الكتاب أود أن أشكر تيم أليس في جامعة كاليفورنيا الرحمة لمساعدته في هذا المشروع. برنامج NSF-القطع النقدية في UCM يدعم (كام) في الجزء الأول من هذا العمل. جائزة NSF-BRIGE دعمت المؤلفين (BND وكام)، وتوفير الأموال اللازمة لهذا العمل ونفقات السفر للمؤتمرات. وترغب المجموعة البحثية أن نعترف في المقام الأول المؤسسة الوطنية للعلوم من أجل تمويل هذا العمل عن طريق منح BRIGE. ويستند هذه المواد على العمل بدعم من مؤسسة العلوم الوطنية في إطار منحة رقم 1032653.

1. إعداد الملفات NanospringCarver وبدء MATLAB على جهاز كمبيوتر لينكس مصممة الخطوات التالية لمستخدم عام للاستفادة من الملفات المتوفرة على شبكة الإنترنت 26. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فك ملف أرشيف nanosprings.tar.gz إلى &quot;الوطن&quot; المفضل أو دليل آخر. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل ملف أرشيف nanosprings.tar.gz من مستودع على شبكة الإنترنت 26. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحديد موقع أرشيف تحميلها ونقلها إلى دليل عمل فضل بعنوان &quot;المستندات / Nanosprings&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انقر بزر الماوس الأيمن واختر nanosprings.tar.gz &quot;استخراج هنا&quot; من قائمة السياق انقر بزر الماوس الأيمن. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحقق من أن كافة الملفات المطلوبة موجودة في الدليل الحالي. قائمة بتلك الملفات ويتبع الغرض منها: ماكيفيلي - تدار يدويا ملف الترجمة للnanosprings.cpp وPoint.cpp Nanospالداخلية rings.fig -MATLAB واجهة المستخدم الرسومية كود Nanosprings.m -MATLAB واجهة المستخدم الرسومية Point.cpp - نقطة (ذرة) تعريف الفئة Point.h - نقطة (ذرة) رأس الطبقة نحت - nanosprings بذاتها للتنفيذ example.par - مثال ملف المعلمة glasscube.inp - ملف البيانات glasscube nanosprings.cpp - كود nanosprings الرئيسية nanosprings_diagram.jpg - مثال nanospring للعرض nanosprings.cpp MATLAB المتكاملة - nanospringsmex.cpp nanospringsmex.mexglx - nanosprings MATLAB متكاملة للتنفيذ ملاحظة: وسوف يحتاج المستخدم لإنشاء &quot;nanospringsmex.mexglx&quot; الملف القابل للتنفيذ خاصة آلة تستخدم لينكس (الإصدار 32 بت في هذا المثال). إذا لم يتم ذلك، تحقق من الوصول إلى MATLAB &quot;المكسيك&quot; مترجمعن طريق كتابة على سطر الأوامر &quot;التي مكس&quot;، والتحقق من وجود البرنامج. تحقق أيضا الوصول إلى برنامج MATLAB عن طريق كتابة على سطر الأوامر &quot;التي ماتلاب&quot;. باستخدام سطر الأوامر لكتابة &quot;MEX nanospringsmex.cpp Point.cpp&quot; سيخلق &quot;nanospringsmex.mexglx&quot; ملف NanospringCarver MATLAB متكاملة للتنفيذ، كما هو مبين في التعليمات أدناه. وإن لم يكن مطلوبا لواجهة المستخدم الرسومية، وإذا رغبت في إصدار مستقل من برنامج NanospringCarver يمكن أن تنشأ عن طريق كتابة &quot;جعل&quot; على سطر الأوامر. هذا وسوف يقوم بتجميع nanosprings.cpp وعناصر البرنامج Point.cpp معا لخلق &quot;نحت&quot; الملف القابل للتنفيذ. في هذا البرنامج التعليمي، و&quot;glasscube.inp&quot; الملف يحتوي على معلومات عن موقف 192000 السيليكون وذرات الأكسجين representin<html> الجا نموذج زجاج السيليكا، مع كل سطر يحتوي على معرف ذرة، نوع الذرة، وX، Y، Z ينسق للذرة. في السطر الأول من الملف العد ذرة الكلي (192000). إحداثيات الذرية في هذا الملف هي قيم نسبية، والتي إذا مضروبا 0.716 سيمثل مسافات نانومتر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> على سطح المكتب، فتح نافذة الصالة. على العديد من إصدارات لينكس إنجاز هذا عن طريق الضغط في نفس الوقت على &quot;السيطرة&quot;، &quot;البديل&quot; ومفاتيح &quot;T&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تغيير الدليل إلى المجلد الذي تم استخراج ملفات المشاريع nanosprings بكتابة: مؤتمر نزع السلاح المستندات / Nanosprings / </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد ذلك، قم بتشغيل الأمر تجميع ثنائي للنظام عن طريق كتابة: المكسيك nanospringsmex.cpp Point.cpp </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بجانب الشروع بكتابة ماتلاب MATLAB على سطر الأوامر </li></ol> 2. تعديل واستخدام واجهة المستخدم الرسومية (GUI) لبرنامج NanospringCarver ove_content &quot;&gt; اتبع الخطوات التالية باستخدام الملفات المتوفرة على شبكة الإنترنت 26. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح في دليل MATLAB بالنقر على أيقونة دليل، على أعلى منطقة شريط الأدوات اليسرى (الشكل 2)، لعرض نافذة جديدة مع بداية سريعة دليل (الشكل 3). </li></ol><img alt="الرقم 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig2highres.jpg" width="600" /> الشكل 2: واجهة المستخدم MATLAB تبين كيفية فتح دليل MATLAB. <img alt="الرقم 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig3highres.jpg" width="600" /> الرقم 3: دليل MATLAB واجهة تهيئة. <ol start="2" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام &quot;فتح واجهة المستخدم الرسومية الموجودة&quot; التبويب (الشكل 4) لتعديل الرقم الحالي. انقر على زر &quot;استعراض&quot; للبحث عن واجهة المستخدم الرسومية القائمةالرقم المراد تعديلها. بعد اختيار الملف رقم (Nanosprings.fig، انظر المربع الأزرق)، انقر على &quot;فتح&quot; على كل النوافذ لعرض نافذة جديدة مع الرقم واجهة المستخدم الرسومية. تحديد موقع الأزرار المتاحة لاستخدامها لخلق واجهة المستخدم الرسومية على اللوحة اليسرى (الشكل 5). </li></ol><img alt="الرقم 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig4highres.jpg" width="600" /> الشكل 4: واجهة دليل MATLAB تبين كيفية فتح ملف العدد واجهة المستخدم الرسومية القائمة. <img alt="الرقم 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig5highres.jpg" width="600" /> الرقم 5: واجهة دليل MATLAB تظهر أدوات لتعديل واجهة المستخدم الرسومية شخصية القائمة. <ol start="3" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> من أجل تشغيل واجهة المستخدم الرسومية، انقر على &quot;تشغيل&quot; تحت &quot;أدوات &quot;القائمة. بعد ذلك، انقر فوق &quot;نعم&quot; عندما يطالبك نافذة منبثقة إذا كنت تريد حفظ الرقم قبل تشغيل. يعرض نافذة جديدة تعديل واجهة المستخدم الرسومية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إذا لزم الأمر، خلق واجهة المستخدم الرسومية آخر لمادة معينة مختلفة باستخدام واجهة المستخدم الرسومية هذا كمثال. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لإعداد المدى سبيل المثال، انقر أولا على &quot;تحديد المدخلات ملف نموذج&quot; زر في الجزء العلوي من واجهة المستخدم الرسومية وانتقل إلى &quot;glasscube.inp&quot; الملف. حدد هذا الملف وانقر فوق &quot;فتح&quot; لإغلاق نافذة التصفح. يجب أن تظهر ملف الإدخال المحدد والمسار إلى الآن في نافذة واجهة المستخدم الرسومية إلى اليمين من زر &quot;المحددة ملف نموذج المدخلات&quot; (الشكل 6). </li></ol><img alt="الرقم 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig6highres.jpg" width="600" /> الرقم 6: لقطة من استخدام واجهة المستخدم الرسومية لإنشاء مثال السيليكا نموذج nanospring. <ol start="6" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد ذلك، استخدم زر &quot;استعراض&quot; في قسم &quot;إخراج نموذج&quot; لاستعراض وحدد الدليل لحفظ الإخراج إلى نموذج. تأكد من أن الدليل الإخراج يتم تحديد بنشاط من أجل المدى ليتم تمكين، على الرغم من وجود الدليل الإخراج المدرجة بالفعل في نافذة المرافق لحق هذا الزر. ملاحظة: تم احتساب &quot;أدفانس معلمات الدنيا بعد&quot; القيمة المذكورة (0.209311 في الشكل 6) خصيصا ل&quot;glasscube.inp&quot; ملف المدخلات المقدمة في هذا المثال، وينبغي أن تترك كما هي. ويمكن احتساب هذه القيمة عند الاقتضاء على أول استخدام للملف الإدخال المختلفة من خلال إدخال قيمة &quot;0&quot; في