事項を必要とせず行った、リモコンの必要性傾斜加熱プロセス中にターゲットとフライヤーの板の平行度を維持するためのリアルタイムのフィードバックと調整。全体的にみて、新しいアプローチは、従来のアプローチと比較した場合にプロトコル セクションの手順の数を激減させます。
実験的プロトコルのセクションで詳細に必要な手順: 1) サンプルとターゲット材料の準備、どこのチラシとターゲット板は加工慎重に、周回して、磨かれに並列性と平坦度許容範囲内に必要な前面衝撃表面に十分に平行平面波の生成2) アセンブリ カスタム耐熱木靴サボの体に、砲身に熱流を軽減しつつ加熱サンプル プレートを確保することができるのです。さらに、サボ銃で既存のキー方法にどの仲間バレル銃バレルの長さの下の旅行の間に全体のサボ アセンブリの回転を防ぐために、キーを家します。最後に、手順 3-5 詳細に説明して、実験を行う前にサンプルとターゲット プレートの配置のためのプロトコル加熱フライヤー プレート (サンプル) と、実験の実行。以降のセクションでは図 1で提供される生のデータからプロトコルの精度を検証可能性がある方法を示した。最後に、本成功した高温垂直平板からの結果衝突実験サンプル/ターゲット インターフェイスだけでなく、温度依存の縦波音響ストレス/粒子速度の状態の測定を可能にします。サンプル材料のインピー ダンス。
近い将来、サボのデザインに適切な調整は、このメソッドはさらに高い温度プレート衝突実験は、近くに高融点の材料の材料挙動を調査での使用を可能にするを有効にするのに期待します。溶ける温度。このアプローチの多様性を与え、全面的な材料挙動を検討するいくつかの異なる実験的構成が使用されます。たとえば、リバース形状平板衝突試験適当に衝撃波の測定を行うような高温速度を評価する圧力剪断プレート衝突実験を実行できますが温度の増加で金属大ひと超高剪断速度で動的非弾性。

