ब्रॉडबैंड विस्कोलेस्टिक स्पेक्ट्रोमिकी: Difference between revisions
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ब्रॉडबैंड [[viscoelasticity|विस्कोलेस्टिक]] स्पेक्ट्रोमिकी (बीवीएस) झुकने और मरोड़ दोनों में विस्कोलेस्टिक ठोस का अध्ययन करने की एक तकनीक है। यह [[समय]] और [[आवृत्ति]] के ग्यारह [[दशक (लॉग स्केल)|दशक]] (परिमाण का क्रम) पर विस्कोलेस्टिक व्यवहार को मापने की क्षमता प्रदान करता है: यह 10<sup>−6</sup> से 10<sup>5 हर्ट्ज प्रदान करता है। | |||
बीवीएस मुख्य रूप से अन्य | बीवीएस सामान्यतः या तो विस्कोलेस्टिक गुणों की जांच के लिए उपयोग किया जाता है, एक बड़ी आवृत्ति क्षेत्र पर समतापी प्रक्रिया या एक ही आवृत्ति पर तापमान के एक फलन के रूप में उपयोग किया जाता है। यह इन आवृत्ति और तापमान सीमाओं पर सीधे यांत्रिक गुणों को मापने में सक्षम है; जैसे, इसके लिए समय-तापमान अधिस्थापन की आवश्यकता नहीं है। यह धारणा है कि भौतिक गुण अरहेनियस समीकरण-प्रकार तापमान निर्भरता का पालन करते हैं। नतीजतन, इसका उपयोग एकरूपता और विषमता और विषमदैशिक प्रतिरूप के लिए किया जा सकता है, जिसके लिए ये धारणाएं लागू नहीं होती हैं। बीवीएस का उपयोग प्रायः क्षीणन गुणांक, [2] [6] गतिशील मापांक और विशेष रूप से अवमंदन अनुपात के निर्धारण के लिए किया जाता है।<ref name="Chen 1989">{{Cite journal|last1=Chen|first1=C. P.|last2=Lakes|first2=R. S.|date=1989|title=आवृत्ति और समय के दस दशकों में सामग्री के विस्कोलेस्टिक गुण निर्धारित करने के लिए उपकरण|journal=Journal of Rheology|volume=33|issue=8|pages=1231–1249|bibcode=1989JRheo..33.1231C|doi=10.1122/1.550071}}</ref><ref name="Buechner 2001">{{cite journal | last1=Buechner | first1=P. M. | last2=Lakes | first2=R. S. | last3=Swan | first3=C. | last4=Brand | first4=R. A. | title=A Broadband Viscoelastic Spectroscopic Study of Bovine Bone: Implications for Fluid Flow | journal=Annals of Biomedical Engineering | publisher=Springer Nature | volume=29 | issue=8 | year=2001 | issn=0090-6964 | doi=10.1114/1.1385813 | pages=719–728| pmid=11556728 | s2cid=1075003 }}</ref><ref name=":2">{{cite journal | last1=Dong | first1=Liang | last2=Stone | first2=Donald S. | last3=Lakes | first3=Roderic S. | title=Broadband viscoelastic spectroscopy measurement of mechanical loss and modulus of polycrystalline BaTiO<sub>3</sub> vs. temperature and frequency | journal=Physica Status Solidi B | publisher=Wiley | volume=245 | issue=11 | year=2008 | issn=0370-1972 | doi=10.1002/pssb.200880270 | pages=2422–2432| bibcode=2008PSSBR.245.2422D | s2cid=14719668 }}</ref><ref name="Wang 2004">{{cite journal | last1=Wang | first1=Y.C. | last2=Ludwigson | first2=M. | last3=Lakes | first3=R.S. | title=अत्यधिक विस्कोलेस्टिक धातुओं और कंपोजिट का विरूपण| journal=Materials Science and Engineering: A | publisher=Elsevier BV | volume=370 | issue=1–2 | year=2004 | issn=0921-5093 | doi=10.1016/j.msea.2003.08.071 | pages=41–49}}</ref><ref name="Lee 2000">{{Cite journal|last1=Lee|first1=T.