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Temperature-memory polymers are able to generate a substantial mechanical response when heated above the temperature, at which a preceding deformation was carried out. Here we show how to design the temperature-memory effect (TME) by thermomechanical treatment. As a model polymer, phase segregated poly(ester urethane) (PEU) containing crystallizable segments of poly(1,4-butylene adipate) (PBA) was used. For programming, strain elongation was applied at temperatures within the PBA melting transition area, before temperature holding, unloading and cooling were carried out. Upon heating under stress-free or constant strain recovery conditions, precisely set temperature-memory onsets could be witnessed. Most importantly, strain fixities and recoverabilities the same as maximum recovery stresses turned out to be controllable by strain rate and temperature holding time after deformation, while transition temperatures remained largely unaffected. The tailoring of thermoresponsiveness was structurally enabled by different PBA crystallinities in the programmed state as verified by wide-angle X-ray scattering (WAXS). The reported studies intend to design TMEs in semicrystalline polyurethanes according to user-defined needs to make this technology broadly applicable.
Für die Durchführung einer Dichtheitsprüfung und für die Bewertung des Ergebnisses ist es wichtig, den sich unter Betriebsbedingungen im Prüfobjekt einstellenden Überdruck zu kennen. Entspricht der Prüfüberdruck nicht dem Betriebsüberdruck, so ist es oft erforderlich, die unter Prüfbedingungen gemessenen Leckageraten auf den realen Betriebsüberdruck umzurechnen. Im Bereich der Gefahrgutverpackungen ist jedoch der spätere maximale Betriebsüberdruck nicht genau bekannt. Er hängt für jede einzelne Verpackungsbauart von dem eingefüllten Füllmedium mit seinen spezifischen Stoffeigenschaften, dem Füllgrad sowie den Beförderungsbedingungen, insbesondere der mittleren Transporttemperatur, ab. Es werden Berechnungsansätze vorgestellt, mit denen sich der Überdruck in Gefahrgutverpackungen unter Beförderungsbedingungen rechnerisch ermitteln lässt. Die theoretisch berechneten Überdrücke werden mit Überdruck-Messwerten verglichen, die mit verschiedenen Füllmedien in unterschiedlichen Verpackungsbauarten ermittelt wurden.
Geosynthetics are planar polymeric products, which are used in connection with soil, rock or other soil-like materials to fulfill various functions in geoenvironmental engineering. Geosynthetics are of ever-growing importance in the construction industry. Sealing of waste storage facilities to safely prevent the emission of wastewater, landfill gas and contaminated dust as well as the diffusion of pollutants into the environment and coastal protection against storms and floods and reconstruction after natural disaster are important fields of application. We will give an overview of the various geosynthetic products. Two examples of the material problems related to geosynthetics are discussed in detail: the effect of creep on the long-term performance of geocomposite drains and the numerical simulation of the interaction of soil with geogrids. Both issues are of importance for the use of these products in landfill capping systems. The various functions, which geosynthetics may fulfill in the protection of coastal lines, are illustrated by case studies. The geosynthetic market is evaluated and economical and environmental benefits, as well as environmental side effects related to the use of geosynthetics, are discussed.
Durch den Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen und Multi-Material-Konstruktionen zur Gewichtsreduzierung erlangen Klebeverbindungen immer stärkere Bedeutung. Die Prüfung dieser Fügeverbindungen stellt neue Anforderungen an die zerstörungsfreie Prüfung. Hinzu kommt, dass die Zugänglichkeit häufig eingeschränkt und die Verwendung flüssiger Koppelmittel aufgrund konstruktiver oder fertigungstechnischer Gegebenheiten ausgeschlossen ist. Unter Berücksichtigung dieser Beschränkungen wurde ein Prüfverfahren entwickelt, das eine luftgekoppelte Anregung geführter Ultraschallwellen mit einer laserbasierten Detektion kombiniert. Nachdem das Prüfverfahren zunächst mit einer einfachen Signalauswertung im Zeitbereich getestet wurde, konnte in nachfolgenden Untersuchungen die örtliche Auflösung durch die Implementierung von Filteralgorithmen im Frequenz-Wellenzahl-Bereich und zusätzlich durch direktionale Filter erhöht werden. Das resultierende bildgebende Prüfverfahren wurde an realitätsnahen Klebeproben mit künstlichen Fehlern getestet. Die Zuverlässigkeit und Ortsauflösung des Verfahrens wurde im Vergleich mit herkömmlichen Prüfverfahren validiert. Mithilfe des Verfahrens können Poren, Einschlüsse und Bereiche mit ungenügender Verklebung detektiert werden.