エンジニア リング アプリケーションでは、材料は、静的または動的に変化する変形と融点の近くに部屋から気温の高いレベルで結合条件の広い範囲にさらされます。これらの熱処理の極端な下の材料挙動が大きく; 異なることがしたがって、ほぼ世紀のいくつかの実験が開発されてきました動的応答やその他体制1,2,3を読み込み制御の下の材料挙動の特性をプロービングの方向け,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14. 金属低中間のひずみ率 (10-6-100 /s) で読み込まれる、普遍的な試験機は、材料の応答を研究に使用されているサーボ油圧または精密ネジを受けるさまざまな読み込みモードと変形のレベル。適用ひずみとして料金は中間のひずみ速度を超えて増加しますが、(すなわち。、> 10 の2/s)、他の実験技術は機械の応答を調査するために必要になります。たとえば、5 × 10 まで 103/s の速度のロードで4/s はフルサイズやホプキンソン圧力バー有効にする8,15を可能にするそのような測定を小型化します。
伝統的に、軽いガス銃や爆発的ドリブン プレート衝突実験は、動的非弾性と破砕など他の現象を研究する非常に高批ずみ速度で発生する変換のフェーズに利用されている (105-107/s)16,17,18,19,20,21,22、または高圧と荷重の組み合わせ。平板衝突試験がガス銃を銃バレルの長さを旅し、で慎重に位置合わせされた静止したターゲット プレートと衝突した末尾に当初サボによって運ばれるチラシ プレートの発売を伴う習慣、商工会議所の影響。影響の結果として通常および/または結合された圧力と剪断応力が生成されますチラシ/ターゲット インターフェイス縦および/または結合された縦方向と横方向の応力波として板の空間次元を旅します。ターゲット プレートの後部の表面のこれらの波の到着干渉技術を介して通常監視ターゲット プレートの瞬時の自由表面粒子速度に影響を与えます。時刻歴対測定粒子速度の解釈が可能、影響14,23時にフロントへの影響面平行平面波を生成することが必要です。前者の影響を確保するため必要があります未満 1 ミリ ラジアン12,24, 平坦性の影響の表面との順序の影響傾斜角とカップル マイクロメータ5,25より。
平板衝突試験は、加熱、熱の極端な26,27,28,29に物質的な行動の調査を可能にする要素を含むように適応されています。これらの適応は通常誘導コイル、またはガス銃; 末ターゲット抵抗ヒーター エレメントの追加を伴うこれらの適応実験可能であることが示されている、しかしアプローチは本質的に細かい配慮を必要とする特別の実験課題に します。これらの実験的合併症ではリアルタイムでアライメント調整を必要とするターゲット (サンプル) ・ プレートを加熱しながらターゲット ・ ホルダー ・ アセンブリおよび/または位置合わせ治具の様々 な成分の差分の熱膨張に挙げ通常サンプルとターゲット プレートの間重要な並列性トレランスを維持するために継続的なフィードバックとリモートで制御される配置ツールで行われます。従来のポリマーの格子が必要ですサンプルを加熱圧力剪断平板衝撃実験方式の場合の自由表面で横方向粒子速度を監視するために高温耐熱金属グレーティングに置き換えられます、ターゲットのプレート。高批ずみ速度結合圧せん断プレート影響構成では、特別な考慮が必要など、加熱サンプルの特定の実験的スキームで用いることができる影響の速度に制限を追加できますまた、実験結果の明確な解釈を防ぐためを板の前面と背面のターゲットの音響インピー ダンスを用いた計算で温度に依存可能性があります。最後に、他の実験的方式、光学窓、サンプル、接着層、および/または高温19で維持するためにますます困難になるコーティング間の公差を持つターゲット プレートが必要な。
上記実験課題を軽減するために、既存単段ガス-銃ケース ウェスタン リザーブ大学 (CWRU)7,30,31,32 にあるカスタム適応にしました.これらの変更を有効にする許可する高温に通常および/または結合された圧せん断プレート衝突実験、焼成前に、1000 ° C を超える温度まで加熱する耐熱サボのフロント エンドで開催された薄い金属試料実施。高温プレートへの影響研究採用従来のアプローチのほとんどと対照をなしてこのメソッドは上記の実験課題のいくつかを軽減するために示されています。たとえば、このアプローチはうまくリモート チルト調整30の必要性や実験中の傾斜変化を監視するための追加の光学素子なし未満 1 ミリ ラジアンの角度を達成するために利用されています。第二に、ためターゲット プレートは周囲温度の下では、このメソッドは不要特別な高温抵抗力があるホログラフィック グレーティング反射器の必要性斜め衝突実験で横方向粒子速度の測定のためさらに、高い衝撃速度はターゲットを降伏のリスクなし利用できるプレートと実験の結果の解釈の複雑さを減らします。追加するには、このアプローチを活用して選択サンプル素材の私たちの関係を提供する高温逆ジオメトリ平板衝撃実験を行うことできます。これらは入手できますインピー ダンス整合技術を介して、またはさらに、真空ファン アンロード33,34 中サンプル衝撃速度の変化に関する情報を運ぶサンプルの表面・裏面からの解析.高温圧力-断プレート影響構成では、このアプローチにより、広い温度と塑性変形の範囲、および 107/s によって最大ひずみレートまで調査される薄膜の動的非弾性極薄板試験片16,27,29の厚さ。
上記で説明した典型的な高温平板衝撃実験を実行するために必要なプロトコルを紹介します。これは現在の技術を使用して得られた代表的な結果に専用のセクションでされます。最後に、結果の検討が結論の前に表示されます。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>99.999% commercial purity polycrystalline aluminum</td>
			<td>Goodfellow</td>
			<td>AL007970</td>
			<td>Material for flyer plate (sample)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>H13 tool steel</td>
			<td>Fabrication Center of CWRU</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Material for the sample holder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solution treat &#38; age Inconel 718 alloy</td>
			<td>High Temp Metals</td>
			<td>N/A</td>
			<td>(1.005/1.015)&#34; Dia x 24&#34;, Material for target plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoresist S1805</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Material of the photoresist for holographic grating</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Developer CD-26</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Developer to the photoresist for holographic grating</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum 6063 tube</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>4568T19</td>
			<td>Material for the ring in target assembly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Black Delrin (R) Acetal Resin Rod (4-1/2&#34; Dia.)</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8576K81</td>
			<td>Material for the Delrin holder in target assembly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>White Delrin (R) Acetal Resin Rod (1/4&#34; Dia.)</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8572K51</td>
			<td>Material for the Delrin pins in target assembly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum 6061 tube</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>9056K24</td>
			<td>Material for the body in projectile assembly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum 6061 rod</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8974K88</td>
			<td>Material for the cap in projectile assembly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon sheet</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8711K98</td>
			<td>Material for the key</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LAVA-FF - Alumina Silicate disc</td>
			<td>Technical Products</td>
			<td>CWR-033116-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LAVA-FF - Alumina Silicate tube</td>
			<td>Technical Products</td>
			<td>ALR11515</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alumina Pan Slotted Head Bolt</td>
			<td>Ceramco</td>
			<td>A83200PANSLT0.500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>409 N70 Buna-N O-ring</td>
			<td>The O-ring Store</td>
			<td>B70409</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Loctite Hysol 9412 adhesive</td>
			<td>Loctite</td>
			<td>83107</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Temperature Cements</td>
			<td>OMEGA Engineering</td>
			<td>OB-300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extra fast-set epoxy</td>
			<td>Ellsworth</td>
			<td>4001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mylar sheet</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8567K94</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