|last2=Lakes|first2=R. S.|last3=Lal|first3=A.|date=July 2000|title=Resonant ultrasound spectroscopy for measurement of mechanical damping: Comparison with broadband viscoelastic spectroscopy|url=http://digital.library.wisc.edu/1793/9850|journal=Review of Scientific Instruments|volume=71|issue=7|pages=2855–2861|bibcode=2000RScI...71.2855L|doi=10.1063/1.1150703}}</ref> ।<ref name="Chen 1989" /><ref name="Buechner 2001" /><ref name=":2" /><ref name="Wang 2004" /><ref name="Lee 2000" /> | ||
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== इतिहास == | == इतिहास == | ||
विस्कोलेस्टिक सामग्री का अध्ययन करने के लिए वर्तमानकालिक प्रयोगशाला तकनीकों की कमियों को दूर करने के लिए बीवीएस को पहली बार 1989 में सी.पी. चेन और आर.एस. लेक द्वारा विकसित किया गया था।<ref name="Chen 1989" /> इसे बाद में एम. ब्रोड्ट एट अल द्वारा परिष्कृत किया गया। जो मूल अभिकल्पना में त्रुटि उपकरण की कठोरता और संकल्प में सुधार करने के स्रोत थे।<ref name="Chen 1989" /><ref>{{Cite journal|last1=Brodt|first1=M.|last2=Cook|first2=L. S.|last3=Lakes|first3=R. S.|date=1995|title=Apparatus for measuring viscoleastic properties over ten decades: Refinements|journal=Review of Scientific Instruments|volume=66|issue=11|pages=5292|bibcode=1995RScI...66.5292B|doi=10.1063/1.1146101}}</ref> पहले पॉली ([[पॉलिमिथाइल मेथाक्रायलेट)|मिथाइल मेथाक्रायलेट)]] (पीएमएमए) का अध्ययन करते थे, <ref name="Chen 1989" /><ref name="Aksoy 2016" /> तब से इसने हड्डी, [2] संधारित्र परावैघ्दुतिकी, [3] उच्च अवमंदन धातुओं, [4] और अन्य ऐसी विस्कोलेस्टिक सामग्री के गुणों को निर्धारित करने में अनुप्रयोगों को देखा है। | |||
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बीवीएस उपकरण में [[हेल्महोल्ट्ज़ कॉइल|हेल्महोल्टस कुंडली]] से घिरा एक प्रतिरूप होता है और रोधक फोम और या तो सीसा या पीतल से बने ढांचे द्वारा बाहरी कंपन से अलग होता है।<ref name="Chen 1989" /><ref name="Buechner 2001" /><ref name="Wang 2004" /> प्रतिरूप स्थायी चुंबक और दर्पण दोनों के साथ चिपका हुआ है। चुंबक के संबंध में कुंडली का अभिविन्यास जब उनके माध्यम से संचालित होता है तो यह निर्धारित करता है कि प्रतिरूप झुकने या मरोड़ से | बीवीएस उपकरण में [[हेल्महोल्ट्ज़ कॉइल|हेल्महोल्टस कुंडली]] से घिरा एक प्रतिरूप होता है और रोधक फोम और या तो सीसा या पीतल से बने ढांचे द्वारा बाहरी कंपन से अलग होता है।