الكتاب أشكر M. وبوف للحصول على المساعدة لي مع AFM W.، للماجستير الألمنيوم بمادة anodically والطاقة مكتب السويسرية الاتحادية ومؤسسة العلوم الوطنية السويسرية للحصول على التمويل. وأجريت جزءا من هذا العمل في إطار مشروع FP7 &quot;المسار السريع&quot; الذي تموله المفوضية الأوروبية في إطار اتفاقية منحة لا 283501.

1. قوالب التصنيع نستخدم الإعداد لدينا nanoimprinting محلي الصنع لتصنيع المرجع العفن السلبية التالية. 6، ولكن أي بديل nanoimprinting الإعداد سوف تعمل بشكل جيد. وبدلا من ذلك قد يكون functionalized polydimethylsiloxane (PDMS) قالب العمل أيضا. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> افتعال أو شراء ماجستير مناسبة تحمل نمط النانو التي يتم نقلها. من حيث المبدأ، فإن أي مناسبة للماجستير nanoimprinting قيام بهذه المهمة. نستخدم طبقة أكسيد الزنك محكم على ورقة الزجاج (شوت، AF32 البيئية، و 41 مم × 41 مم × 0.5 مم) كما هو موضح المودعة في 3.1 كهيكل الرئيسي لتوضيح الأسلوب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيق طبقة مضادة للالتصاق على الهيكل الرئيسي كما هو موضح في 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنظيف البولي ايثيلين naphtalate (PEN) ورقة (Goodfellow، 82 ملم × 41 ملم × 0،125 ملم) الأسيتون في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 2 دقيقة ثم وحمام الموجات فوق الصوتية لالأيزوبروبانول 2 أكثر دقيقة. شطف مرة أخرى مع الأيزوبروبانول وضربة الجافة مع النيتروجين. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الودائع باءت بالفشل الكروم طبقة الالتصاق (نيو مكسيكو 5-10) على ورقة PEN. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدور معطف الراتنج UV-قابل للشفاء (Microresist، Ormocer، 1-2 مل) على ورقة PEN في 5،000 دورة في الدقيقة للحصول على تغطية موحدة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إجراء prebake لمدة 5 دقائق على طبق ساخن في 80 ° C لتتبخر المذيبات، وتحسين التوحيد فيلم والتصاق إلى ورقة PEN. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام الإعداد nanoimprinting للقضاء نمط ماجستير في راتنج UV-قابل للشفاء. وإن لم يكن إلزاميا، ونحن أداء ختم تحت التفريغ لمنع فقاعة الادراج عن طريق تطبيق الضغط متجانسة من 1 بار على غشاء السيليكون المرنة. في الإعداد لدينا، غشاء السيليكون يفصل فراغ الغرفة إلى قسمين شبه مقصورات. يتم إنشاء ضغط من قبل التنفيس المقصورة العليا، في حين أن أقل مقصورة خاضعا فراغ. التنفيس يدفع الغشاء مرونة تجاه أسفل بدء ختم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كشف الراتنج لضوء الأشعة فوق البنفسجية لاستفزاز رد فعل عبر ربط من الراتنج. نحن نطبق ضوء معتدلكثافة تبلغ 1.4 ميغاواط / سم 2 في طول موجة من 365 نانومتر التي تقدمها العديد من المصابيح. زمن التعرض من خلال ورقة PEN هو عادة 15-20 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> demould بعناية من قبل تقشير يدويا العفن قبالة الهيكل الرئيسي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كما قد تخضع انكماش طفيف الراتنج خلال ترسب المواد الفنية، مما قد يؤدي إلى تقشير عفوية، ونحن إجراء خفيفة خبز آخر الحراري عند 150 ° C خلال 6-8 ساعة في الفرن مع الجو المحيط قبل مزيد من المعالجة. </li></ol> 2. المضادة للالتصاق طبقة لديمولدنغ ناجحة، يجب أن تتكيف طبقة مضادة للالتصاق على المواد وخشونة النمط. أنماط الخام منخفضة عموما تتطلب معاملات شائكة. قد يتمسك معاملات منخفضة على نحو سلس يؤدي إلى أنماط تقشير المواد الفنية من العفن. قد عالية معاملات شائكة على أنماط الخام يؤدي إلى تقشير من الراتنج ورقة من خلال تلفيق PEN العفن كما adherenم من الراتنج لربان أقوى. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> معطف القالب (أو الماجستير) مع الكروم باءت بالفشل طبقة (نيو مكسيكو 5-10) لتعزيز التصاق وكيل المضادة للالتصاق. لأنماط سلس نسقط هذه الخطوة. في بعض الحالات قد طبقة الكروم منع عامل مضاد للالتصاق لحفر هيكل الرئيسي لل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيق قطرة صغيرة المضادة للالتصاق عامل (سيغما الدريخ، (1H، 1H، 2H، 2H-Perfluoroctyl)-trichlorsilane) على شريحة زجاجية. وضع شريحة زجاجية مع العفن في غرفة ضخ فراغ وأسفل. وكيل وسوف المضادة للالتصاق تتبخر وإيداع وأحادي الطبقة الجزيئية على العفن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ترسيخ عامل مضاد للالتصاق عبر الصلب خلال 1-2 ساعة في 80 ° C. </li></ol> 3. ترسب المواد نبين هنا تقنيات ترسب 3 ترسب المواد المناسبة لللتوضيح براعة nanomoulding. ويمكن أيضا تقنيات أخرى أن تطبق ترسب. المثال الثالث يصف كرة القدمbrication من خلية كاملة السيليكون الرقيقة الشمسية. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) من أكسيد الزنك: ضع القالب على طبق التدفئة للمفاعل CVD يسخن إلى 180 درجة مئوية. استخدام إطار معدني لتجنب ثني من العفن PEN خلال ترسب أكسيد الزنك. إغلاق المفاعل، والسماح بضخ أسفل thermalization. أعترف الغازات السلائف (H 2 O و (C 2 H 5) الزنك 2). وبالإضافة إلى ذلك فإننا جرعة كميات صغيرة من B 2 H 6 لتعاطي المنشطات. سمك طبقة أكسيد الزنك تتناسب مع الوقت ترسب. نستخدم طبقة أكسيد الزنك سمك عادة 1-5 ميكرون. ويمكن الاطلاع على تفاصيل عن ترسبات المعلمات نموذجية في المرجع 7 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المادية بخار ترسب (PVD) / الاخرق من الفضة: ضعي القالب في النظام PVD. إغلاق نظام ضخ وأسفل. أعترف غاز الأرجون العملية. تشغيل المولد DC. سمك طبقة حج مرة أخرى تتناسب مع الوقت ترسب. نستخدم حج طبقة سمك 1 ميكرومتر عادة. ترسب نموذجية فarameters هي الضغط من الأرجون 5.5x10 ميليبار -3 وقوة الإعداد DC محددة من 250 W مما أسفر عن معدل ترسب حوالي 45 نانومتر / ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> البلازما محسنة ترسيب الأبخرة الكيميائية (PE-CVD): ودائع أكسيد الزنك كما في 3.1). وضع القالب في مفاعل CVD PE-يسخن إلى 200 درجة مئوية. إغلاق المفاعل، والسماح بضخ أسفل thermalization. أعترف الغازات السلائف (SIH 4 و H 2). وبالإضافة إلى ذلك فإننا جرعة كميات صغيرة من B (CH 3) 3 وPH 3 إلى تحقيق-p و N-نوع المنشطات على التوالي. لزيادة الجهد فتح دائرة من الخلايا الشمسية، ونحن أيضا استخدام كميات صغيرة من CH 4 و CO 2 لطبقات مخدر. بعد ترسب المكدس دبوس السيليكون الخلايا الشمسية غير متبلور، ونحن إيداع backcontact أكسيد الزنك كما هو موضح في 3.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تجنب الانحناء المفرط من العفن، والانحناء قد يسبب تقشير طبقة المودعة. </li></ol> 4. طبقة النقل نستخدم الزجاجالشرائح S (شوت AF32 البيئية، و 41 مم × 41 مم × 0.5 مم) والركيزة النهائية. ولكن يمكن استخدامها ركائز أخرى، بما في ذلك رقائق معدنية أو صفائح البوليمر، وبدلا من ذلك. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الشرائح الزجاجية النظيفة مع الأسيتون والأيزوبروبانول وضربة الجافة مع النيتروجين. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدور معطف UV-شفاء الراتنج (Microresist، Ormocer، 1-2 مل) على شريحة زجاجية في 5،000 دورة في الدقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام الإعداد nanoimprinting لارساء القالب تحمل طبقات أودعت على الركيزة النهائية. أما بالنسبة للختم، ونحن أداء ترسيخ تحت الفراغ عن طريق تطبيق الضغط متجانسة من 1 بار. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كشف الراتنج لضوء الأشعة فوق البنفسجية لاستفزاز رد فعل عبر ربط. نحن نطبق كثافة معتدلة من 1.4 ميغاواط / سم 2 في طول موجة من 365 نانومتر التي تقدمها العديد من المصابيح. زمن التعرض من خلال شريحة زجاجية دقيقة 1-3 هو فقط بسبب انتقال العليا UV من الزجاج مقارنة PEN. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Demould بواسطة تقشير يدويا العفن خارج الشريحة الزجاجية. </li></ol> 5. عينة توصيف <ol&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام المفضلة لديك المورفولوجية، تقنية الكهربائية أو الضوئية لتوصيف العينات nanomoulded. نحن هنا وصف عينات لدينا nanomoulded باستخدام المجهر الإلكتروني (SEM) ومجهر القوة الذرية (AFM). </li></ol>