هذا المكان قبل تشغيل النموذج. في هذا المثال، كل القيم المعلمة هي في وحدات النسبية لتتناسب مع مدخلات الذرية تنسيق النظام. إذا مضروبا 0.716 القيم المعلمة سيمثل مسافات نانومتر. &lt;/ لى&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل المثال باستخدام المعلمات الربيع معين من ص = 1.0، R = 5.0، ص = 1.5، ود = 0.209311 عن طريق الضغط على زر واجهة المستخدم الرسومية &quot;تشغيل&quot;. عرض ردود الفعل من التشغيل في نافذة MATLAB قيادة (الشكل 7). في ردود الفعل، والتحقق التي أكدت المعلمات الربيع، وهذا هو قراءة ملف إدخال البيانات بنجاح، والنتائج المخزنة في ملف الإخراج المسمى &quot;نموذج&quot; موصوفة. </li></ol><img alt="الرقم 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig7highres.jpg" width="500" /> الرقم 7: MATLAB قيادة نافذة ردود الفعل من المدى Nanosprings أساس واجهة المستخدم الرسومية. ملاحظة: في المثال أعلاه، &quot;نموذج&quot; الملف يحتوي على 5176 الذرات التي تتألف منها الربيع المنشود، واحدة في كل سطر، مع السطر الأول إعطاء العدد الكلي للذراتفي الملف. كل سطر تعريف ذرة يتضمن معرف ذرة، نوع الذرة، وX، Y، Z من الإحداثيات التي ذرية. <ol start="8" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بمجرد الانتهاء من واجهة المستخدم الرسومية، نفذ أشواط متتالية بالنقر بزر الماوس الأيمن على &quot;Nanosprings.m&quot; في MATLAB &quot;المجلد الحالي&quot; نافذة، واختيار &quot;تشغيل&quot; لإظهار واجهة المستخدم الرسومية مباشرة. ملاحظة: يتم سرد المراجع 27-31 مختلفة للحصول على معلومات إضافية حول دليل MATLAB واجهة دليل الأساسية. </li></ol> 3. التحقق NanospringCarver نتائج في متخيل المصدر المفتوح 19 مصممة الخطوات التالية للمستخدم العام لتصور والتحقق من نماذج الانتاج الربيع التي أنشأتها NanospringCarver. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام NanospringCarver MATLAB واجهة المستخدم الرسومية على النحو المبين أعلاه لإنشاء ملفات للمساهمة في برنامج التصور 19. عند تشغيل البرنامج التصور، واستخدام &quot;coordin نقطةيأكلون ملف &quot;خيار المدخلات، وتميز أنواع الذرة حسب اللون، وتحديد الحدود الشبكة محور للحقل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس المسافات في نماذج الربيع وجعل رقما قياسيا منهم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مقارنة البيانات تقاس أبعاد الربيع المطلوبة والتحقق من دقة نموذج الربيع. </li></ol> 4. استخدام نتائج NanospringCarver في MD الشد المحاكاة من Nanosprings وتتلخص الخطوات التالية للمستخدم العام لاستخدام نماذج الربيع التي أنشأتها NanospringCarver كمدخل إلى التقليدية مفتوحة المصدر MD رمز 32. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل أحدث إصدار من برنامج مفتوح المصدر LAMMPS برنامج MD. الرجوع إلى الوثائق المرتبطة بها على الانترنت عن أدلة وأمثلة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحديد أبعاد نموذج nanospring المطلوب من أجل إعداد نموذج أولي السيليكا جل الزجاج المناسب، كما ذكرت قبل 18 عاما. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خلق نموذج nanospring المطلوب باستخدام NanospringCarver MATLAB واجهة المستخدم الرسومية (انظر سيction 2 أعلاه). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أداء المحاكاة الشد على nanospring المرجوة، التي تمتد نموذج محوريا 11،13،23. إنتاج شريط فيديو تمثيلي من نموذج nanospring الضغوط التي تواجهها (انظر الشكل رقم 8 أدناه، والرسوم المتحركة الشكل 1) عن التصور والتحليل. وقد تم الإبلاغ عن النتائج العلمية بشأن سلوك الإجهاد والانفعال وصلابة من عدة نماذج nanospring تحت التوتر في أماكن أخرى 23. </li></ol><img alt="الرقم 8" fo:content-width="4in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig8highres.jpg" width="400" /> الرقم 8: لقطة من nanospring السيليكا خلال محاكاة الشد (انظر أيضا المتحركة الشكل 1).