<ref name="Chen 1989" /><ref name="Buechner 2001" /><ref name="Wang 2004" /> प्रतिरूप स्थायी चुंबक और दर्पण दोनों के साथ चिपका हुआ है। चुंबक के संबंध में कुंडली का अभिविन्यास जब उनके माध्यम से संचालित होता है तो यह निर्धारित करता है कि प्रतिरूप झुकने या मरोड़ से पारित होता है या नहीं। नमूने के कोणीय विस्थापन को एक [[इंटरफेरोमेट्री|व्यतिकरणमापी]] द्वारा मापा जाता है जो प्रतिबिंबित लेजर के स्थानिक संचलन का पता लगाता है। यह स्थानिक तरंग एक प्रकाश संसूचक द्वारा एक विद्युत में परिवर्तित हो जाती है और एक [[आस्टसीलस्कप|दोलन दर्शी]] पर पढ़ी जाती है। यह दोलन दर्शी हेल्महोल्टस कुंडली में करंट को चलाने वाले संधारित्र से [[ टॉर्कः |आघूर्ण बल]] या [[ ताकत |प्रचण्डता]] तरंगरूप को भी प्रदर्शित करता है। [[समूह विलंब और चरण विलंब]] इन तरंगों की तुलना करके निर्धारित किया जाता है। | ||
अनुनाद को छोटे प्रतिरूप के उपयोग के माध्यम से कम किया जाता है - जिनमें उच्च गुंजयमान आवृत्तियाँ होती हैं - और चुंबक की जड़ता (चुंबकीय क्षण और जड़ता का क्षण) को कम करके। समैरियम-कोबाल्ट मैग्नेट उच्च आवृत्ति अध्ययन के लिए आदर्श हैं।<ref name="Chen 1989" /><ref name="Wang 2004" /> प्रतिरूप ज्यामिति एक छोटा आयताकार बार या सिलेंडर होने के कारण, BVS प्रतिरूप ज्यामिति के अनुनाद को नियंत्रित करने वाले समीकरण में सटीक विश्लेषणात्मक समाधान होता है, जो तकनीक को उच्च हानि सामग्री के लिए भी परिणाम प्राप्त करने की अनुमति देता है।<ref name="Chen 1989" /><ref name="Wang 2004" /> यह सटीक समाधान गतिशील मापांक, कोणीय विस्थापन और ज्यामितीय मापदंडों के बीच संबंध प्रदान करता है।<ref name="Wang 2004" /> तंत्र में बहाव और घर्षण की अंतर्निहित कमी इसकी प्रचालन आवृत्तियों की बड़ी श्रेणी के लिए उत्तर्दायी है। | अनुनाद को छोटे प्रतिरूप के उपयोग के माध्यम से कम किया जाता है - जिनमें उच्च गुंजयमान आवृत्तियाँ होती हैं - और चुंबक की जड़ता (चुंबकीय क्षण और जड़ता का क्षण) को कम करके। समैरियम-कोबाल्ट मैग्नेट उच्च आवृत्ति अध्ययन के लिए आदर्श हैं।<ref name="Chen 1989" /><ref name="Wang 2004" /> प्रतिरूप ज्यामिति एक छोटा आयताकार बार या सिलेंडर होने के कारण, BVS प्रतिरूप ज्यामिति के अनुनाद को नियंत्रित करने वाले समीकरण में सटीक विश्लेषणात्मक समाधान होता है, जो तकनीक को उच्च हानि सामग्री के लिए भी परिणाम प्राप्त करने की अनुमति देता है।<ref name="Chen 1989" /><ref name="Wang 2004" /> यह सटीक समाधान गतिशील मापांक, कोणीय विस्थापन और ज्यामितीय मापदंडों के बीच संबंध प्रदान करता है।<ref name="Wang 2004" /> तंत्र में बहाव और घर्षण की अंतर्निहित कमी इसकी प्रचालन आवृत्तियों की बड़ी श्रेणी के लिए उत्तर्दायी है। | ||
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ब्रॉडबैंड विस्कोलेस्टिक स्पेक्ट्रोमिकी (बीवीएस) झुकने और मरोड़ दोनों में विस्कोलेस्टिक ठोस का अध्ययन करने की एक तकनीक है। यह समय और आवृत्ति के ग्यारह दशक (परिमाण का क्रम) पर विस्कोलेस्टिक व्यवहार को मापने की क्षमता प्रदान करता है: यह 10−6 से 105 हर्ट्ज प्रदान करता है।
बीवीएस सामान्यतः या तो विस्कोलेस्टिक गुणों की जांच के लिए उपयोग किया जाता है, एक बड़ी आवृत्ति क्षेत्र पर समतापी प्रक्रिया या एक ही आवृत्ति पर तापमान के एक फलन के रूप में उपयोग किया जाता है। यह इन आवृत्ति और तापमान सीमाओं पर सीधे यांत्रिक गुणों को मापने में सक्षम है; जैसे, इसके लिए समय-तापमान अधिस्थापन की आवश्यकता नहीं है। यह धारणा है कि भौतिक गुण अरहेनियस समीकरण-प्रकार तापमान निर्भरता का पालन करते हैं। नतीजतन, इसका उपयोग एकरूपता और विषमता और विषमदैशिक प्रतिरूप के लिए किया जा सकता है, जिसके लिए ये धारणाएं लागू नहीं होती हैं। बीवीएस का उपयोग प्रायः क्षीणन गुणांक, [2] [6] गतिशील मापांक और विशेष रूप से अवमंदन अनुपात के निर्धारण के लिए किया जाता है।[1][2][3][4][5] ।[1][2][3][4][5]
बीवीएस मुख्य रूप से अन्य विस्कोलेस्टिक लक्षण वर्णन तकनीकों की कार्यात्मक श्रेणियों में कमियों को दूर करने के लिए विकसित किया गया था। उदाहरण के लिए, गुंजयमान पराध्वनिक स्पेक्ट्रोमिकी (आरयूएस), विस्कोलेस्टिक ठोस का अध्ययन करने के लिए एक अन्य लोकप्रिय तकनीक, अनुनाद के नीचे एक सामग्री के मापदंडों को निर्धारित करने में कठिनाई का अनुभव करती है। [6] इसके अतिरिक्त, BVS RUS की तुलना में प्रतिरूप तैयार करने के प्रति कम संवेदनशील है।
इतिहास
विस्कोलेस्टिक सामग्री का अध्ययन करने के लिए वर्तमानकालिक प्रयोगशाला तकनीकों की कमियों को दूर करने के लिए बीवीएस को पहली बार 1989 में सी.पी. चेन और आर.एस. लेक द्वारा विकसित किया गया था।[1] इसे बाद में एम. ब्रोड्ट एट अल द्वारा परिष्कृत किया गया। जो मूल अभिकल्पना में त्रुटि उपकरण की कठोरता और संकल्प में सुधार करने के स्रोत थे।[1][7] पहले पॉली (मिथाइल मेथाक्रायलेट) (पीएमएमए) का अध्ययन करते थे, [1][6] तब से इसने हड्डी, [2] संधारित्र परावैघ्दुतिकी, [3] उच्च अवमंदन धातुओं, [4] और अन्य ऐसी विस्कोलेस्टिक सामग्री के गुणों को निर्धारित करने में अनुप्रयोगों को देखा है।
अभिकल्पना
बीवीएस उपकरण में हेल्महोल्टस कुंडली से घिरा एक प्रतिरूप होता है और रोधक फोम और या तो सीसा या पीतल से बने ढांचे द्वारा बाहरी कंपन से अलग होता है।[1][2][4] प्रतिरूप स्थायी चुंबक और दर्पण दोनों के साथ चिपका हुआ है। चुंबक के संबंध में कुंडली का अभिविन्यास जब उनके माध्यम से संचालित होता है तो यह निर्धारित करता है कि प्रतिरूप झुकने या मरोड़ से पारित होता है या नहीं। नमूने के कोणीय विस्थापन को एक व्यतिकरणमापी द्वारा मापा जाता है जो प्रतिबिंबित लेजर के स्थानिक संचलन का पता लगाता है। यह स्थानिक तरंग एक प्रकाश संसूचक द्वारा एक विद्युत में परिवर्तित हो जाती है और एक दोलन दर्शी पर पढ़ी जाती है। यह दोलन दर्शी हेल्महोल्टस कुंडली में करंट को चलाने वाले संधारित्र से आघूर्ण बल या प्रचण्डता तरंगरूप को भी प्रदर्शित करता है। समूह विलंब और चरण विलंब इन तरंगों की तुलना करके निर्धारित किया जाता है।