conducting elevated temperature normal and combined pressure-shear plate impact experiments via a breech-end sabot heater system

1000 ° C まで温度で通常および/または結合された圧力剪断平板衝突試験を実施するための新しいアプローチを提示します。メソッドにより、同様の実験を実行している間直面しているいくつかの特別な実験課題を軽減しつつ熱の極端を下の材料挙動をプロービングを目指して高温プレート衝突実験従来の板衝撃アプローチを使用してください。ケース ウエスタン リザーブ大学; で 1 段ガスガン末尾にカスタム適応が加えられました。これらの適応は、高い耐性を提供しながら既存の砲身をチームメイトに戦略的に設計されている SAE 4340 鋼から作られた精密加工の延長部分穴とキー溝に一致します。延長部分には、垂直円筒形ヒーター-まあ、ヒーター アセンブリの家が含まれています。抵抗コイル ヒーター-頭、1200 ° c の温度に達することができるが軸/回転自由度と垂直ステムに接続されています。これにより、目的のテスト温度に直径方向に均一に加熱する耐熱サボのフロント エンドで開催された薄い金属片。ターゲット端の代わりに銃バレルの砲尾終わり (この場合、サンプル) でチラシのプレートを加熱することによっていくつかの重要な実験課題を回避することができます。これらが含まれます: 1) ターゲット ・ ホルダ ・ アセンブリのいくつかの成分の熱膨張による加熱中にターゲット プレートのアライメントの深刻な変化2) 診断の要素が原因で起こる課題 (すなわち、ポリマーによるホログラフィック回折格子と光プローブ) されている温水ターゲット アセンブリの近くにも。3) 光学窓、どこサンプル、間重要な公差はレイヤーを結合と高温に維持するためにますます困難になるウィンドウ ターゲット プレートのために起こる課題4) の場合圧縮せん断プレート衝突実験、高温耐性の回折格子先の自由表面で横方向粒子速度の測定のための必要性を組み合わせる・ 5) 対熱軟化と多分境界のターゲット プレートの降伏により時間プロファイル測定無料表面流速の明確な解釈に必要な影響の速度に制限します。上記適応を活用することにより、サンプル温度範囲で工業用純アルミニウムで逆ジオメトリ平板衝撃実験の一連の結果を紹介します。これら実験ショー材料軟化の指標である埋伏状態における粒子速度を減少させる (後の降伏応力の低下) サンプル温度を増加。

Watch this Scientific Journal Video about Conducting Elevated Temperature Normal and Combined Pressure-Shear Plate Impact Experiments Via a Breech-end Sabot Heater System at JoVE.com

Conducting Elevated Temperature Normal and Combined Pressure-Shear Plate Impact Experiments Via a Breech-end Sabot Heater System

高温逆平板衝撃と圧力とシアー プレート接合複合影響を実施するための新しいアプローチの詳細なプロトコルを紹介します。アプローチは、望ましい温度に耐熱性のサボのフロント エンドで開催された試料を加熱する逆子最後抵抗コイル ヒーターの使用を含みます。

通常の温度の上昇を実施し、尾端サボ ヒーター システムを介して圧力剪断平板衝突試験を組み合わせる

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The ...