<ol>
	<li>Geissler, M., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterning:+Principles+and+Some+New+Developments.">Patterning: Principles and Some New Developments.</a> Advanced Materials. 16 (15), 1249-1269 (2004).</li><li>Guo, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoimprint+Lithography:+Methods+and+Material+Requirements.">Nanoimprint Lithography: Methods and Material Requirements.</a> Advanced Materials. 19, 495-513 (2007).</li><li>Ahn, S. H., Guo, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-Area+Roll-to-Roll+and+Roll-to-Plate+Nanoimprint+Lithography:+A+Step+toward+High-Throughput.">Large-Area Roll-to-Roll and Roll-to-Plate Nanoimprint Lithography: A Step toward High-Throughput.</a> Application of Continuous Nanoimprinting. ACS Nano. 3 (8), 2304-2310 (2009).</li><li>Battaglia, C., Escarr&#233;, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoimprint+Lithography+for+High-Efficiency+Thin-Film+Silicon+Solar+Cells.">Nanoimprint Lithography for High-Efficiency Thin-Film Silicon Solar Cells.</a> Nano Letters. 11, 661-665 (2011).</li><li>Battaglia, C., Escarr&#233;, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomoulding+of+Transparent+Zinc+Oxide+Electrodes+for+Efficient+Light+Trapping+in+Solar+Cells.">Nanomoulding of Transparent Zinc Oxide Electrodes for Efficient Light Trapping in Solar Cells.</a> Nature Photonics. 5, 535-538 (2012).</li><li>Escarr&#233;, J., S&#246;derstr&#246;m, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Fidelity+Transfer+of+Nanometric+Random+Textures+by+UV+Embossing+for+Thin+Film+Solar+Cells+Applications.">High Fidelity Transfer of Nanometric Random Textures by UV Embossing for Thin Film Solar Cells Applications.</a> Solar Energy Materials &amp; Solar Cells. 95, 881-886 (2011).</li><li>Fa&#255;, S., Feitknecht, L., Schl&#252;chter, R., Kroll, U., Vallat-Sauvain, E., Shah, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rough+ZnO+layers+by+LP-CVD+process+and+their+effect+in+improving+performances+of+amorphous+and+microcrystalline+silicon+solar+cells.">Rough ZnO layers by LP-CVD process and their effect in improving performances of amorphous and microcrystalline silicon solar cells.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 90, 2960-2967 (2006).</li><li>Zhao, X. -. M., Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+Three-Dimensional+Micro-Structures:+Microtransfer+Molding.">Fabrication of Three-Dimensional Micro-Structures: Microtransfer Molding.</a> Advanced Materials. 8, 837-840 (1996).</li><li>Hampton, M. J., Williams, S. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Patterning+of+Sub-500+nm+Inorganic+Oxide+Structures.">The Patterning of Sub-500 nm Inorganic Oxide Structures.</a> Advanced Materials. 20, 2667-2673 (2008).</li><li>Bass, J. D., Schaper, C. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transfer+Molding+of+Nanoscale+Oxides+Using+Water-Soluble+Templates.">Transfer Molding of Nanoscale Oxides Using Water-Soluble Templates.</a> ACS Nano. 5 (5), 4065-4072 (2011).</li><li>Escarr&#233;, J., Nicolay, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomoulded+front+ZnO+contacts+for+thin+film+silicon+solar+cell+applications.">Nanomoulded front ZnO contacts for thin film silicon solar cell applications.</a> , (2012).</li><li>Sontheimer, T., Rudigier-Voigt, E., Bockmeyer, M., Klimm, C., Schubert-Bischoff, P., Becker, C., Rech, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-area+fabrication+of+equidistant+free-standing+Si+crystals+on+nanoimprinted+glass.">Large-area fabrication of equidistant free-standing Si crystals on nanoimprinted glass.</a> Phys. Status Solidi. RRL. 5, 376-379 (2011).</li></ol>