<ol>
	<li>Gao, P. X., 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=Conversion+of+zinc+oxide+nanobelts+into+superlattice-structured+nanohelices.">Conversion of zinc oxide nanobelts into superlattice-structured nanohelices.</a> Science. 309 (5741), 1700-1704 (2005).</li><li>McIlroy, D. N., Zhang, D., Kranov, Y., Norton, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanosprings.">Nanosprings.</a> Appl. Phys. Lett. 79 (10), 1540-1542 (2001).</li><li>He, Y., 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=Multilayered+Si/Ni+nanosprings+and+their+magnetic+properties.">Multilayered Si/Ni nanosprings and their magnetic properties.</a> Small. 3 (1), 153-160 (2007).</li><li>Cammarata, R. C., Sieradzki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+and+interface+stresses.">Surface and interface stresses.</a> Annu. Rev. Mater. Sci. 24 (1), 215-234 (1994).</li><li>Becker, N., 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=Molecular+nanosprings+in+spider+capture-silk+threads.">Molecular nanosprings in spider capture-silk threads.</a> Nat. Mater. 2 (4), 278-283 (2003).</li><li>Singh, J. P., Liu, D. -. L., Ye, D. -. X., Picu, R. C., Lu, T. -. M., Wang, G. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-coated+Si+springs:+nanoelectromechanical+actuators.">Metal-coated Si springs: nanoelectromechanical actuators.</a> Appl. Phys. Lett. 84 (18), 3657-3659 (2004).</li><li>Kim, K. J., Park, K., Lee, J., Zhang, Z. M., King, W. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotopographical+imaging+using+a+heated+atomic+force+microscope+cantilever+probe.">Nanotopographical imaging using a heated atomic force microscope cantilever probe.</a> Sens. Actuators A-Phys. 136 (1), 95-103 (2007).</li><li>Dobrokhotov, V., 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=ZnO+coated+nanospring-based+chemiresistors.">ZnO coated nanospring-based chemiresistors.</a> J. Appl. Phys. 111 (4), 044311-044318 (2012).</li><li>Sai, V. V. R., 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=Chapter+1:+Bio+Sensors,+Diagnostics+&amp;+Imaging.">Chapter 1: Bio Sensors, Diagnostics &amp; Imaging.</a> Nanotechnology 2010: Bio Sensors, Instruments, Medical, Environment and Energy. , 19 (2010).</li><li>Sai, V. V. R., 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=Silica+nanosprings+coated+with+noble+metal+nanoparticles:+highly+active+SERS+substrates.">Silica nanosprings coated with noble metal nanoparticles: highly active SERS substrates.</a> J. Phys. Chem. C. 115 (2), 453-459 (2010).</li><li>Fonseca, d. a., Galv&#227;o, A. F., S, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+of+nanosprings.">Mechanical properties of nanosprings.</a> Phys. Rev.Lett. 92 (17), 175502-175505 (2004).</li><li>Zhang, G., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+characteristics+of+nanoscale+springs.">Mechanical characteristics of nanoscale springs.</a> J. Appl. Phys. 95 (1), 267-271 (2004).</li><li>Fonseca, d. a., Malta, A. F., Galv&#227;o, C. P., S, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+of+amorphous+nanosprings.">Mechanical properties of amorphous nanosprings.</a> Nanotechnology. 17 (22), 5620-5626 (2006).</li><li>Mohedas, I., Garcia, A. P., Buehler, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomechanics+of+biologically+inspired+helical+silica+nanostructures.">Nanomechanics of biologically inspired helical silica nanostructures.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part N: J. Nanoengineering and Nanosystems. 224 (3), 93-100 (2010).</li><li>Chang, I. L., Yeh, M. -. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+atomistic+study+of+nanosprings.">An atomistic study of nanosprings.</a> J. Appl. Phys. 104 (2), 0243051-0243056 (2008).</li><li>Poggi, M. A., 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=Measuring+the+compression+of+a+carbon+nanospring.">Measuring the compression of a carbon nanospring.