अनुनाद को छोटे प्रतिरूप के उपयोग के माध्यम से कम किया जाता है - जिनमें उच्च गुंजयमान आवृत्तियाँ होती हैं - और चुंबक की जड़ता (चुंबकीय क्षण और जड़ता का क्षण) को कम करके। समैरियम-कोबाल्ट मैग्नेट उच्च आवृत्ति अध्ययन के लिए आदर्श हैं।[1][4] प्रतिरूप ज्यामिति एक छोटा आयताकार बार या सिलेंडर होने के कारण, BVS प्रतिरूप ज्यामिति के अनुनाद को नियंत्रित करने वाले समीकरण में सटीक विश्लेषणात्मक समाधान होता है, जो तकनीक को उच्च हानि सामग्री के लिए भी परिणाम प्राप्त करने की अनुमति देता है।[1][4] यह सटीक समाधान गतिशील मापांक, कोणीय विस्थापन और ज्यामितीय मापदंडों के बीच संबंध प्रदान करता है।[4] तंत्र में बहाव और घर्षण की अंतर्निहित कमी इसकी प्रचालन आवृत्तियों की बड़ी श्रेणी के लिए उत्तर्दायी है।
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Chen, C. P.; Lakes, R. S. (1989). "आवृत्ति और समय के दस दशकों में सामग्री के विस्कोलेस्टिक गुण निर्धारित करने के लिए उपकरण". Journal of Rheology. 33 (8): 1231–1249. Bibcode:1989JRheo..33.1231C. doi:10.1122/1.550071.
- ↑ 2.0 2.1 2.2 Buechner, P. M.; Lakes, R. S.; Swan, C.; Brand, R. A. (2001). "A Broadband Viscoelastic Spectroscopic Study of Bovine Bone: Implications for Fluid Flow". Annals of Biomedical Engineering. Springer Nature. 29 (8): 719–728. doi:10.1114/1.1385813. ISSN 0090-6964. PMID 11556728. S2CID 1075003.
- ↑ 3.0 3.1 Dong, Liang; Stone, Donald S.; Lakes, Roderic S. (2008). "Broadband viscoelastic spectroscopy measurement of mechanical loss and modulus of polycrystalline BaTiO3 vs. temperature and frequency". Physica Status Solidi B. Wiley. 245 (11): 2422–2432. Bibcode:2008PSSBR.245.2422D. doi:10.1002/pssb.200880270. ISSN 0370-1972. S2CID 14719668.
- ↑ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 Wang, Y.C.; Ludwigson, M.; Lakes, R.S. (2004). "अत्यधिक विस्कोलेस्टिक धातुओं और कंपोजिट का विरूपण". Materials Science and Engineering: A. Elsevier BV. 370 (1–2): 41–49. doi:10.1016/j.msea.2003.08.071. ISSN 0921-5093.
- ↑ 5.0 5.1 Lee, T.; Lakes, R. S.; Lal, A. (July 2000). "Resonant ultrasound spectroscopy for measurement of mechanical damping: Comparison with broadband viscoelastic spectroscopy". Review of Scientific Instruments. 71 (7): 2855–2861. Bibcode:2000RScI...71.2855L. doi:10.1063/1.1150703.
- ↑ 6.0 6.1 Aksoy, Hüseyin Gökmen (April 2016). "viscoelastic सामग्री के लक्षण वर्णन के लिए ब्रॉडबैंड अल्ट्रासोनिक स्पेक्ट्रोस्कोपी". Ultrasonics. 67: 168–177. doi:10.1016/j.ultras.2016.01.012. PMID 26859428.
- ↑ Brodt, M.; Cook, L. S.; Lakes, R. S. (1995). "Apparatus for measuring viscoleastic properties over ten decades: Refinements". Review of Scientific Instruments. 66 (11): 5292. Bibcode:1995RScI...66.5292B. doi:10.1063/1.1146101.