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

Nanomoulding تسمح بنقل nanopatterns على المواد الفنية التعسفي. مقارنة بين خطوات المعالجة الفردية في الشكل 1 و 2 يكشف عن علاقة وثيقة بين nanomoulding وnanoimprinting. والفرق الرئيسي بين nanomoulding وnanoimprinting هو ترسب مواد إضافية خطوة في 2E الشكل. تدفق العملية المتبقية هي مت?...

وقد اكتسب أهمية كبيرة Nanopatterning في العديد من مجالات تكنولوجيا النانو والعلوم التطبيقية. الجيل نمط هي الخطوة الأولى ويمكن أن أنجزه من أعلى إلى أسفل النهج مثل شعاع الإلكترون الطباعة الحجرية أو نهج من أسفل إلى أعلى على أساس التجميع الذاتي أساليب مثل الطباعة الحجرية أو كتلة كوبوليمر nanosphere الطباعة الحجرية 1. أهمية عن الجيل هو نمط تكرار النمط. إلى جانب ضوئيه، برزت nanoimprinting (الشكل 1) كبديل واعد بشكل خاص مناسبة لتنميط منطقة واسعة عالية الإنتاجية النانو بتكلفة منخفضة 2-4. في حين يتطلب ضوئيه قناع نمط، nanoimprinting تعتمد على بنية رئيسية الجاهزة. عادة يتم تنفيذ نقل نمط من سيد إلى بالحرارة أو بوليمر قابل للشفاء أو للأشعة فوق البنفسجية حراريا. ولكن هناك العديد من الحالات، حيث يكون من المرغوب فيه نمط نقل مباشرة على مادة وظيفية. &lt;ف الطبقة = &quot;jove_content&quot;&gt; نحن هنا وصف طريقة النسخ المتماثل يعتمد على nanomoulding وطبقة نقل (الشكل 2) الذي قدمنا ​​مؤخرا في المرجع. 5 إلى نقل أنماط وظيفية النانو على أقطاب أكسيد الزنك. ويمكن لدينا طريقة تنفيذها بسهولة nanomoulding إذا كان الإعداد nanoimprinting هو متاح. Nanomoulding يقدم القدرة على أن تكون تعميمها على العديد من المواد الفنية الأخرى، مداخن المواد والأجهزة كاملة حتى، شريطة أن يتم اختيار المواد العفن بحيث يكون متوافقا مع عملية ترسب المواد (ES). وكمثال على ذلك نقدم هنا nanomoulding من الأقطاب الكهربائية الشفافة موصلة الزنك (أكسيد الزنك) أكسيد أودعتها ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) التي تجد تطبيقها لتعزيز احتباس الضوء في الخلايا الشمسية 5.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> اسم الكاشف </td><td> شركة </td><td> كتالوج رقم </td><td> التعليقات (اختياري) </td></tr><tr><td> Nanoimprinting الراتنج </td><td> Microresist </td><td> Ormostamp </td><td></td></tr><tr><td> (1H، 1H، 2H، 2H-Perfluoroctyl)-trichlorsilane، وكيل المضادة للالتصاق </td><td> سيغما الدريتش </td><td> 448931-10G </td><td></td></tr><tr><td> الزجاج الشرائح </td><td> شوت </td><td> AF32 البيئية </td><td> 0.5 مم </td></tr><tr><td> البولي ايثيلين naphtalate (PEN) ورقة </td><td> Goodfellow </td><td> ES361090 </td><td> 0،125 مم </td></tr><tr><td> (C 2 H 5) 2 الزنك </td><td> أكزو نوبل </td><td></td><td></td></tr><tr><td> AG تفل الهدف 4N </td><td> هيراوس </td><td> 81062165 </td><td></td></tr><tr><td> B 2 H 6، SIH 4، H 2، B (CH 3) 3، PH 3، CH 4، CO 2 </td><td> ميسير </td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> EQUIPMENT </td></tr><tr><td> Nanoimprinting النظام </td><td> محلي الصنع </td><td></td><td></td></tr><tr><td> LP-CVD النظام </td><td> محلي الصنع </td><td></td><td></td></tr><tr><td> PVD النظام </td><td> هيرافوس </td><td> Univex 450 B </td><td></td></tr><tr><td> PE-CVD مفاعل </td><td> Indeotec </td><td> الأخطبوط I </td><td></td></tr><tr><td> SEM </td><td> JEOL </td><td> JSM-7500 TFE </td><td></td></tr><tr><td> AFM </td><td> آلات رقمية </td><td> Nanoscope 3100 </td><td></td></tr></tbody></table>

nanomoulding of functional materials, a versatile complementary pattern replication method to nanoimprinting

وصفنا تقنية nanomoulding الذي يسمح منخفضة التكلفة الزخرفة النانومترية الحجم من المواد الفنية، مداخن المواد والأجهزة كاملة. Nanomoulding جنبا إلى جنب مع نقل طبقة تمكن تكرار أنماط سطح التعسفي من هيكل الرئيسي على المواد الفنية. لا يمكن أن يؤديها على أي Nanomoulding الإعداد nanoimprinting ويمكن تطبيقها على مجموعة واسعة من المواد والعمليات الترسيب. ولا سيما أننا تدليل على تصنيع أقطاب شفافة منقوشة أكسيد الزنك للضوء تطبيقات في الخلايا الشمسية محاصرة.

<html> يلخص الشكل 3 بعض الأمثلة التوضيحية من الهياكل nanomoulded. ويرد هيكل الرئيسي أكسيد الزنك نما بنسبة CVD على الزجاج في (أ). يظهر المقابلة nanomoulded أكسيد الزنك المقلدة في (د). مقارنة بين ارتفاع المحلية (ز) والزاوية (ي) المدرج الاحصائي المستخرجة من الصور AFM تكشف عن الدقة ا?...

Watch this Scientific Journal Video about Nanomoulding of Functional Materials, a Versatile Complementary Pattern Replication Method to Nanoimprinting at JoVE.com

Nanomoulding of Functional Materials, a Versatile Complementary Pattern Replication Method to Nanoimprinting

وصفنا تقنية nanomoulding الذي يسمح منخفضة التكلفة الزخرفة النانومترية الحجم من المواد الفنية، مداخن المواد والأجهزة كاملة. لا يمكن أن يؤديها على أي Nanomoulding الإعداد nanoimprinting ويمكن تطبيقها على مجموعة واسعة من المواد والعمليات الترسيب.

Nanomoulding من مواد وظيفية، تنوعا النسخ المتماثل خطة التكميلية طريقة لNanoimprinting

We describe a nanomoulding technique which  allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks  and full devices. Nanomoulding ...

nanomoulding-functional-materials-versatile-complementary-pattern

Research

JoVE Journal

Engineering

11.6K Views.  Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). وصفنا تقنية nanomoulding الذي يسمح منخفضة التكلفة الزخرفة النانومترية الحجم من المواد الفنية، مداخن المواد والأجهزة كاملة. لا يمكن أن يؤديها على أي Nanomoulding الإعداد nanoimprinting ويمكن تطبيقها على مجموعة واسعة من المواد والعمليات الترسيب.

Video: Nanomoulding of Functional Materials, a Versatile Complementary Pattern Replication Method to Nanoimprinting

Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped crystallites. Neutrons are passed through two well defined regions of magnetic field; one before and one after the sample. The two magnetic field regions have opposite polarity and are tuned such that neutrons travelling through both regions, without being perturbed, will undergo the same number of precessions in opposing directions. In this case the neutron precession in the second arm is said to &#34;echo&#34; the first, and the original polarization of the beam is preserved. If the neutron interacts with a sample and scatters elastically the path through the second arm is not the same as the first and the original polarization is not recovered. Depolarization of the neutron beam is a highly sensitive probe at very small angles (&#60;50&#160;&#956;rad) but still allows a high intensity, divergent beam to be used. The decrease in polarization of the beam reflected from the sample as compared to that from the reference sample can be directly related to structure within the sample.
In comparison to scattering observed in neutron reflection measurements the SERGIS signals are often weak and are unlikely to be observed if the in-plane structures within the sample under investigation are dilute, disordered, small in size and polydisperse or the neutron scattering contrast is low. Therefore, good results will most likely be obtained using the SERGIS technique if the sample being measured consist of thin films on a flat substrate and contain scattering features that contains a high density of moderately sized features (30 nm to 5 &#181;m) which scatter neutrons strongly or the features are arranged on a lattice. An advantage of the SERGIS technique is that it can probe structures in the plane of the sample.

Progress has been made in utilizing spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) as a neutron scattering technique to probe the length-scales in irregular samples. Crystallites of [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester have been probed using the SERGIS technique and the results confirmed by optical and atomic force microscopy.

باستخدام النيوترون سبين صدى حل انتشار الرعي للتحقيق في مواد الخلايا الشمسية العضوية

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped ...

Casting Protocols for the Production of Open Cell Aluminum Foams by the Replication Technique and the Effect on Porosity

Metal foams are interesting materials from both a fundamental understanding and practical applications point of view. Uses have been proposed, and in many cases validated experimentally, for light weight or impact energy absorbing structures, as high surface area heat exchangers or electrodes, as implants to the body, and many more. Although great progress has been made in understanding their structure-properties relationships, the large number of different processing techniques, each producing material with different characteristics and structure, means that understanding of the individual effects of all aspects of structure is not complete. The replication process, where molten metal is infiltrated between grains of a removable preform material, allows a markedly high degree of control and has been used to good effect to elucidate some of these relationships. Nevertheless, the process has many steps that are dependent on individual &#8220;know-how&#8221;, and this paper aims to provide a detailed description of all stages of one embodiment of this processing method, using materials and equipment that would be relatively easy to set up in a research environment. The goal of this protocol and its variants is to produce metal foams in an effective and simple way, giving the possibility to tailor the outcome of the samples by modifying certain steps within the process. By following this, open cell aluminum foams with pore sizes of 1&#8211;2.36 mm diameter and 61% to 77% porosity can be obtained.

Replication is one of the processing techniques used for the production of porous metal sponges. In this paper one implementation of the method for the production of open celled porous aluminum is shown in detail.

الصب بروتوكولات لإنتاج المفتوحة خلية كسوات الألومنيوم من قبل تقنية النسخ المتماثل والتأثير على المسامية

Metal foams are interesting materials from both a fundamental understanding and practical applications point of view. Uses have been proposed, and in many ...

Preparation and Reactivity of Gasless Nanostructured Energetic Materials

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the balls. Among other applications, it is a versatile technique that allows for effective preparation of gasless reactive nanostructured materials with high energy density per volume (Ni+Al, Ta+C, Ti+C). The structural transformations of reactive media, which take place during HEBM, define the reaction mechanism in the produced energetic&#160;composites. Varying the processing conditions permits fine tuning of the milling-induced microstructures of the fabricated composite particles. In turn, the reactivity, i.e., self-ignition temperature, ignition delay time, as well as reaction kinetics, of high energy density materials depends on its microstructure. Analysis of the milling-induced microstructures suggests that the formation of fresh oxygen-free intimate high surface area contacts between the reagents is responsible for the enhancement of their reactivity. This manifests itself in a reduction of ignition temperature and delay time, an increased rate of chemical reaction, and an overall decrease of the effective activation energy of the reaction. The protocol provides a detailed description for the preparation of reactive nanocomposites with tailored microstructure using short-term HEBM method. It also describes a high-speed thermal imaging technique to determine the ignition/combustion characteristics of the energetic materials. The protocol can be adapted to preparation and characterization of a variety of nanostructured energetic composites.

This protocol describes the preparation of gasless nanostructured energetic materials (Ni+Al, Ta+C, Ti+C) using the short-term high-energy ball milling (HEBM) technique. It also describes a high-speed thermal imaging method to study the reactivity of mechanically fabricated nanocomposites. These protocols can be extended to other reactive nanostructured energetic materials.

إعداد والتفاعلية من Gasless ذات البنية النانومترية المواد الطاقوية

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the ...

Synthesis and Functionalization of 3D Nano-graphene Materials: Graphene Aerogels and Graphene Macro Assemblies

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. Additionally, most reported graphene assemblies are held together through physical interactions (e.g., van der Waals forces) rather than chemical bonds, which limit their mechanical strength and conductivity. This video method details recently developed strategies to fabricate mass-producible, graphene-based bulk materials derived from either polymer foams or single layer graphene oxide. These materials consist primarily of individual graphene sheets connected through covalently bound carbon linkers. They maintain the favorable properties of graphene such as high surface area and high electrical and thermal conductivity, combined with tunable pore morphology and exceptional mechanical strength and elasticity. This flexible synthetic method can be extended to the fabrication of polymer/carbon nanotube (CNT) and polymer/graphene oxide (GO) composite materials. Furthermore, additional post-synthetic functionalization with anthraquinone is described, which enables a dramatic increase in charge storage performance in supercapacitor applications.

This video method describes the synthesis of high surface area, monolithic 3D graphene-based materials derived from polymer precursors as well as single layer graphene oxide.

التوليف وFunctionalization من 3D مواد النانو الجرافين: الجرافين Aerogels والجرافين جمعيات الكلية

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film synthesis) for the purpose of exploratory materials research. Certain materials pose a challenge wherein the traditional bulk Hall bar device fabrication method is insufficient to produce a measureable device for sample transport measurement, principally because the single crystal size is too small to attach wire leads to the sample in a Hall bar configuration. This can be, for example, because the first batch of a new material synthesized yields very small single crystals or because flakes of samples of one to very few monolayers are desired. In order to enable rapid characterization of materials that may be carried out in parallel with improvements to their growth methodology, a method of device fabrication for very small samples has been devised to permit the characterization of novel materials as soon as a preliminary batch has been produced. A slight variation of this methodology is applicable to producing devices using exfoliated samples of two-dimensional materials such as graphene, hexagonal boron nitride (hBN), and transition metal dichalcogenides (TMDs), as well as multilayer heterostructures of such materials. Here we present detailed protocols for the experimental device fabrication of fragments and flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate and subsequent measurement in a commercial superconducting magnet, dry helium close-cycle cryostat magnetotransport system at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

We describe the methodology of mechanical exfoliation and deposition of flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate, fabrication of experimental device structures for transport experimentation, and the magnetotransport measurement in a dry helium close-cycle cryostat at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

طرق التجريبية المتقدمة لدرجات الحرارة المنخفضة Magnetotransport قياس المواد الجديدة

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common procedure for collecting traces of explosives, and standardized measurements of collection efficiency are needed to evaluate and optimize sampling protocols. The approach described here is designed to provide this measurement infrastructure, and controls most of the factors known to be relevant to wipe-sampling. Three critical factors (the applied force, travel distance, and travel speed) are controlled using an automated device. Test surfaces are chosen based on similarity to the screening environment, and the wipes can be made from any material considered for use in wipe-sampling. Particle samples of the explosive 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) are applied in a fixed location on the surface using a dry-transfer technique. The particle samples, recently developed to simulate residues made after handling explosives, are produced by inkjet printing of RDX solutions onto polytetrafluoroethylene (PTFE) substrates. Collection efficiency is measured by extracting collected explosive from the wipe, and then related to critical sampling factors and the selection of wipe material and test surface. These measurements are meant to guide the development of sampling protocols at screening venues, where speed and throughput are primary considerations.

Optimized sampling protocols and the development of new wipe materials can be facilitated by standardized measurements of collection efficiency from wipe-sampling. Our approach for sampling trace explosives uses an automated device to control speed, force, and distance during wipe-sampling followed by extraction of collected explosives.

طريقة موحدة لقياس كفاءة مجموعة من مسح لعينة من المتفجرات تتبع

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and forging. Adoption of this technique is proceeding despite disagreement concerning the underlying mechanism responsible for EAD. The experimental procedure described herein enables a more explicit study compared to previous EAD research by removing thermal effects, which are responsible for disagreement in interpreting previous EAD results. Furthermore, as the procedure described here enables EAD observation in situ and in real time in a transmission electron microscope (TEM), it is superior to existing post-mortem methods that observe EAD effects post-test. Test samples consist of a single crystal copper (SCC) foil having a free-standing tensile test section of nanoscale thickness, fabricated using a combination of laser and ion beam milling. The SCC is mounted to an etched silicon base that provides mechanical support and electrical isolation while serving as a heat sink. Using this geometry, even at high current density (~3,500 A/mm2), the test section experiences a negligible temperature increase (&#60;0.02 &#176;C), thus eliminating Joule heating effects. Monitoring material deformation and identifying the corresponding changes to microstructures, e.g. dislocations, are accomplished by acquiring and analyzing a series of TEM images. Our sample preparation and in situ experiment procedures are robust and versatile as they can be readily utilized to test materials with different microstructures, e.g., single and polycrystalline copper.

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Isolating electrical and thermal effects on electrically assisted deformation (EAD) is very difficult using macroscopic samples. Metallic sample micro- and nanostructures together with a custom test procedure have been developed to evaluate the impact of applied current on the formation without joule heating and evolution of dislocations on these samples.

طريقة جديدة ل<em&gt; في الموقع</em&gt; الكهروميكانيكية توصيف عينات النانو

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy

Flexible non-volatile memories have received much attention as they are applicable for portable smart electronic device in the future, relying on high-density data storage and low-power consumption capabilities. However, the high-quality oxide based nonvolatile memory on flexible substrates is often constrained by the material characteristics and the inevitable high-temperature fabrication process. In this paper, a protocol is proposed to directly grow an epitaxial yet flexible lead zirconium titanate memory element on muscovite mica. The versatile deposition technique and measurement method enable the fabrication of flexible yet single-crystalline non-volatile memory elements necessary for the next generation of smart devices.

In this paper, we present a protocol to directly grow an epitaxial yet flexible lead zirconium titanate memory element on muscovite mica.

تلفيق وطريقة قياس عنصر Ferroelectric مرنة تستند إلى هيتيرويبيتاكسي فإن دير فالس

Flexible non-volatile memories have received much attention as they are applicable for portable smart electronic device in the future, relying on ...

Multiscale Structures Aggregated by Imprinted Nanofibers for Functional Surfaces

Multiscale surface structures have attracted increasing interest owing to several potential applications in surface devices. However, an existing challenge in the field is the fabrication of hybrid micro-nano structures using a facile, cost-effective, and high-throughput method. To overcome these challenges, this paper proposes a protocol to fabricate multiscale structures using only an imprint process with an anodic aluminum oxide (AAO) filter and an evaporative self-aggregation process of nanofibers. Unlike previous attempts that have aimed to straighten nanofibers, we demonstrate a unique fabrication method for multiscale aggregated nanofibers with high aspect ratios. Furthermore, the surface morphology and wettability of these structures on various liquids were investigated to facilitate their use in multifunctional surfaces.

Presented is an easy method to fabricate nano-micro multiscale structures, for functional surfaces, by aggregating nanofibers fabricated using an anodic aluminum oxide filter.

هياكل متعددة النطاقات تجميعه بواسطة النانو مطبوع للأسطح الوظيفية

Multiscale surface structures have attracted increasing interest owing to several potential applications in surface devices. However, an existing ...

Studying Large Amplitude Oscillatory Shear Response of Soft Materials

We investigate the sequence of physical processes exhibited during large amplitude oscillatory shearing (LAOS) of polyethylene oxide (PEO) in dimethyl sulfoxide (DMSO) and xanthan gum in water &#8212; two concentrated polymer solutions used as viscosifiers in foods, enhanced oil recovery, and soil remediation. Understanding the nonlinear rheological behavior of soft materials is important in the design and controlled manufacturing of many consumer products. It is shown how the response to LAOS of these polymer solutions can be interpreted in terms of a clear transition from linear viscoelasticity to viscoplastic deformation and back again during a period. The LAOS results are analyzed via the fully quantitative Sequence of Physical Processes (SPP) technique, using free MATLAB-based software. A detailed protocol of performing a LAOS measurement with a commercial rheometer, analyzing nonlinear stress responses with the freeware, and interpreting physical processes under LAOS is presented. It is further shown that, within the SPP framework, a LAOS response contains information regarding the linear viscoelasticity, the transient flow curves, and the critical strain responsible for the onset of nonlinearity.

We present a detailed protocol outlining how to perform nonlinear oscillatory shear rheology on soft materials, and how to run the SPP-LAOS analysis to understand the responses as a sequence of physical processes.

دراسة استجابة متذبذبة القص السعة الكبيرة من مواد لينة

We investigate the sequence of physical processes exhibited during large amplitude oscillatory shearing (LAOS) of polyethylene oxide (PEO) in dimethyl ...