Online-Strukturüberwachungssysteme sind eine Möglichkeit, den Anforderungen hinsichtlich Leichtbau und Zuverlässigkeit gleichzeitig gerecht zu werden. Die Integration solcher Systeme liefert aktuelle Informationen über die Integrität der sicherheitsrelevanten Struktur, wodurch sich Aussagen über notwendige Instandhaltungsarbeiten und möglicherweise über die zu erwartende Restlebensdauer ableiten lassen. Der zielgerichtete Einsatz der Überwachungssysteme ermöglicht es somit, die benötigten Sicherheitsfaktoren bei der Auslegung der Bauteile zu reduzieren und Wartungsintervalle zu verlängern. Dadurch können Kosten gesenkt werden, ohne die Zuverlässigkeit zu verringern. Im Rahmen einer Studie zur Machbarkeit eines Online-Überwachungssystems für Eisenbahn-Radsatzwellen wurde der Einsatz geführter Ultraschallwellen, die von Sensoren an einer Stirnseite der Wellen angeregt werden, demonstriert. Aufgrund der Bauteilgeometrie und der dispersiven, multimodalen Wellenausbreitung stellt die Interpretation der Echosignale eine wesentliche Herausforderung dar. Basierend auf dem a-priori-Wissen über die Wellenausbreitung wurden in der Studie klassifizierende Auswertealgorithmen entwickelt und erfolgreich an maßstabsgetreuen Labormodellen getestet.
Hochduktiler Beton eröffnet neue Möglichkeiten bei der Instandsetzung von Bauwerken, der Herstellung dünnwandiger Bauelemente oder dem Einsatz von Dämpfungselementen in stoßartig beanspruchten Bauwerken (z.B. in Erdbebengebieten).
Die Steigerung der Duktilität kann durch die Zugabe von Kurzfasern erreicht werden. Im Falle einer Rissbildung in der Zementsteinmatrix überbrücken die Fasern den Riss, nehmen die Spannung vollständig auf und stoppen lokal das Risswachstum. Bei weiterer Steigerung der Last reißt die Matrix an anderer Stelle. Auf diese Weise wird die Rissbildung fein verteilt und es werden große Dehnungen erreicht, bevor das Bauteil versagt. Zur Optimierung der Festbetoneigenschaften müssen die Matrixfestigkeit und die Faserart sowie deren Gehalt aufeinander abgestimmt werden. Dabei sind auch die Verarbeitungseigenschaften des Frischbetons zu berücksichtigen.
Anhand der Schallemissionen kann die Rissbildung in der Matrix und die Interaktion mit den Fasern analysiert werden. So konnte in ersten Zugversuchen gezeigt werden, dass sich Schallereignisse dem Versagen der Zementsteinmatrix bzw. dem Auszug der Fasern aus der Matrix zuordnen lassen. Damit steht zur Beurteilung des mechanischen Verhaltens von hochduktilem Beton neben der Spannungs-Dehnungs-Linie ein weiteres Verfahren zur Verfügung.
Quantifying degradation of collagen in ancient manuscripts: the case of the Dead Sea Temple Scroll
(2013)
Since their discovery in the late 1940s, the Dead Sea Scrolls, some 900 ancient Jewish texts, have never stopped attracting the attention of scholars and the broad public alike, because they were created towards the end of the Second Temple period and the 'time of Christ'. Most of the work on them has been dedicated to the information contained in the scrolls' text, leaving physical aspects of the writing materials unexamined. They are, however, crucial for both historical insight and preservation of the scrolls. Although scientific analysis requires handling, it is essential to establish the state of degradation of these valued documents. Polarized Raman Spectroscopy (PRS) is a powerful tool for obtaining information on both the composition and the level of disorder of molecular units. In this study, we developed a non-invasive and non-destructive methodology that allows a quantification of the disorder (that can be related to the degradation) of protein molecular units in collagen fibers. Not restricted to collagen, this method can be applied also to other protein-based fibrous materials such as ancient silk, wool or hair. We used PRS to quantify the degradation of the collagen fibers in a number of fragments of the Temple Scroll (11Q19a). We found that collagen fibers degrade heterogeneously, with the ones on the surface more degraded than those in the core.
Synthesis, structure determination, and formation of a theobromine: oxalic acid 2:1 cocrystal
(2015)
The structure and the formation pathway of a new theobromine : oxalic acid (2 : 1) cocrystal are presented. The cocrystal was synthesised mechanochemically and its structure was solved based on the powder X-ray data. The mechanochemical synthesis of this model compound was studied in situ using synchrotron XRD. Based on the XRD data details of the formation mechanism were obtained. The formation can be described as a self-accelerated ('liquid like') process from a highly activated species.
Klebverbindungen im modernen Hochbau können helfen, innovative ästhetische Bedürfnisse im Fassadenbau umzusetzen, technologische Verbesserungen zu erreichen, aber auch die Wechselwirkung von Gebäuden mit der Umwelt unter energetischen Aspekten zu optimieren. Aufgrund der hohen sicherheitstechnischen Bedeutung gibt es hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit, Dauerhaftigkeit und die Gütesicherheit.
Mit einer zerstörungsfreien praxistauglichen Prüftechnik, die eine sichere Überprüfung der Integrität von Glas-Metall Klebverbindungen im Ingenieurhochbau gewährleistet, kann sowohl ein wichtiger Beitrag zur Qualitätssicherung bei der Herstellung von Fassadenelementen aber auch bei der späteren Bauwerksüberwachung im Verlauf der Nutzungsdauer geleistet werden. Für eine Beurteilung der Qualität der Verbundfuge (z.B. bezgl. Standsicherheit) sind dabei Aussagen zur Homogenität der Verbundfuge, zum adhäsiven und kohäsiven Verbundverhalten gefordert. Hierzu besteht aktuell insbesondere Bedarf an zerstörungsfreien praxisgerechten, hoch ortsauflösenden und möglichst bildgebenden Untersuchungsverfahren.
Es wird mit einem Matrixarray und mit konventionellen Winkelprüfköpfen eine Prüftechnik vorgestellt, mit der die Wechselwirkung zwischen Ultraschallwelle und Fehlstelle in der Klebefuge untersucht wird. Hierbei ist das erste Untersuchungsziel, mit einer angepassten Ultraschall-Prüftechnik mögliche Inhomogenitäten oder Schädigungsstellen in der geklebten Glas-Metall Verbindung zu detektieren.
Über diese qualitativen Aussagen hinaus werden weiterführende Informationen über die flächenhafte Ausdehnung und den Ort einer mangelnden Klebung ermittelt. Dazu werden die Messwerte zusammen mit den Positionen des Ultraschallprüfkopfs aufgezeichnet. Mit Hilfe einer bildhaften Auswertung der gemessenen Ultraschallechos in Abhängigkeit vom Prüfkopfort werden die Möglichkeiten einer detaillierten Integritätsanalyse der Glas-Metall Klebschicht dargestellt. In diesem Beitrag werden experimentelle Prüfergebnisse vorgestellt, die im Sinne einer Verfahrensvalidierung an einem speziellen Beispielprobekörper zur Nachstellung einer SSG-Verglasung (ermittelt wurden und die Detektion fehlerhafter Klebestellen in einer Glas-Metall-Klebverbindung zum Ziel haben.
The objective of the report is to present the state-of-the art of non-destructive testing methods and technologies for the inspection of thick, heavily-reinforced structures, (e.g. found in nuclear power plants). Wall thicknesses can be in excess of one meter and the structures often have increased steel reinforcement density. The accessibility for any testing method may be limited due to the presence of liners and other components such as cast-in-place items. Testing methods have to provide solutions for tasks such as locating failure (inclusions, corrosion, voids, delaminations) in the structures or the assessment of the condition of the structure in general.
Solgel prepared ternary FeF3–MgF2 materials have become promising heterogeneous catalysts due to their porosity and surface Lewis/Brønsted acidity (bi-acidity). Despite the good catalytic performance, nanoscopic characterisations of this type of material are still missing and the key factors controlling the surface properties have not yet been identified, impeding both a better understanding and further development of ternary fluoride catalysts. In this study, we characterised the interaction between the bi-acidic component (FeF3) and the matrix (MgF2) on the nano-scale. For the first time, the formation pathway of FeF3–MgF2 was profiled and the template effect of MgF2 during the synthesis process was discovered. Based on these new insights two novel materials, FeF3–CaF2 and FeF3–SrF2, were established, revealing that with decreasing the atomic numbers (from Sr to Mg), the ternary fluorides exhibited increasing surface acidity and surface area but decreasing pore size. These systematic changes gave rise to a panel of catalysts with tuneable surface and bulk properties either by changing the matrix alkaline earth metal fluoride or by adjusting their ratios to Fe or both. The template effect of the alkaline earth metal fluoride matrix was identified as the most probable key factor determining the surface properties and further influencing the catalytic performance in ternary fluoride based catalysts, and paves the way to targeted design of next-generation catalysts with tunable properties.
Die Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) ist ein Verfahren zur Verarbeitung von HF-Bildern, die an unterschiedlichen Prüfkopfpositionen aufgenommen wurden. Es wird in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung genutzt, um eine Abbildung von Materialfehlern innerhalb des Gebietes zu erstellen, auf das die Rekonstruktion angewandt wird. Die nach Abschluss der SAFT-Rekonstruktion zusammengestellten Informationen über Reflektoren liegen zunächst nach wie vor in Form von HF-Daten vor. Die Interpretierbarkeit der SAFT-Bilder ist im Allgemeinen davon abhängig, wie diese Daten vor der endgültigen Darstellung aufbereitet werden. Die Bildung der Amplitudeneinhüllenden aus dem zugehörigen analytischen Signal stellt eine Möglichkeit einer solchen Aufbereitung nach Anwendung des SAFT-Algorithmus dar. Sie ist jedoch nur im eindimensionalen Fall eindeutig definiert. In diesem Beitrag wird das Konzept der analytischen Signale mit single-orthant-Spektren aufgegriffen, um eine Detektion der Einhüllenden an mehrdimensionalen HF-Daten durchzuführen. Dabei wird über die Betragsquadrate aller möglichen nach dieser Definition zu bildenden analytischen Signale gemittelt. Es wird gezeigt, dass die Anwendung des beschriebenen Verfahrens einem Separationsansatz entspricht. Außerdem wird eine Möglichkeit aufgezeigt die Gültigkeit dieses Ansatzes anhand der totalen und partiellen Hilberttransformationen des Signals im konkreten Fall zu überprüfen. Die Ergebnisse dieser Methode zur Verbesserung von SAFT Bildern werden unter Verwendung synthetischer und experimenteller Daten an rekonstruierten Abbildungen verschiedener Reflektorarten beispielhaft dargestellt.
Measurement of spontaneous magnetic stray field signals has been reported to be a promising tool for capturing macro-scale information of deformation states, defects and stress concentration zones in a material structure. This paper offers a new method for self-magnetic leakage field detection using a magneto-optical (MO) hand-held microscope. Its sensor has a dynamic field range between ±0.05 and ±2 kA/m and a lateral optical resolution of approx. 10 µm. We examined flat tensile test specimens of metastable austenitic steel AISI 304. Static tensile tests were repeatedly interrupted at various predetermined states of strain and the magnetic information was measured by the MO system. Comparative measurements using a high-precision magnetic field GMR-sensor, verify the outstanding capability of the MO microscope regarding spatial resolution of magnetic fields.
The Institute for Reference Materials and Measurements (IRMM) of the Joint Research Centre (JRC), a Directorate General of the European Commission, operates the International Measurement Evaluation Program (IMEP). IMEP organises inter-laboratory comparisons in support of European Union policies. This paper presents the results of two proficiency tests (PTs): IMEP-116 and IMEP-39, organised for the determination of total Cd, Pb, As, Hg and inorganic As (iAs) in mushrooms. Participation in IMEP-116 was restricted to National Reference Laboratories (NRLs) officially appointed by national authorities in European Union member states. IMEP-39 was open to all other laboratories wishing to participate. Thirty-seven participants from 25 countries reported results in IMEP-116, and 62 laboratories from 36 countries reported for the IMEP-39 study. Both PTs were organised in support to Regulation (EC) No. 1881/2006, which sets the maximum levels for certain contaminants in food. The test item used in both PTs was a blend of mushrooms of the variety shiitake (Lentinula edodes). Five laboratories, with demonstrated measurement capability in the field, provided results to establish the assigned values (Xref). The standard uncertainties associated to the assigned values (uref) were calculated by combining the uncertainty of the characterisation (uchar) with a contribution for homogeneity (ubb) and for stability (ust), whilst uchar was calculated following ISO 13528. Laboratory results were rated with z- and zeta (ζ)-scores in accordance with ISO 13528. The standard deviation for proficiency assessment, σp, ranged from 10% to 20% depending on the analyte. The percentage of satisfactory z-scores ranged from 81% (iAs) to 97% (total Cd) in IMEP-116 and from 64% (iAs) to 84% (total Hg) in IMEP-39.