conducting-elevated-temperature-normal-combined-pressure-shear-plate

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

8.5K ビュー.  Case Western Reserve University. 高温逆平板衝撃と圧力とシアー プレート接合複合影響を実施するための新しいアプローチの詳細なプロトコルを紹介します。アプローチは、望ましい温度に耐熱性のサボのフロント エンドで開催された試料を加熱する逆子最後抵抗コイル ヒーターの使用を含みます。

ビデオ: Conducting Elevated Temperature Normal and Combined Pressure-Shear Plate Impact Experiments Via a Breech-end Sabot Heater System

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

Refractive index (RI) sensing is a powerful noninvasive and label-free sensing technique for the identification, detection and monitoring of microfluidic samples with a wide range of possible sensor designs such as interferometers and resonators 1,2. Most of the existing RI sensing applications focus on biological materials in aqueous solutions in visible and IR frequencies, such as DNA hybridization and genome sequencing. At terahertz frequencies, applications include quality control, monitoring of industrial processes and sensing and detection applications involving nonpolar materials.
Several potential designs for refractive index sensors in the terahertz regime exist, including photonic crystal waveguides 3, asymmetric split-ring resonators 4, and photonic band gap structures integrated into parallel-plate waveguides 5. Many of these designs are based on optical resonators such as rings or cavities. The resonant frequencies of these structures are dependent on the refractive index of the material in or around the resonator. By monitoring the shifts in resonant frequency the refractive index of a sample can be accurately measured and this in turn can be used to identify a material, monitor contamination or dilution, etc.
The sensor design we use here is based on a simple parallel-plate waveguide 6,7. A rectangular groove machined into one face acts as a resonant cavity (Figures 1 and 2). When terahertz radiation is coupled into the waveguide and propagates in the lowest-order transverse-electric (TE1) mode, the result is a single strong resonant feature with a tunable resonant frequency that is dependent on the geometry of the groove 6,8. This groove can be filled with nonpolar liquid microfluidic samples which cause a shift in the observed resonant frequency that depends on the amount of liquid in the groove and its refractive index 9.
Our technique has an advantage over other terahertz techniques in its simplicity, both in fabrication and implementation, since the procedure can be accomplished with standard laboratory equipment without the need for a clean room or any special fabrication or experimental techniques. It can also be easily expanded to multichannel operation by the incorporation of multiple grooves 10. In this video we will describe our complete experimental procedure, from the design of the sensor to the data analysis and determination of the sample refractive index.

The procedure for implementing a refractive index sensor for terahertz frequencies based on a grooved parallel-plate waveguide geometry is described here. The method yields a measurement of the refractive index of a small volume of liquid through monitoring of the shift in the resonant frequency of the waveguide structure

平行平板導波センサを用いたテラヘルツマイクロ流体センシング

Refractive index (RI) sensing is a powerful noninvasive and label-free sensing technique for the identification, detection and monitoring of microfluidic ...

工学

Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. From the measured surface, 3D topographic maps can be subsequently analyzed using a variety of software packages to extract the information that is needed.
In this article we describe how white light interferometry, and optical profilometry (OP) in general, combined with generic surface analysis software, can be used for materials science and engineering tasks. In this article, a number of applications of white light interferometry for investigation of surface modifications in mass spectrometry, and wear phenomena in tribology and lubrication are demonstrated. We characterize the products of the interaction of semiconductors and metals with energetic ions (sputtering), and laser irradiation (ablation), as well as ex situ measurements of wear of tribological test specimens.
Specifically, we will discuss:
<ol class="lroman">
	<li>Aspects of traditional ion sputtering-based mass spectrometry such as sputtering rates/yields measurements on Si and Cu and subsequent time-to-depth conversion.</li>
	<li>Results of quantitative characterization of the interaction of femtosecond laser irradiation with a semiconductor surface. These results are important for applications such as ablation mass spectrometry, where the quantities of evaporated material can be studied and controlled via pulse duration and energy per pulse. Thus, by determining the crater geometry one can define depth and lateral resolution versus experimental setup conditions.</li>
	<li>Measurements of surface roughness parameters in two dimensions, and quantitative measurements of the surface wear that occur as a result of friction and wear tests.</li>
</ol>
Some inherent drawbacks, possible artifacts, and uncertainty assessments of the white light interferometry approach will be discussed and explained.

