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Organisationseinheit der BAM
Imaging Capability of Terahertz and Millimeter-Wave Instrumentations for NDT of Polymer Materials
(2006)
Micro-computed tomography (µCT) provides quantitative three-dimensional information of bone around titanium implants similar to classical histology. The study, based on an animal model, using cuboid-shaped biofunctionalised Ti6Al4V implants with surrounding bone after 4 weeks, is performed using 3 µCT-systems with X-ray tubes, one synchrotron-radiation-based µCT-system (SRµCT), and classical histology. Although the spatial resolution of the µCTsystems is comparable, only the results of SRµCT agree with results of classical histology. The X-ray tube sources give rise to huge artefacts in the tomograms (interface scattering, beam hardening), which impaired the quantitative analysis of bone up to about 200 µm from the implant surface. Due to the non-destructive character of µCT the specimens can be subsequently examined by classical histology
without restriction. The quantitative comparison of bone formation uncovers the strong dependence of the detected amount of newly formed bone from the selected slice. This
implies the necessity of 3D analysis. SRµCT and classical histology prove that surface modifications of the titanium implant significantly influence the bone formation. Using SRµCT, the preparation artefacts due to cutting and polishing are excluded.
Despite their enormous diversity, the bauplan of adult winged insects (pterygotes) is remarkably conservative since the Lower Devonian: a five-segmented head, a three-segmented thorax with three pairs of walking legs and an eleven-segmented abdomen without any non-sexual appendages 1 and 2. The only known exceptions are the abdominal appendages of adult male sepsid flies on the fourth segment; however, these are also used as copulatory organs and are supposedly maintained through sexual selection [3]. Here, we report a rod-like paired appendage from the third and fourth abdominal segments in adults of the Southeast-Asian Hemiptera taxon Bennini (Figure 1A,B; Supplemental information). These are fully musculated, innervated, and movable and bear highly organized sensory and secretory units. The appendages, termed LASSO (lateral abdominal sensory and secretory organs), are consistent in topology and structure in all species studied and not sexually dimorphic. The existence of these non-sexual abdominal appendages reveals the potential of the 300 million year old conserved bauplan of insects.
Metal-based gas diffusion electrodes are utilized in chlor-alkali electrolysis or electrochemical reduction of carbon dioxide, allowing the reaction to proceed at high current densities. In contrast to planar electrodes and predominantly 2D designs, the industrially required high current densities can be achieved by intense contact between the gas and liquid phase with the catalytically active surfaces. An essential asset for the knowledge-based design of tailored electrodes is therefore in-depth information on electrolyte distribution and intrusion into the electrode’s porous structure. Lab-based and synchrotron radiography allow for monitoring this process operando. Herein, we describe the development of a cell design that can be modularly adapted and successfully used to monitor both the oxygen reduction reaction and the electrochemical reduction of CO2 as exemplary and currently very relevant examples of gas-liquid reactions by only minor modifications to the cell set-up. With the reported cell design, we were able to observe the electrolyte distribution within the gas diffusion electrode during cell operation in realistic
conditions.
Optical constants of harmful and highly energetic liquids for application to THz screening systems
(2016)
The far-infrared (IR) optical constants of a set of hazardous and flammable liquids have been obtained by means of spectroscopic ellipsometry in attenuated total reflection configuration over a broad spectral range. Such liquids recently became of considerable concern for transportation security measures worldwide. Their optical identification at check-in gates can only become possible if the characteristic spectra are already known. The refractive indices and the extinction coefficients reported here contribute to a spectroscopic data base in the far-IR and terahertz (THz) spectral regions and may support modeling the performance of THz screening systems on liquids for airports and other security sensitive areas. Examples of several container material/liquid systems are discussed. From the measured optical constants typical THz waveforms are calculated and discussed.
Fourier-Spektroskopische Untersuchungen von hochmolekularem Polyethylen (HMW-PE) und ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMW-PE) im Mittleren - und Fernen Infrarotbereich können Veränderungen der molekularen Strukturen nachweisen, die durch Co60 γ-Strahlung und Rekristallisationsprozesse initiiert werden. UHMW-PE und HMW-PE sind im gewählten IR-Bereich unterscheidbar. Die integrale Absorption der B1u – Gitterschwingungen im Fernen Infrarotbereich (THz-Bereich) ermöglichen die quantitative Beschreibung des Kristallinitätsgrades und dessen Abbau. Die Bildung ungesättigter Vinylengruppen und der Abbau ungesättigter Methylengruppen können im Mittleren Infrarotbereich nachgewiesen werden.
Developments for technologies were initiated by the European Commission to improve future response capabilities
and strategies to prevent terrorist attacks, to reduce the vulnerability to terrorism and to minimize the extent of damage from
terrorist attacks. CBRN civil protection faces a growing significance in this concept and modern detectors and detection
systems play the key role for a future reliable functioning that counters terrorism in Europe. The European Union is
supporting the project CREATIF which is dedicated to provide a communication platform for technology users and decision
makers, providers, and testers. First ideas were designed, strategies developed, preconditions and rules were named for a
future internationally recognized certification system. A concept for a future European Certification System for CBRNE
Sensor Systems and Devices and Processes has been developed, which is described in more detail.
THz and Mid IR Fourier transform spectroscopy on polyethylene irradiated with Gamma- Co60 radiation
(2014)
THz and mid IR spectroscopy of high molecular PE (HMW) and ultra high molecular PE (UHMW) reveals modifications of the molecular structure induced by γ-Co60 radiation. UHMW-PE and HMW-PE can be distinguished. The integral absorption in the B1u THz-region can quantitatively describe the amorphization of crystallinity. The formation of trans vinylene unsaturations and the decay of vinyl can be followed by mid IR spectroscopy
Interference fringes in the far-infrared spectra of thin films are the result of the coherent adding up of waves and can influence the spectral interpretation by concealing smaller features. A number of methods have been developed in order to eliminate such oscillating features from the transmittance spectrum. The paper critically evaluates the total transmission-reflection technique and applies the method to quantify the spectra of different polymer films.
Der Frequenzbereich der Terahertzwellen liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen den Mikrowellen und dem infraroten Licht – also etwa im Bereich von 0,1 bis 10 Terahertz (THz). Der VDI-Statusreport „Terahertzsysteme und Anwendungen“ stellt die unterschiedlichen Konzepte für Terahertzsysteme vor und zeigt Anwendungsbeispiele, bei denen die Terahertztechnik erfolgreich eingesetzt wird. Umfangreiche Literaturangaben ermöglichen eine intensivere Beschäftigung mit allen Themen des VDI-Statusreports.
Tantalum and niobium are essential for the development of electronics towards a more and more compact design, but without reducing their performance today. Especially in smart phones and tablets, tantalum and niobium capacitors with high charge densities have already become almost indispensable. However, tantalum as a critical raw material is still a problem for the sustainable production of electronics. Due to this fact, the existence of efficient recycling processes especially in Europe is becoming even more important nowadays.
The Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) is currently working on the optimisation of an existing pyrometallurgical tantalum recycling process. Optimisation of this industrial process is carried out in a small-scale electric arc furnace (480 kVA, capacity approx. 150 kg/h) at BAM using a new and innovative equipment for on-line analysis of high temperature processes.
The aim of this project is to identify the best timing for an optimum slag tapping, when the slag is lower than minimum targeted tantalum concentration. Hence, LIBS (Laser induced breakdown spectroscopy) is used to identify the chemical composition of the slag layer and during slag tapping. The on-line-LIBS prototype of BAM enables an in-situ measurement of the element distribution in the melt after calibration on the slag system.
First results of this joint research project will be presented including LIBS-measurements and thermodynamic and kinetic aspects of the process.
The far infrared refractive indices and the extinction coefficients of liquids can be obtained by means of spectroscopic ellipsometry in attenuated total reflection configuration. Such optical constants will contribute to a spectroscopic data base in the far infrared and terahertz spectral regions. The experimental implementation and the calibration procedure of the method are described in detail. The temperature dependency of the optical constants for water over a broad spectral range is exemplarily presented.
Die nicht ionisierende elektromagnetische Strahlung im Bereich von Terahertz-Frequenzen ermöglicht berührungslose und zerstörungsfreie Mess- und Prüftechnik in zahlreichen Bereichen. Nach ersten Anwendungen in der Astronomie und der Atmosphärenforschung wurden in letzter Zeit Anwendungsfelder in der Sicherheitstechnik, der Medizintechnik, der Nachrichtentechnik und der zerstörungsfreien Prozess- und Qualitätskontrolle erschlossen. Dielektrische Materialien wie Kunststoffe und Keramiken können von Terahertz-Wellen durchdrungen werden. Das ermöglicht Untersuchungen des Objektinneren ohne spezielle Schutzmaßnahmen, wie sie z.B. beim Röntgen notwendig sind. Die Richtlinie erleichtert die Verständigung zwischen Nutzern, Herstellern und dem Vertrieb von Terahertz-Systemen. In der Richtlinie werden bekannte Einsatzgebiete sowie die eingesetzten Verfahren und Funktionsprinzipien aufgeführt, um den Leser bei der Auswahlentscheidung zu unterstützen. Nach einer kurzen Einführung in die physikalischen Grundlagen und Hinweisen zur elektromagnetischen Verträglichkeit, zum Strahlenschutz und zur regulierten Frequenzvergabe werden die verschiedenen Geräteklassen von Terahertz-Systemen ausführlich vorgestellt. Die Richtlinie gibt Hinweise zur messtechnischen Charakterisierung von Terahertz-Wellen. Einsatzgebiete von Terahertz-Systemen, wie die zerstörungsfreie Prüfung, die Dicken- und Abstandsmessung, die Tomografie und die chemische Analytik, werden mit ihren spezifischen Eigenschaften im Detail beschrieben. Umfangreiche Literaturverweise vereinfachen eine vertiefte Beschäftigung mit den Themen der Richtlinie. Eine tabellarische Übersicht mit einer Zusammenfassung, welche Terahertz-Systeme für welche Anwendungsfelder eingesetzt werden können, vervollständigt die Richtlinie.
Diese Richtlinie definiert Kenngrößen und Messverfahren, um Terahertzsysteme für die Zeitbereichsspektroskopie (TDS)zu spezifizieren. So können Hersteller ihre Systeme übereinstimmend beschreiben und Anwender einfach Systeme vergleichen. Systeme für die Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie sind aktive Systeme und nutzen verschiedene Techniken sowohl zur Erzeugung als auch zur zeitaufgelösten Messung von breitbandigen Terahertzimpulsen. Die dazugehörigen Terahertzspektren und -Phasen werden nach einer zeitlichen Abtastung über eine Fourier-Transformation berechnet. In dieser Richtlinie wird ein Überblick über die Funktionsweisen von Zeitbereichsspektrometern gegeben, die eingesetzten Messverfahren näher erläutert sowie die benötigten Begriffe und Kenngrößen definiert. Die Richtlinie konzentriert sich dabei auf Systeme, die auf sogenannten Abtastmessverfahren (Sampling-Messverfahren) basieren.
Schutzbauwerke von systemkritischen Infrastruktureinrichtungen wie Betonwände und Betonbarrieren müssen Anprallereignissen oder schweren Unfällen in einem vertretbaren Maße widerstehen können. Anprallereignisse können verschiedenster Natur sein. Hierzu zählen Steinschlag, Fahrzeug- oder Flugzeuganprall oder auch Geschosseinschlag. Geschosseinschläge bzw. Bei den Anprall- oder Impaktereignissen wird zwischen hartem und weichem Anprall unterschieden, bei hartem Anprall verformt sich der Anprallkörper nicht oder nur geringfügig, bei weichem Anprall stark.
In diesem Artikel werden Forschungsergebnisse zum harten Anprall auf bewehrte Stahlbetonplatten vorgestellt, welche über die letzten Jahre im Rahmen eines Kooperationsprojekts zwischen dem Institut für Massivbau (IMB) der Technischen Universität Dresden (TUD) und der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) durchgeführt wurden. Auf dem Gelände des Otto-Mohr-Labors (OML) der TUD steht hierfür ein speziell konzipierter Fallturm zur Verfügung. Der Aufbau im Fallturm lässt aktuell druckluftbeschleunigte Impaktversuche mit mittleren Anprallgeschwindigkeiten zu. Die durch Anprall geschädigten Stahlbetonplatten wurden anschließend bei der BAM mit Strahlung tomographisch untersucht. Diese Untersuchungen ermöglichen einen Blick auf die Schädigung und Rissstruktur im Inneren der Stahlbetonplatten.
Ein Schwerpunkt der durchgeführten Untersuchung ist der Vergleich von Testergebnissen mit den häufig angewendeten halbempirischen Berechnungsmethoden zu den erforderlichen Wandstärken und den sich daraus ergebenden zulässigen Anprallgeschwindigkeiten. Bei diesem Vorgehen wird auch die mit analytischen Methoden abschätzbare Durchdringungsgeschwindigkeit bzw. Austrittgeschwindigkeit eines Projektils ermittelt und mit den realen Testergebnissen verglichen. Außerdem wird der Einfluss von sowohl externen als auch internen Strukturparametern auf Risse betrachtet und ein Fazit abgeleitet. Weiterhin werden laufende und zukünftige wissenschaftliche Untersuchungen zum Anprall auf Betonstrukturen am IMB und der BAM genannt.