In- and quasielastic neutron scattering is employed to investigate both the vibrational density of states and the molecular dynamics of two homologous discotic liquid crystals (DLC) with different length of the alkyl side chain based on a triphenylene derivate. For both compounds characteristic low frequency excess contributions to the vibrational density of states are found. Therefore it is concluded that these liquid crystals show a glass-like behaviour. Elastic scans further show that in these materials a rich molecular dynamics takes place.
Polyglycerol (PG) coated polypropylene (PP) films were synthesized in a two-step approach that involved plasma bromination and subsequently grafting hyperbranched polyglycerols with very few amino functionalities. The influence of different molecular weights and density of reactive linkers were investigated for the grafted PGs. Longer bromination times and higher amounts of linkers on the surface afforded long-term stability. The protein adsorption and bacteria attachment of the PP-PG films were studied. Their extremely low amine content proved to be beneficial for preventing bacteria attachment.
In order to assess the anisotropy-related uncertainties of relatively determined photoluminescence quantum yields (ΦPL) of molecular emitters and luminescent nanomaterials, we compared ΦPL values measured without and with polarizers using magic angle conditions and studied systematically the dependence of the detected emission intensity on the polarizer settings for samples of varying anisotropy. This includes a dispersion of a spherical quantum dot (QD) with an ideally isotropic emission, a solution of a common small organic dye in a fluid solvent as well as dispersions of elongated quantum dot rods (QDR) with an anisotropic luminescence and a small organic dye in a rigid polymeric matrix, as ideally anisotropic emitter. Our results show that for instruments lacking polarizers, anisotropy-related measurement uncertainties of relative photoluminescence quantum yields can amount to more than 40%, with the size of these systematic errors depending on the difference in emission anisotropy between the sample and the standard.
Ergopeptides, like ergocornine and a-ergocryptine, exist in an S- and in an R-configuration. Kinetic experiments imply that certain configurations are preferred depending on the solvent. The experimental methods are explained in this article. Furthermore, computational methods are used to understand this configurational preference. Standard quantum chemical methods can predict the favored configurations by using minimum energy calculations on the potential energy landscape. However, the explicit role of the solvent is not revealed by this type of methods. In order to better understand its influence, classical mechanical molecular simulations are applied. It appears from our research that 'folding' the ergopeptide molecules into an intermediate state (between the S- and the R-configuration) is mechanically hindered for the preferred configurations.
Slicing - a new method for non destructive 3D elemental sensitive characterization of materials
(2014)
Recent advances in synchrotron sources and detector technology have led to substantial improvements in spatial resolution and detection limits for X-ray fluorescence analysis (XRF). However, the non-destructive three-dimensional elemental sensitive characterization of samples remains a challenge. We demonstrate the use of the so-called 'Color X-ray Camera' (CXC) for 3D measurements for the first time. The excitation of the sample is realized with a thin sheet-beam. The stepwise movement of the sample allows getting the elemental distribution for each layer with one measurement. These layers can be combined to a full 3D dataset for each element afterwards. Since the information is collected layer by layer, there is no need to apply reconstruction techniques, which quite often are the reason for artifacts in the results achieved by computed tomography (CT). The field of applications is wide, as the 3D elemental distribution of a material contains clues to processes inside the samples from a variety of origins. The technique is of special interest and well suited for biological specimens, because their light matrix minimizes restricting absorption effects. Measurement examples of a hornet and the teeth of a Sorex araneus are shown.
In this work an air-based sensor network for the localization of persons at extensive areas is presented. The developed network consists of a localization device which the person is wearing (BodyGuard-System), a mobile relay station in the air, and a base station. All three parts communicate with the same radio chip. The BodyGuard-System is an inertial navigation system which was developed for localization in difficult environments with high accuracy and low measurement uncertainty. To increase the range of the system, a multi-hop network was built up. The measured data of the BodyGuard-System and the mobile relay station is visualized on a PC in the base station. This multi-hop network is necessary for example for fire department missions.