TY - JOUR A1 - Pauw, Brian Richard A1 - Kästner, Claudia A1 - Thünemann, Andreas T1 - Nanoparticle size distribution quantification: results of a small-angle X-ray scattering inter-laboratory comparison N2 - This paper presents the first worldwide inter-laboratory comparison of small-angle X-ray scattering (SAXS) for nanoparticle sizing. The measurands in this comparison are the mean particle radius, the width of the size distribution and the particle concentration. The investigated sample consists of dispersed silver nanoparticles, surrounded by a stabilizing polymeric shell of poly(acrylic acid). The silver cores dominate the X-ray scattering pattern, leading to the determination of their radius size distribution using (i) the generalized indirect Fourier transformation method, (ii) classical model fitting using SASfit and (iii) a Monte Carlo fitting approach using McSAS. The application of these three methods to the collected data sets from the various laboratories produces consistent mean number- and volume-weighted core radii of Rn = 2.76 (6) nm and Rv = 3.20 (4) nm, respectively. The corresponding widths of the lognormal radius distribution of the particles were σn = 0.65 (1) nm and σv = 0.71 (1) nm. The particle concentration determined using this method was 3.0 (4) g l−1 or 4.2 (7) × 10−6 mol l−1. These results are affected slightly by the choice of data evaluation procedure, but not by the instruments: the participating laboratories at synchrotron SAXS beamlines, commercial and in-house-designed instruments were all able to provide highly consistent data. This demonstrates that SAXS is a suitable method for revealing particle size distributions in the sub-20 nm region (at minimum), out of reach for most other analytical methods. KW - SAXS KW - Small-angle X-ray scattering KW - Silver nanoparticles PY - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-422800 SN - 1600-5767 VL - 50 IS - 5 SP - 1280 EP - 1288 PB - (IUCr) International Union of Crystallography AN - OPUS4-42280 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Szczerba, Wojciech A1 - Costo, R. A1 - Veintemillas-Verdaguer, S. A1 - del Puerto Morales, M. A1 - Thünemann, Andreas T1 - SAXS analysis of single- and multi-core iron oxide magnetic nanoparticles N2 - This article reports on the characterization of four superparamagnetic iron oxide nanoparticles stabilized with dimercaptosuccinic acid, which are suitable candidates for reference materials for magnetic properties. Particles p1 and p2 are single-core particles, while p3 and p4 are multi-core particles. Small-angle X-ray scattering analysis reveals a lognormal type of size distribution for the iron oxide cores of the particles. Their mean radii are 6.9 nm (p1), 10.6 nm (p2), 5.5 nm (p3) and 4.1 nm (p4), with narrow relative distribution widths of 0.08, 0.13, 0.08 and 0.12. The cores are arranged as a clustered network in the form of dense mass fractals with a fractal dimension of 2.9 in the multi-core particles p3 and p4, but the cores are well separated from each other by a protecting organic shell. The radii of gyration of the mass fractals are 48 and 44 nm, and each network contains 117 and 186 primary particles, respectively. The radius distributions of the primary particle were confirmed with transmission electron microscopy. All particles contain purely maghemite, as shown by X-ray absorption fine structure spectroscopy KW - Superparamagnetic nanoparticles KW - Iron oxide KW - Reference materials KW - SAXS KW - Small-angle x-ray scattering KW - XANES KW - X-ray absorption near-edge structure KW - X-ray absorption fine structure PY - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-395948 SN - 1600-5767 VL - 50 IS - Part 2 SP - 481 EP - 488 PB - (IUCr) International Union of Crystallography AN - OPUS4-39594 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kästner, Claudia A1 - Lichtenstein, Dajana A1 - Lampen, Alfonso A1 - Thünemann, Andreas T1 - Monitoring the fate of small silver nanoparticles during artificial digestion N2 - The report on the results of an in vitro digestion study of silver nanoparticles in presence and absenceof food. The particles were poly(acrylic acid) stabilized ultra-small silver nanoparticles with a radius of 3.1 nm and a relative size distribution width of 0.2. As food components oil, starch, skimmed milk powderand a mixture thereof were chosen. Aggregation of the particles was quantified with small-angle X-rayscattering in terms of log-normal radii distributions. Complete aggregation of the primary particles wasdetermined in the absence of food. In contrast, the presence of oil and starch initiates a disaggregationin the intestine. Only small aggregates of 6 nm radii and aggregation numbers of 7 were found in thepresence of milk powder. It prevents primary particles from etching in the gastric and intestinal juice.Our results indicate that the silver nanoparticles can pass the digestion process in a nanoscale form butundergo a strong and food-dependent transformation in their state of aggregation. KW - Small-angle X-ray scattering KW - SAXS PY - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-404099 SN - 0927-7757 SN - 1873-4359 VL - 526 SP - 76 EP - 81 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-40409 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Mirtschin, Nikolaus A1 - Pretsch, T. T1 - Programming of one- and two-step stress recovery in a poly(ester urethane) N2 - This work demonstrates that phase-segregated poly(ester urethane) (PEU) with switching segments of crystallizable poly(1,4-butylene adipate) (PBA) can be programmed to generate two separate stress recovery events upon heating under constant strain conditions. For programming, two elongations are applied at different temperatures, followed by unloading and cooling. During the adjacent heating, two-step stress recovery is triggered. The results indicate that the magnitude of the stress recovery signals corresponds to the recovery of the two deformation stresses in reverse order. As demonstrated by further experiments, twofold stress recovery can be detected as long as the elongation at higher temperature exceeds the strain level of the deformation at lower temperature. Another finding includes that varying the lower deformation temperature enables a control over the stress recovery temperature and thus the implementation of so-called “temperature-memory effects”. Moreover, exerting only one elongation during programming enables a heating-initiated one-step stress recovery close to the deformation temperature. Based on these findings, such polymers may offer new technological opportunities in the fields of active assembly when used as fastening elements and in functional clothing when utilized for compression stockings. KW - DSC KW - Mechanical properties PY - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-393585 SN - 2073-4360 VL - 9 IS - 3 SP - Article 98, 1 EP - 12 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-39358 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Casperson, Ralf A1 - Munzke, Dorit A1 - Pohl, Rainer T1 - Wirbelstromprüfung an Composite-Druckgefäßen N2 - Composite-Druckgefäße für den Gefahrguttransport sowie für Wasserstoff- und Erdgasfahrzeuge bestehen aus einem lasttragenden Composite und einer gasdichten, metallischen oder polymeren Barriereschicht (Liner). Zur Untersuchung des Alterungsverhaltens solcher Composite-Druckgefäße wird in der BAM das interdisziplinäre Themenfeldprojekt COD-AGE durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung und Bestimmung des Alterungsverhaltens von Carbonfaser-Compositen (CFK) am Beispiel von Druckgefäßen, um eine bessere Vorhersage der Alterung und der sicheren Gebrauchsdauer zu ermöglichen. Ein Schwerpunkt in diesem Projekt ist die Bereitstellung geeigneter ZfP-Methoden. Dabei geht es sowohl um versuchsbegleitende Prüfungen, als auch um die mögliche Entwicklung von Prüfeinrichtungen für den späteren praktischen Gebrauch. In diesem Vortrag werden Prüfsysteme und Prüfergebnisse der „konventionellen“ Wirbelstromprüfung vorgestellt. In einem ersten Schritt wurden Versuche an bereits geschädigten Druckgefäßen durchgeführt. Dabei wurden Druckgefäße mit den Materialpaarungen Stahl-CFK, Aluminium-CFK und Kunststoff-CFK untersucht. Die Dicken der CFK-Schichten reichten hierbei von ca. 4 mm bis ca. 8 mm. Anfangs wurden die Gefäße mit verschiedenen Sensoren von außen geprüft. Es konnten sowohl Beschädigungen des metallischen Liners, als auch Strukturen des CFK-Geflechts nachgewiesen werden. In einem zweiten Schritt wurden die Gefäße von innen geprüft. Hierbei bestand die besondere Herausforderung in der Prüfung eines Zylinders von 150 mm Durchmesser durch einen Zugang von nur 15 mm Durchmesser. Mit den bei diesen Vorversuchen optimierten Prüfsystemen wurden dann begleitende Prüfungen bei Alterungsversuchen durchgeführt. In den Alterungsversuchen wurden Druckbehälter mit einem ca. 4 mm dicken Aluminiumliner und ca. 3,5 mm dicker CFK-Ummantelung untersucht. Typisches Einsatzgebiet solcher Flaschen sind Atemschutzgeräte bei der Feuerwehr. Die verschiedenen Prüfsysteme und die mit ihnen erzielten Ergebnisse werden vorgestellt. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2017 CY - Koblenz, Germany DA - 22.05.2017 KW - Composite-Druckgefäß KW - Wirbelstromprüfung KW - CFK PY - 2017 AN - OPUS4-40359 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Martins, M. S. S. A1 - Schartel, Bernhard A1 - Magalhães, F. D. A1 - Pereira, C. M. C. T1 - The effect of traditional flame retardants, nanoclays and carbon nanotubes in the fire performance of epoxy resin composites N2 - The effectiveness of distinct fillers, from micro to nano-size scaled, on the fire behaviour of an epoxy resin and its carbon fibre reinforced composites was assessed by cone calorimetry. The performance was compared not only regarding the reaction to fire performance, but also in terms of thermal stability, glass transition temperature and microstructure. Regarding the fire reaction behaviour of nanofilled epoxy resin, anionic nanoclays and thermally oxidized carbon nanotubes showed the best results, in agreement with more compact chars formed on the surface of the burning polymer. For carbon fibre reinforced composite plates, the cone calorimeter results of modified resin samples did not show significant improvements on the heat release rate curves. Poorly dispersed fillers in the resin additionally caused reductions on the glass transition temperature of the composite materials. KW - Epoxy resin KW - Carbon fibre reinforced composite KW - Nanoclays KW - Carbon nanotubes KW - Flame retardants PY - 2017 U6 - https://doi.org/10.1002/fam.2370 SN - 1099-1018 SN - 0308-0501 VL - 41 IS - 2 SP - 111 EP - 130 PB - Wiley & Sons, Ltd. AN - OPUS4-39085 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schartel, Bernhard T1 - Flammgeschütztes PUR: Eine (alte,) aktuelle und zukünftige Herausforderung N2 - Der Vortrag gibt einen Überblick über die Thematik der flammgeschützten Polyurethanwerkstoffe, d.h. thermoplastisches und elastomeres Polyurethan (TPU, PUR), PUR Hard- und Weichschäume, PUR Coatings. Die Werkstoffcharakteristika wie Pyrolyse, effektive Verbrennungswärme, Rückstandsausbeute, Verarbeitungsparameter und kg-Preis definieren die Anforderungen an Flammschutzlösungen. Der Flammschutz ist spezifisch für das Material ausgelegt, aber auch für die verschiedenen Anwendungen (Automobilbau, Schienenfahrzeuge, Bauwesen, Elektrotechnik, usw.), d.h. um verschiedene Brandtests zu bestehen. Die Pyrolyse und das Brandverhalten von PUR und PUR-Schäumen sowie der flammgeschützten Varianten wird diskutiert. Die gängigen Flammschutzmittel(-kombinationen) für PUR Hard- und Weichschaum sowie thermoplastisches und elastomeres PUR werden zusammengefasst. T2 - PUR Forum CY - Leipzig, Germany DA - 17.05.2017 KW - Polyurethan KW - Brandverhalten KW - Flammschutz KW - PUR Hardschaum KW - PUR Weichschaum KW - TPU PY - 2017 AN - OPUS4-40423 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bernegger, Raphael A1 - Altenburg, Simon A1 - Röllig, Mathias A1 - Maierhofer, Christiane T1 - Thickness determination in active thermography for one and multilayer semitransparent materials N2 - Flash thermography is a well-known non-destructive testing technique and has proven to be a valuable tool to examine material defects and to determine thermal material parameters and the thickness of test specimens. However, its application to semitransparent materials is quite new and challenging, especially for semitransparent multilayer materials like glass fiber reinforced polymer (GFRP). Here, in order to deduce the thickness of coated and uncoated semitransparent specimens as well as the depth of defects in such specimens by means of flash thermography, we apply an analytical model based on the quadrupole method by Maillet et al. to calculate the temperature development during the flash thermography experiment. The model considers semitransparency of the sample and thermal losses at its surface. It supports the use of an arbitrary temporal shape of the heating pulse to properly describe the measurement conditions for different heat sources. By fitting the results of the analytical model to experimental data it is possible to determine the thickness of the specimen, provided the thermal material parameters are known, e.g., by calibration experiments with samples of the same material with known thickness. We will show that thickness determination of semitransparent test specimens is possible both for transmission and reflection configuration, with and without a blackened sample surface at either front or back side of the sample. As an example, Figure 1 shows the experimentally obtained temperature differences of the surface of a blackened GFRP sample in transmission configuration with the coating facing the flash lamp (usual configuration, (a)) or the infrared camera (unusual configuration, (b)). Using the proposed method, the thickness of the sample can be determined for both configurations. T2 - 19th International Conference on Photoacoustic and Photothermal Phenomena CY - Bilbao, Spain DA - 16.07.2017 KW - Semitransparent KW - Pulse thermography KW - Absorption coefficient KW - GFRP KW - Heterogeneous KW - Analytical model PY - 2017 AN - OPUS4-43409 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Frasca, Daniele A1 - Schulze, Dietmar A1 - Böhning, Martin A1 - Krafft, Bernd A1 - Schartel, Bernhard T1 - Chlorbutylkautschuk/Multilayergraphen-Nanocomposites N2 - In den letzten Jahren werden zunehmend Nanopartikel als Füllstoff für Polymere vorgeschlagen und auch erfolgreich in Elastomer-Nanocomposites eingesetzt. In dieser Arbeit wird Multilayergraphen (MLG) als Nanofüllstoff näher untersucht, der sich bereits bei geringen Konzentrationen als effizient erweist. MLG besteht aus nur etwa zehn Graphenlagen. Chlorbutylkautschuk (CIIR)/MLG-Nanocomposites mit verschiedenen MLG-Gehalten wurden mit Hilfe eines ultraschallunterstützen Mischverfahrens in Lösung hergestellt und auf einem Walzwerk weiterverarbeitet. Das Einmischen von MLG führt zu einer deutlichen Verbesserung der rheologischen und mechanischen Eigenschaften, des Vernetzungsverhaltens sowie der Barrierewirkung gegenüber Gasen. Bereits der Zusatz von 3 phr MLG zu CIIR führt zu einem mehr als zweifach höheren E-Modul und zu einer Reduktion der Permeabilität von O2 und CO2 um 30 %. Höhere Konzentrationen an Nanofüllstoff resultieren in einer weiteren Verbesserung der Eigenschaften der Nanocomposites. Weiterhin zeigten die CIIR/MLG-Nanocomposites auch eine geringere Entflammbarkeit. KW - Elastomere KW - Nanokomposite KW - Graphen KW - Chlorbutylkautschuk PY - 2017 SN - 0176-1625 VL - 70 IS - 5 SP - 311 EP - 322 PB - Dr. Gupta Verlag CY - Ratingen AN - OPUS4-40327 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bernegger, Raphael A1 - Altenburg, Simon A1 - Maierhofer, Christiane T1 - Analytisches Modell zur Bestimmung der Schichtdicke für opake und semitransparente Materialien mittels Impulsthermografie N2 - Impulsthermografie ist ein bekanntes zerstörungsfreies Prüfverfahren, welches sehr gut geeignet ist, um geometrische Eigenschaften von Materialfehler, thermische Materialparameter sowie die Dicke von Objekten zu bestimmen. Die Anwendung auf semitransparente Materialien ist jedoch recht neu und anspruchsvoll, insbesondere für semitransparente Mehrschichtmaterialien wie glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK). Um die Dicke beschichteter und unbeschichteter semitransparenten Proben mittels Impuls-Thermografie bestimmen zu können, verwenden wir ein analytisches Modell, welches auf der Quadrupol-Methode basiert. Unser 1D-Modell berücksichtigt: • die Semitransparenz der Probe, • die Wärmeverluste an den Seitenflächen, • beliebige zeitlichen Form des Heizimpulses (um die Messbedingungen für verschiedene Wärmequellen korrekt zu beschreiben), • mögliche Flächenabsorption an der Vorder- oder Rückseite (für beschichtete Proben), • und Mehrschichtsysteme. Durch Anpassung der Ergebnisse des analytischen Modells an experimentelle Daten ist es möglich, die Dicke der Probe zu bestimmen, sofern die thermischen Materialparameter bekannt sind. Diese können z.B. durch Kalibrierungsmessungen an Proben desselben Materials mit bekannter Dicke bestimmt werden. T2 - Physikalisch-Technische Bundesanstalt CY - Berlin, Germany DA - 06.12.2017 KW - Schichtdicke KW - Analytisches Modell KW - Impulsthermografie KW - 1D-Modell KW - Semitransparent PY - 2017 AN - OPUS4-43410 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -