TY - JOUR A1 - Hartnig, C. A1 - Kuhn, R. A1 - Krüger, P. A1 - Manke, I. A1 - Kardjilov, N. A1 - Goebbels, Jürgen A1 - Müller, Bernd R. A1 - Riesemeier, Heinrich T1 - Wassermanagement in Brennstoffzellen - die Bedeutung von hochauflösenden zerstörungsfreien Untersuchungsmethoden N2 - Ein effektives Wassermanagement ist ein wichtiger Aspekt in der Entwicklung von Brennstoffzellen hinsichtlich Langzeitstabilität und Optimierung der Leistungsfähigkeit. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Gasdiffusionslage, die für die gleichmäßige Verteilung der Reaktionsgase auf die elektrochemisch aktive Schicht (Katalysator) sorgen soll. In diesem Beitrag werden gemeinsame Forschungsaktivitäten des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie (Entwicklung bildgebender Verfahren) sowie des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW, Entwicklung von Brennstoffzellen) vorgestellt. Im Rahmen dieser Kooperation werden die Entstehung, die Verteilung und der Transport von flüssigem Wasser, kurz das Wassermanagement, unter Betriebsbedingungen untersucht. Mittels Synchrotronradiografie und -tomografie werden kleinste Wassercluster in der Gasdiffusionslage detektiert. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen der Modifikation und einer gezielten Auswahl der eingesetzten Materialien. KW - Synchrotronstrahlung KW - Brennstoffzellen KW - Materialcharakterisierung KW - Zerstörungsfrei PY - 2008 SN - 0025-5300 VL - 50 IS - 10 SP - 609 EP - 614 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-18656 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Manke, I. A1 - Kardjilov, N. A1 - Arlt, Tobias A1 - Grothausmann, R. T1 - Rekonstruktion limitierter CT-Messdatensätze von Brennstoffzellen mit Directt N2 - Die Aufklärung spezifischer Fragestellungen zur Funktionalität von PEM(polymer electrolyte membrane)- und DMFC(Direct Methanol)-Brennstoffzellen bedarf der 3D-Abbildung der spezifischen Komponenten mit unterschiedlichen Strahlungsarten: des Wassergehalts in den Flow Fields mit Neutronen, der Katalysator-Alterung in der MEA (membrane electrode assembly) mit Synchrotronstrahlung und der freien (reaktiven) Katalysator-Oberfläche von Nano-Partikeln mit TEM-Elektronen-Tomografie. Diese Messungen im Bereich der mm- bis nm-Skala unterliegen dabei erheblichen Restriktionen: einer ortsabhängigen Verschmierung der Neutronenradiogramme, Manipulatorinstabilitäten der Synchrotronmessungen sowie einer Kombination von Limited-View-Datensätzen, wenigen Projektionswinkeln und teilweiser Nichtdurchstrahlbarkeit in der Elektronen-CT. Die Vorteile eines fortentwickelten Directt-Algorithmus für die Bewältigung dieser Randbedingungen gegenüber gefilterten Rückprojektionen werden aufgezeigt. KW - Computed tomography KW - Reconstruction algorithm KW - Electron tomography KW - Neutron tomography KW - Catalyst KW - Fuel cell PY - 2010 SN - 0025-5300 VL - 52 IS - 10 SP - 676 EP - 683 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-22070 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Manke, I. A1 - Hartnig, C. A1 - Kardjilov, N. A1 - Hilger, A. A1 - Lange, Axel A1 - Kupsch, Andreas A1 - Banhart, J. T1 - Wasserverteilung in PEM-Brennstoffzellen - In-situ-Untersuchung mit Neutronenradiografie und -tomografie N2 - In-situ-Neutronenradiografie wird erfolgreich eingesetzt, um flüssiges Wasser in Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellen während des Betriebs zerstörungsfrei abzubilden und das sogenannte Wassermanagement – eine der größten Herausforderungen der Entwicklung – durch Anpassung der Materialeigenschaften zu optimieren. Dabei werden die besonderen Eigenschaften der Neutronen genutzt, die metallische Bauteile relativ leicht durchdringen, während selbst kleine Wassermengen durch ihre starke Streuung leicht nachweisbar sind. Die relativ langen Messzeiten für die Neutronentomografie werden durch den Betrieb der Zelle im “angehaltenen” Zustand realisierbar, sodass die dreidimensionale Wasserverteilung darstellbar wird. KW - Neutronen-Radiographie KW - Neutronen-Tomographie KW - Tomographische Rekonstruktionsalgorithmen KW - Brennstoffzellen KW - In-Situ-Radiologie PY - 2009 SN - 0025-5300 VL - 51 IS - 4 SP - 219 EP - 226 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-19221 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Manke, I. A1 - Kardjilov, N. A1 - Schäfer, R. A1 - Hilger, A. A1 - Strobl, M. A1 - Dawson, M. A1 - Grünzweig, C. A1 - Behr, G. A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - David, C. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Banhart, J. T1 - Three-dimensional imaging of magnetic domains N2 - Magnetic domains have been the subject of much scientific investigation since their theoretical existence was first postulated by P.-E. Weiss over a century ago. Up to now, the three-dimensional (3D) domain structure of bulk magnets has never been observed owing to the lack of appropriate experimental methods. Domain analysis in bulk matter thus remains one of the most challenging tasks in research on magnetic materials. All current domain observation methods are limited to studying surface domains or thin magnetic films. As the properties of magnetic materials are strongly affected by their domain structure, the development of a technique capable of investigating the shape, size and distribution of individual domains in three dimensions is of great importance. Here, we show that the novel technique of Talbot-Lau neutron tomography with inverted geometry enables direct imaging of the 3D network of magnetic domains within the bulk of FeSi crystals. KW - Computed tomography KW - Reconstruction algorithm KW - Talbot-Lau neutron tomography KW - Magnetic domains PY - 2010 DO - https://doi.org/10.1038/ncomms1125 SN - 2041-1723 SP - 1 EP - 6 PB - Nature Publishing Group CY - London, UK AN - OPUS4-22609 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Manke, I. A1 - Hartnig, C. A1 - Kardjilov, N. A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Goebbels, Jürgen A1 - Kuhn, R. A1 - Krüger, P. A1 - Banhart, J. T1 - In situ synchrotron X-ray radiography investigations of water transport in PEM fuel cells N2 - Water transport in an operating PEM fuel cell was investigated with synchrotron X-ray radiography with a spatial resolution of 3 µm and a temporal resolution of 5 s. This method allows for the detection of water accumulations with less than 10 µm diameter. We demonstrate that synchrotron X-ray imaging can dramatically expand the possibilities of imaging with high spatial and time resolution, especially as a complement to neutron radiography. Water transport processes from the first appearance of small water accumulations in the gas diffusion layer to their transport into the channel system were analysed in situ. Correlations between local effects such as water formation and operating conditions of the whole system, e.g. power variations, were found. A recently described eruptive water transport mechanism is analysed in detail. KW - Fuel cell KW - Gas diffusion layer KW - Imaging KW - Synchrotron KW - X-ray radiography KW - Two-phase flow KW - Water transport PY - 2010 DO - https://doi.org/10.1002/fuce.200800123 SN - 1615-6846 SN - 1615-6854 VL - 10 IS - 1 SP - 26 EP - 34 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim AN - OPUS4-22730 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Manke, I. A1 - Kardjilov, N. A1 - Schäfer, R. A1 - Hilger, A. A1 - Grothausmann, R. A1 - Strobl, M. A1 - Dawson, M. A1 - Grünzweig, C. A1 - Tötzke, C. A1 - David, C. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Banhart, J. T1 - Three-dimensional imaging of magnetic domains with neutron grating interferometry N2 - This paper gives a brief overview on3D imaging of magnetic domains with shearing grating neutron tomography. We investigated the three-dimensional distribution of magnetic domain walls in the bulk of a wedge-shaped FeSi single crystal. The width of the magnetic domains wasanalyzed at different locations within the crystal. Magnetic domains close to the tip of the wedge are much smaller than in the bulk. Furthermore, the three-dimensional shape of individual domains wasinvestigated. We discuss prospects and limitations of the applied measurement technique. KW - Neutron imaging KW - Tomography KW - Magnetic domains KW - Grating interferometry KW - Darkfield imaging KW - Shearing gratings KW - Talbot-Lau KW - Three-dimensional data quantification KW - Tomographic reconstruction PY - 2015 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-341919 DO - https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.07.057 SN - 1875-3892 VL - 69 SP - 404 EP - 412 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam AN - OPUS4-34191 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Dabah, Eitan A1 - Pfretzschner, Beate A1 - Schaupp, Thomas A1 - Kardjilov, N. A1 - Manke, I. A1 - Boin, M. A1 - Woracek, R. A1 - Griesche, Axel T1 - Time-resolved Bragg-edge neutron radiography for observing martensitic phase transformation from austenitized super martensitic steel N2 - Neutron Bragg-edge imaging was applied for the visualization of a γ-Austenite to α'-martensite phase transformation. In the present study, a super martensitic stainless steel sample was heated until complete austenitization and was subsequently cooled down to room temperature. The martensitic phase Transformation started at Ms = 190 °C. Using a monochromatic neutron beam with λ = 0.390 nm, the transmitted intensity was significantly reduced during cooling below Ms, since the emerging martensitic phase has a higher attenuation coefficient than the austenitic phase at this wavelength. The phase Transformation process was visualized by filming the transmission images from a scintillator screen with a CCD camera with a temporal resolution of 30 s and a spatial resolution of 100 µm. KW - Neutron imaging KW - Bragg-edge imaging KW - Phase transformation PY - 2017 DO - https://doi.org/10.1007/s10853-016-0642-9 SN - 0022-2461 SN - 1573-4803 VL - 52 IS - 6 SP - 3490 EP - 3496 AN - OPUS4-38574 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Arlt, T. A1 - Kardjilov, N. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Manke, I. A1 - Salvemini, F. A1 - Grazzi, F. T1 - Neutronen-Laminografie am Beispiel eines historischen Artefakts T1 - Neutron computed laminography on an ancient metal artifact N2 - Die Computer-gestützte Laminografie (CL) wurde als komplementäre Methode zur Computertomografie für die dreidimensionale Bildgebung von lateral ausgedehnten Objekten entwickelt. Ursprünglich für medizinische Zwecke verwendet, wurde diese Methode kürzlich als zerstörungsfreie nicht-invasive Methode nicht nur in der Materialforschung, sondern auch mit steigendem Interesse für kunsthandwerkliche und historische Objekte eingesetzt. Hier wird die Computer-gestützten Laminografie mit polychromatischer Neutronenstrahlung an einer historischen Tsuba eingesetzt, einem Stichblatt eines japanischen Schwerts. Eine Analyse der Lötstellen gibt Rückschlüsse auf das Herstellungsverfahren. Zudem wurden unterschiedliche Materialsysteme gefunden, vermutlich um dem Tsuba lokal eine höhere Stabilität zu verleihen. Die Messungen wurden an der Imaging-Beamline CONRAD-2 an der Neutronenquelle BER 2 des Helmholtz-Zentrums Berlins (HZB) durchgeführt. KW - Neutronenlaminographie KW - Computertomographie PY - 2018 DO - https://doi.org/10.3139/120.111261 SN - 0025-5300 VL - 60 IS - 12 SP - 1209 EP - 1214 PB - Carl Hanser Verlag CY - München AN - OPUS4-46936 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Griesche, Axel A1 - Dabah, Eitan A1 - Kardjilov, N. A1 - Hilger, A. A1 - Manke, I. A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Imaging of hydrogen in steels using neutrons N2 - We investigated the hydrogen distribution spatially and temporally in technical iron at room temperature. Samples were charged electrochemically and subsequently analysed by means of neutron radiography and tomography. The radiographic images allowed for a time-resolved analysis of hydrogen fluxes. The three-dimensional distribution of hydrogen measured by neutron tomography delivered valuable information for the damage analysis of hydrogen-induced cracks. For the first time hydrogen concentration gradients inside the material could be detect directly together with the cracks. The neutron radiography and tomography results were gained at the Research Reactor BER II of the HZB in Berlin. KW - Hydrogen embrittlement KW - Hydrogen diffusion KW - Neutron tomography KW - Blister PY - 2014 DO - https://doi.org/10.3139/146.111043 SN - 1862-5282 VL - 105 IS - 7 SP - 640 EP - 644 PB - Carl Hanser CY - München AN - OPUS4-31084 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Griesche, Axel A1 - Dabah, Eitan A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kardjilov, N. A1 - Hilger, A. A1 - Manke, I. T1 - Three-dimensional imaging of hydrogen blister in iron with neutron tomography N2 - We investigated hydrogen embrittlement and blistering in electrochemically hydrogen-charged technical iron samples at room temperature. Hydrogen-stimulated cracks and blisters and the corresponding hydrogen distributions were observed by neutron tomography. Cold neutrons were provided by the research reactor BER II to picture the sample with a spatial resolution in the reconstructed three-dimensional model of ~25 µm. We made the unique observation that cracks were filled with molecular hydrogen and that cracks were surrounded by a 50 µm wide zone with a high hydrogen concentration. The zone contains up to ten times more hydrogen than the bulk material. The hydrogen enriched zone can be ascribed to a region of increased local defect density. Hydrogen also accumulated at the sample surface having the highest concentration at blistered areas. The surfaces of the brittle fractured cracks showed micropores visualized by scanning electron microscopy. The micropores were located at grain boundaries and were surrounded by stress fields detected by electron backscattered diffraction. The cracks clearly originated from the micropores. KW - Hydrogen embrittlement KW - Hydrogen diffusion KW - In situ KW - Neutron tomography KW - Iron PY - 2014 DO - https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.06.034 SN - 1359-6454 SN - 1873-2453 VL - 78 SP - 14 EP - 22 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-31068 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -