We propose a polarization phase-shifting technique to investigate the thickness of $Ta_2O_5$ thin films deposited on BK7 substrates, using a modified Sagnac interferometer. Incident light is split by a polarizing beam splitter into two orthogonal linearly polarized beams traveling in opposite directions, and a quarter-wave plate is inserted into the common path to create an unbalanced phase condition. The linearly polarized light beams are transformed into two circularly polarized beams by transmission through a quarter-wave plate placed at the output of the interferometer. The proposed setup, therefore, yields rotating polarized light that can be used to extract a relative phase via the self-reference system. A thin-film sample inserted into the cyclic path modifies the output signal, in terms of the phase retardation. This technique utilizes three phase-shifted intensities to evaluate the phase retardation via simple signal processing, without manual adjustment of the output polarizer, which subsequently allows the thin film's thickness to be determined. Experimental results show that the thicknesses obtained from the proposed setup are in good agreement with those acquired by a field-emission scanning electron microscope and a spectroscopic ellipsometer. Thus, the proposed interferometric arrangement can be utilized reliably for non-contact thickness measurements of transparent thin films and characterization of optical devices.
ZnO thin-films are grown on a p-Si(111) substrate by RF sputtering. The effects of growth temperature and $O_2$ mixture ratio on the ZnO films are investigated by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and room-temperature photoluminescence (PL) measurements. All the grown ZnO thin films show a strong preferred orientation along the c-axis, with an intense ultraviolet emission centered at 377 nm. However, when $O_2$ is mixed with the sputtering gas, the half width at half maximum (FWHM) of the XRD peak increases and the deep-level defect-related emission PL band becomes pronounced. In addition, an n-ZnO/p-Si heterojunction diode is fabricated by photolithographic processes and characterized using its current-voltage (I-V) characteristic curve and photoresponsivity. The fabricated n-ZnO/p-Si heterojunction diode exhibits typical rectifying I-V characteristics, with turn-on voltage of about 1.1 V and ideality factor of 1.7. The ratio of current density at ${\pm}3V$ of the reverse and forward bias voltage is about $5.8{\times}10^3$, which demonstrates the switching performance of the fabricated diode. The photoresponse of the diode under illumination of chopped with 40 Hz white light source shows fast response time and recovery time of 0.5 msec and 0.4 msec, respectively.
Dilatometry is a useful technique to obtain experimental data concerning transformation. In this paper, a dilation conversional model was established to calculate carbides fraction in AISI H13 hot-work tool steel based on the measured length changes. After carbides precipitation, the alloy contents in the matrix changed. In the usual models, the content of carbon atoms after precipitation is considered as the only element that affects the lattice constant and the content of the alloy elements such as Cr, Mo, Mn, V are often ignored. In the model introduced in this paper, the alloying elements (Cr, Mo, Mn, V) changes caused by carbides precipitation are incorporated. The carbides were identified using scanning electron microscope and transmission electron microscope. The relationship between lattice constant of carbides and temperature are measured by high-temperature X-ray diffraction. The results indicate that the carbides observed in all specimens cooled at different rates are V-rich MC and Cr-rich $M_{23}C_6$, and most of them are V-rich MC, only very few are Cr-rich $M_{23}C_6$. The model including the effects of substitutional alloying elements shows a good improvement on carbides fraction predictions. In addition, lower cooling rate advances the carbides precipitation for AISI H13 specimens. The results between experiments and mathematical model agree well.
The accurate prediction of snow distributions under the wind action on roofs plays an important role in designing structures in civil engineering in regions with heavy snowfall. Affected by some factors such as building shapes, sizes and layouts, the snow drifting on roofs shows more three-dimensional characteristics. Thus, the research on three-dimensional snow distribution is needed. Firstly, four groups of stepped flat roofs are designed, of which the width-height ratio is 3, 4, 5 and 6. Silica sand with average radius of 0.1 mm is used to model the snow particles and then the wind tunnel test of snow drifting on stepped flat roofs is carried out. 3D scanning is used to obtain the snow distribution after the test is finished and the mean mass transport rate is calculated. Next, the wind velocity and duration is determined for numerical simulations based on similarity criteria. The adaptive-mesh method based on radial basis function (RBF) interpolation is used to simulate the dynamic change of snow phase boundary on lower roofs and then a time-marching analysis of steady snow drifting is conducted. The overall trend of numerical results are generally consistent with the wind tunnel tests and field measurements, which validate the accuracy of the numerical simulation. The combination between the wind tunnel test and CFD simulation for three-dimensional typical roofs can provide certain reference to the prediction of the distribution of snow loads on typical roofs.
Water-induced strength reduction is one of the most critical causes for rock deformation and failure. Understanding the effects of water on the strength, toughness and deformability of rocks are of a great importance in rock fracture mechanics and design of structures in rock. However, only a few studies have been conducted to understand the effects of water on fracture properties such as fracture toughness, crack propagation velocity, consumed energy, and microstructural damage. Thus, in this study, we focused on the understanding of how microscale damages induced by water saturation affect mesoscale mechanical and fracture properties compared with oven dried specimens along three notch orientations-divider, arrester, and short transverse. The mechanical properties of calcite-cemented sandstone were examined using standard uniaxial compressive strength (UCS) and Brazilian tensile strength (BTS) tests. In addition, fracture properties such as fracture toughness, consumed energy and crack propagation velocity were examined with cracked chevron notched Brazilian disk (CCNBD) tests. Digital Image Correlation (DIC), a non-contact optical measurement technique, was used for both strain and crack propagation velocity measurements along the bedding plane orientations. Finally, environmental scanning electron microscope (ESEM) was employed to investigate the microstructural damages produced in calcite-cemented sandstone specimens before and after CCNBD tests. As results, both mechanical and fracture properties reduced significantly when specimens were saturated. The effects of water on fracture properties (fracture toughness and consumed energy) were predominant in divider specimens when compared with arrester and short transverse specimens. Whereas crack propagation velocity was faster in short transverse and slower in arrester, and intermediate in divider specimens. Based on ESEM data, water in the calcite-cemented sandstone induced microstructural damages (microcracks and voids) and increased the strength disparity between cement/matrix and rock forming mineral grains, which in turn reduced the crack propagation resistance of the rock, leading to lower both consumed energy and fracture toughness ($K_{IC}$).
A hydrophilic alkaline room temperature ionic liquid electrolyte (RT-IL) carrying hydroxide ion as an anion and 1-benzyl-3-butylimidazolium as a cation was synthesized. Electrochemical, physical and structural properties of the synthesized RT-IL were characterized using cyclic voltammetry, ionic conductivity, viscosity, thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), FT-IR, and 1H-NMR measurements. High ionic conductivity and low viscosity characteristics comparable to 0.1 M KCl electrolyte solution were achieved for the RT-IL in addition to a wide electrochemical potential window of about 4.4 V. The results indicate that the RT-IL is promising for future applications as an alternative electrolyte to energy and environmental research fields.
Yun, Young Jin;Kim, Han-Jun;Lee, Deok-Won;Um, Sewook;Chun, Heung Jae
Journal of Industrial and Engineering Chemistry
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v.67
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pp.244-254
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2018
Surface modified poly ${\text\tiny{L}}$-lactic acid (PLLA) samples with hydroxyapatite (HA), heparin and bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) mediated by polydopamine (pDA) coating (PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2) were prepared, and their effects on the enhancements of bone formation and osseointegration were evaluated in vitro and in vivo as compared to PLLA, PLLA/pDA/HA, and PLLA/pDA/Hep/BMP-2. The changes in surface chemical compositions, morphologies and wettabilities were observed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), atomic force microscopy (AFM) and water contact angle measurements. Pre-coating of HA particles with pDA provided uniform and homogeneous anchoring of particles to PLLA surface. In addition, the strong ionic interaction between heparin and pDA led PLLA surface readily heparinized for loading of BMP-2. In vitro experiments revealed that the levels of alkaline phosphatase (ALP) activity, calcium deposition, and osteocalcin (OCN) gene expression were higher in MG-63 human osteosarcoma cell lines grown on PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 than on control PLLA, PLLA/pDA/HA, and PLLA/pDA/Hep/BMP-2. In vivo studies using micro-computed tomography (micro-CT) also showed that PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 screw exhibited greatest value of bone volume (BV) and bone volume/tissue volume (BV/TV) among samples. Histological evaluations with H&E and Von Kossa staining demonstrated that a combination of HA and BMP-2 contributed to the strong osseointegration.