White light microscope interferometry is an optical, noncontact and quick method for measuring the topography of surfaces. It is shown how the method can be applied toward mechanical wear analysis, where wear scars on tribological test samples are analyzed; and in materials science to determine ion beam sputtering or laser ablation volumes and depths.

白色光干渉法による表面改質のキャラクタリゼーション：イオンスパッタリング、レーザーアブレーション法、およびトライボロジー実験における応用

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. ...

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition of metal oxides with tunable morphology, structure, density and stoichiometry by a proper control of the plasma plume expansion dynamics. Such versatility can be exploited to produce nanostructured films from compact and dense to nanoporous characterized by a hierarchical assembly of nano-sized clusters. In particular we describe the detailed methodology to fabricate two types of Al-doped ZnO (AZO) films as transparent electrodes in photovoltaic devices: 1) at low O2 pressure, compact films with electrical conductivity and optical transparency close to the state of the art transparent conducting oxides (TCO) can be deposited at room temperature, to be compatible with thermally sensitive materials such as polymers used in organic photovoltaics (OPVs); 2) highly light scattering hierarchical structures resembling a forest of nano-trees are produced at higher pressures. Such structures show high Haze factor (&gt;80%) and may be exploited to enhance the light trapping capability. The method here described for AZO films can be applied to other metal oxides relevant for technological applications such as TiO2, Al2O3, WO3 and Ag4O4.

We describe the experimental method to deposit nanostructured oxide thin films by nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas. By using this method Al-doped ZnO (AZO) films, from compact to hierarchically structured as nano-tree forests, can be deposited.

パルスレーザー蒸着法によるナノエンジニアリング透明導電性酸化物の作製

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics Beamline of the Advanced Light Source (ALS) of the Lawrence Berkeley National Laboratory1-4. This video demonstrates how the complex chemical structures of laboratory-based model flames are analyzed using flame-sampling mass spectrometry with tunable synchrotron-generated vacuum-ultraviolet (VUV) radiation. This experimental approach combines isomer-resolving capabilities with high sensitivity and a large dynamic range5,6. The first part of the video describes experiments involving burner-stabilized, reduced-pressure (20-80 mbar) laminar premixed flames. A small hydrocarbon fuel was used for the selected flame to demonstrate the general experimental approach. It is shown how species&#8217; profiles are acquired as a function of distance from the burner surface and how the tunability of the VUV photon energy is used advantageously to identify many combustion intermediates based on their ionization energies. For example, this technique has been used to study gas-phase aspects of the soot-formation processes, and the video shows how the resonance-stabilized radicals, such as C3H3, C3H5, and i-C4H5, are identified as important intermediates7. The work has been focused on soot formation processes, and, from the chemical point of view, this process is very intriguing because chemical structures containing millions of carbon atoms are assembled from a fuel molecule possessing only a few carbon atoms in just milliseconds. The second part of the video highlights a new experiment, in which an opposed-flow diffusion flame and synchrotron-based aerosol mass spectrometry are used to study the chemical composition of the combustion-generated soot particles4. The experimental results indicate that the widely accepted H-abstraction-C2H2-addition (HACA) mechanism is not the sole molecular growth process responsible for the formation of the observed large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).

Gas sampling from laboratory-scale flames with online analysis of all species by mass spectrometry is a powerful method to investigate the complex mixture of chemical compounds occurring during combustion processes. Coupled with tunable soft ionization via synchrotron-generated vacuum-ultraviolet radiation, this technique provides isomer-resolved information and potentially fragment-free mass spectra.

先進ライトソースで難実験：すす生成プロセスに新たな洞察

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions. Oxide interfaces exhibit a wide range of properties that can be controlled include conduction, piezoelectric behavior, ferromagnetism, superconductivity and nonlinear optical properties. Recently, methods for controlling these properties at extreme nanoscale dimensions have been discovered and developed. Here are described explicit step-by-step procedures for creating LaAlO3/SrTiO3 nanostructures using a reversible conductive atomic force microscopy technique. The processing steps for creating electrical contacts to the LaAlO3/SrTiO3 interface are first described. Conductive nanostructures are created by applying voltages to a conductive atomic force microscope tip and locally switching the LaAlO3/SrTiO3 interface to a conductive state. A versatile nanolithography toolkit has been developed expressly for the purpose of controlling the atomic force microscope (AFM) tip path and voltage. Then, these nanostructures are placed in a cryostat and transport measurements are performed. The procedures described here should be useful to others wishing to conduct research in oxide nanoelectronics.

Oxide nanostructures provide new opportunities for science and technology. The interfacial conductivity between LaAlO3 and SrTiO3 can be controlled with near-atomic precision using a conductive atomic force microscopy technique. The protocol for creating and measuring conductive nanostructures at LaAlO3/SrTiO3 interfaces is demonstrated.

書き込みおよび酸化物ナノ構造の低温特性評価

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform stress and strain rate. This can be produced by evenly loading the inner surface of a cylinder. Due to the axial symmetry, as the cylinder expands the wall is placed into a tensile hoop stress that is uniform around the circumference. While there are various techniques to generate this expansion such as explosives, electromagnetic drive, and existing gas gun techniques they are all limited in the fact that the sample cylinder must be at room temperature. We present a new method using a gas gun that facilitates experiments on cylinders from 150 K to 800 K with a consistent, repeatable loading. These highly diagnosed experiments are used to examine the effect of temperature on the fracture mechanisms responsible for failure, and their resulting influence on fragmentation statistics. The experimental geometry employs a steel ogive located inside the target cylinder, with the tip located about halfway in. A single stage light gas gun is then used to launch a polycarbonate projectile into the cylinder at 1,000 m/sec-1. The projectile impacts and flows around the rigid ogive, driving the sample cylinder from the inside. The use of a non-deforming ogive insert allows us to install temperature control hardware inside the rear of the cylinder. Liquid nitrogen (LN2) is used for cooling and a resistive high current load for heating. Multiple channels of upshifted photon Doppler velocimetry (PDV) track the expansion velocity along the cylinder enabling direct comparison to computer simulations, while High speed imaging is used to measure the strain to failure. The recovered cylinder fragments are also subject to optical and electron microscopy to ascertain the failure mechanism.

Fracture and fragmentation are late stage phenomena in dynamic loading scenarios and are typically studied using explosives. We present a technique for driving expansion using a gas gun which uniquely enables control of both loading rate and sample temperature.

動的破壊と断片化の温度依存性を研究するための方法

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform ...

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at a frequency above the acoustic range (20 kHz). As a solid-state technology, ultrasonic lubrication can be used where conventional lubricants are unfeasible or undesirable. Further, ultrasonic lubrication allows for electrical modulation of the effective friction coefficient between two sliding surfaces. This property enables adaptive systems that modify their frictional state and associated dynamic response as the operating conditions change. Surface wear can also be reduced through ultrasonic lubrication. We developed a protocol to investigate the dependence of friction force reduction and wear reduction on the linear sliding velocity between ultrasonically lubricated surfaces. A pin-on-disc tribometer was built which differs from commercial units in that a piezoelectric stack is used to vibrate the pin at 22 kHz normal to the rotating disc surface. Friction and wear metrics including effective friction force, volume loss, and surface roughness are measured without and with ultrasonic vibrations at a constant pressure of 1 to 4 MPa and three different sliding velocities: 20.3, 40.6, and 87 mm/sec. An optical profilometer is utilized to characterize the wear surfaces. The effective friction force is reduced by 62% at 20.3 mm/sec. Consistently with existing theories for ultrasonic lubrication, the percent reduction in friction force diminishes with increasing speed, down to 29% friction force reduction at 87 mm/sec. Wear reduction remains essentially constant (49%) at the three speeds considered.

We present a protocol for using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer to investigate the dependence of ultrasonic wear and friction reduction on linear velocity, contact pressure, and surface properties.

圧電支援摩擦計と光プロフィルを用いた超音波潤滑の実験

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film synthesis) for the purpose of exploratory materials research. Certain materials pose a challenge wherein the traditional bulk Hall bar device fabrication method is insufficient to produce a measureable device for sample transport measurement, principally because the single crystal size is too small to attach wire leads to the sample in a Hall bar configuration. This can be, for example, because the first batch of a new material synthesized yields very small single crystals or because flakes of samples of one to very few monolayers are desired. In order to enable rapid characterization of materials that may be carried out in parallel with improvements to their growth methodology, a method of device fabrication for very small samples has been devised to permit the characterization of novel materials as soon as a preliminary batch has been produced. A slight variation of this methodology is applicable to producing devices using exfoliated samples of two-dimensional materials such as graphene, hexagonal boron nitride (hBN), and transition metal dichalcogenides (TMDs), as well as multilayer heterostructures of such materials. Here we present detailed protocols for the experimental device fabrication of fragments and flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate and subsequent measurement in a commercial superconducting magnet, dry helium close-cycle cryostat magnetotransport system at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

We describe the methodology of mechanical exfoliation and deposition of flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate, fabrication of experimental device structures for transport experimentation, and the magnetotransport measurement in a dry helium close-cycle cryostat at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

新規材料の低温磁気伝導測定のための高度な実験方法

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

The Modular Design and Production of an Intelligent Robot Based on a Closed-Loop Control Strategy

Intelligent robots are part of a new generation of robots that are able to sense the surrounding environment, plan their own actions and eventually reach their targets. In recent years, reliance upon robots in both daily life and industry has increased. The protocol proposed in this paper describes the design and production of a handling robot with an intelligent search algorithm and an autonomous identification function.
First, the various working modules are mechanically assembled to complete the construction of the work platform and the installation of the robotic manipulator. Then, we design a closed-loop control system and a four-quadrant motor control strategy, with the aid of debugging software, as well as set steering gear identity (ID), baud rate and other working parameters to ensure that the robot achieves the desired dynamic performance and low energy consumption. Next, we debug the sensor to achieve multi-sensor fusion to accurately acquire environmental information. Finally, we implement the relevant algorithm, which can recognize the success of the robot&#39;s function for a given application.
The advantage of this approach is its reliability and flexibility, as the users can develop a variety of hardware construction programs and utilize the comprehensive debugger to implement an intelligent control strategy. This allows users to set personalized requirements based on their needs with high efficiency and robustness.

We present a protocol on modular design and production of intelligent robots to help scientific and technical workers design intelligent robots with special production tasks based on personal needs and individualized design.

モジュラー設計と閉ループ制御戦略に基づく知能ロボットの生産

Intelligent robots are part of a new generation of robots that are able to sense the surrounding environment, plan their own actions and eventually reach ...

Atomic Layer Deposition of Vanadium Dioxide and a Temperature-dependent Optical Model

Vanadium dioxide is a material that has a reversible metal-insulator phase change near 68 &#176;C. To grow VO2 on a wide variety of substrates, with wafer-scale uniformity and angstrom level control of thickness, the method of atomic-layer deposition was chosen. This ALD process enables high-quality, low-temperature (&#8804;150 &#176;C) growth of ultrathin films (100-1000 &#197;) of VO2. For this demonstration, the VO2 films were grown on sapphire substrates. This low temperature growth technique produces mostly amorphous VO2 films. A subsequent anneal in an ultra-high vacuum chamber with a pressure of 7x10-4 Pa of ultra-high purity (99.999%) oxygen produced oriented, polycrystalline VO2 films. The crystallinity, phase, and strain of the VO2 were determined by Raman spectroscopy and X-ray diffraction, while the stoichiometry and impurity levels were determined by X-ray photoelectron spectroscopy, and finally the morphology was determined by atomic force microscopy. These data demonstrate the high-quality of the films grown by this technique. A model was created to fit to the data for VO2 in its metallic and insulating phases in the near infrared spectral region. The permittivity and refractive index of the ALD VO2 agreed well with the other fabrication methods in its insulating phase, but showed a difference in its metallic state. Finally, the analysis of the films&#39; optical properties enabled the creation of a wavelength- and temperature-dependent model of the complex optical refractive index for developing VO2 as a tunable refractive index material.

Thin films (100-1000 &#197;) of vanadium dioxide (VO2) were created by atomic-layer deposition (ALD) on sapphire substrates. Following this, the optical properties were characterized through the metal-insulator transition of VO2. From the measured optical properties, a model was created to describe the tunable refractive index of VO2.

二酸化バナジウムと温度依存性の光学モデルの原子層堆積法

Vanadium dioxide is a material that has a reversible metal-insulator phase change near 68 &#176;C. To grow VO2 on a wide variety of substrates, with ...

通常の温度の上昇を実施し、尾端サボ ヒーター システムを介して圧力剪断平板衝突試験を組み合わせる

通常の温度の上昇を実施し、尾端サボヒーターシステムを介して圧力剪断平板衝突試験を組み合わせる