It is well known that grain boundary cavitation is the main failure mechanism in austenitic stainless steel under tensile hold creep-fatigue interaction conditions. The cavities are nucleated at the grain boundary during cyclic loading and grow to become grain boundary cracks. The attenuation of ultrasound depends on scattering and absorption in polycrystalline materials. Scattering occurs when a propagation wave encounters microstructural discontinuities, such as internal voids or cavities. Since the density of the creep-fatigue cavities increases with the fatigue cycles, the attenuation of ultrasound will also be increased with the fatigue cycles and this attenuation can be detected nondestructively. In this study, it is found that individual grain boundary cavities are formed and grow up to about 100 cycles and then, these cavities coalesce to become cracks. The measured ultrasonic attenuation increased with the cycles up to cycle 100, where it reached a maximum value and then decreased with further cycles. These experimental measurements strongly indicate that the open pores of cavities contribute to the attenuation of ultrasonic waves. However, when the cavities develop, at the grain boundary cracks whose crack surfaces are in contact with each other, there is no longer any open space and the ultrasonic wave may propagate across the cracks. Therefore, the attenuation of ultrasonic waves will be decreased. This phenomenon of maximum attenuation is very important to judge the stage of grain boundary crack development, which is the indication of the dangerous stage of the structures.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.21
no.6
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pp.47-53
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2021
The article deals with the problems of application of microwave methods in systems of geoecological monitoring of natural environments and resources of the agro-industrial complex. It is noted that the methods of microwave radiometry make it possible, by the power of the measured intrinsic radio-thermal radiation of the atmosphere, when solving inverse problems using empirical and semi-empirical models, to determine such parameters of the atmosphere as thermodynamic temperature, humidity, water content, moisture content, precipitation intensity, and the presence of different fractions of clouds.In addition to assessing the meteorological parameters of the atmosphere and the geophysical parameters of the underlying surface based on the data of microwave radiometric measurements, it is possible to promptly detect and study pollution of both the atmosphere and the earth's surface. A technique has been developed for the analysis of sources of measurement error and their numerical evaluation, because they have a significant effect on the accuracy of solving inverse problems of reconstructing the values of the physical parameters of the probed media.To analyze the degree of influence of the limited spatial selectivity of the antenna of the microwave radiometric system on the measurement error, we calculated the relative measurement error of the ratio of radio brightness contrasts in two angular directions. It has been determined that in the system of geoecological monitoring of natural environments, the effect of background noise is maximal with small changes in the radiobrightness temperature during angular scanning and high sensitivity of the receiving equipment.
Kim, Yun-Jeong;Park, Ji-Man;Cho, Hyun-Jae;Ku, Young
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.51
no.2
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pp.88-99
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2021
Purpose: Direct intraoral scanning and superimposing methods have recently been applied to measure the dimensions of periodontal tissues. The aim of this study was to analyze various correlations between labial gingival thickness and underlying alveolar bone thickness, as well as clinical parameters among 3 tooth types (central incisors, lateral incisors, and canines) using a digital method. Methods: In 20 periodontally healthy subjects, cone-beam computed tomography images and intraoral scanned files were obtained. Measurements of labial alveolar bone and gingival thickness at the central incisors, lateral incisors, and canines were performed at points 0-5 mm from the alveolar crest on the superimposed images. Clinical parameters including the crown width/crown length ratio, keratinized gingival width, gingival scallop, and transparency of the periodontal probe through the gingival sulcus were examined. Results: Gingival thickness at the alveolar crest level was positively correlated with the thickness of the alveolar bone plate (P<0.05). The central incisors revealed a strong correlation between labial alveolar bone thickness at 1 and 2 mm, respectively, inferior to the alveolar crest and the thickness of the gingiva at the alveolar crest line (G0), whereas G0 and labial bone thickness at every level were positively correlated in the lateral incisors and canines. No significant correlations were found between clinical parameters and hard or soft tissue thickness. Conclusions: Gingival thickness at the alveolar crest level revealed a positive correlation with labial alveolar bone thickness, although this correlation at identical depth levels was not significant. Gingival thickness, at or under the alveolar crest level, was not associated with the clinical parameters of the gingival features, such as the crown form, gingival scallop, or keratinized gingival width.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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