</a> Nano Lett. 4 (6), 1009-1016 (2004).</li><li>Chen, X., 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=Mechanics+of+a+carbon+nanocoil.">Mechanics of a carbon nanocoil.</a> Nano Lett. 3 (9), 1299-1304 (2003).</li><li>D&#225;vila, L. P., 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=Transformations+in+the+medium-range+order+of+fused+silica+under+high+pressure.">Transformations in the medium-range order of fused silica under high pressure.</a> Phys. Rev. Lett. 91 (20), 2055011-2055014 (2003).</li><li>. Nick Gnedin&#8217;s Ionization FRont Interactive Tool (IFrIT) v. 3.2.8 - A general purpose visualization software [Internet] Available from: <a target="_blank" href="https://sites.google.com/site/ifrithome/">https://sites.google.com/site/ifrithome/</a> (2013)</li><li>Silva, E. C. C. M., Tong, L., Yip, S., Van Vliet, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Size+effects+on+the+stiffness+of+silica+nanowires.">Size effects on the stiffness of silica nanowires.</a> Small. 2 (2), 239-243 (2006).</li><li>D&#225;vila, L. P., Leppert, V. J., Bringa, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanical+behavior+and+nanostructure+of+silica+nanowires+via+simulations.">The mechanical behavior and nanostructure of silica nanowires via simulations.</a> Scripta Mater. 60 (10), 843-846 (2009).</li><li>Doblack, B. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The structure and properties of silica glass nanostructures using novel computational systems [thesis]. , 55-55 (2013).</li><li>Nanospring Models via MATLAB and NanospringCarver. Davila group website [Internet] Available from: <a target="_blank" href="https://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/nanospring-models-via-matlab-nanospringcarver-dissemination-of-research-results-and-products">https://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/nanospring-models-via-matlab-nanospringcarver-dissemination-of-research-results-and-products</a> (2013)</li><li>. Blinkdagger - An Engineering and MATLAB blog [Internet] Available from: <a target="_blank" href="https://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/nanospring-models-via-matlab-nanospringcarver-dissemination-of-research-results-and-products">https://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/nanospring-models-via-matlab-nanospringcarver-dissemination-of-research-results-and-products</a> (2014)</li></ol>

تعلن المؤلفون أنه ليس لديهم المصالح المالية المتنافسة.

تعديل النهج الأصلي لإنشاء الهياكل nanohelical أدت إلى تطوير اثنين من رموز واضحة للسماح بإنشاء كلا nanoribbons وnanosprings من السيليكا بالجملة نموذج الزجاج MD الأولي. وقد تابعت التحقق من nanoribbon السيليكا وnanospring النماذج باستخدام حزم البرامج المختلفة 19-20، الذي أكد دقتها الأبعاد ض?...

A correction was made to <a href="/video/51372">Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization</a>. Online article is missing its 29th author reference.
The reference section has added:
29. MathWorks. Use and create MATLAB MEX-files [Internet]. [Massachusetts]: MathWorks; [cited 2013 May 30]. Available from: http://
www.mathworks.com/help/matlab/call-mex-files-1.html (2014).

A correction was made to <a href="/video/51372">Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization</a>. Online article is missing its 29th author reference.

Erratum: Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

ويتم إنتاج النانو حلزونية عادة في المختبر باستخدام تقنيات ترسيب البخار الكيميائي 1-2، في حين تم الإبلاغ عن أساليب جديدة في الأدب 3. على وجه الخصوص وقد تم دراسة nanosprings وnanoribbons بسبب خصائصها المتميزة والتطبيقات الواعدة في أجهزة الاستشعار، والبصريات، والأجهزة الكهربائية والموائعية 4-7. وقد تم الإبلاغ عن أساليب تجميع لإنتاج السيليكا (شافي 2) nanoribbons، مما يجعل هذه الهياكل وحدات بنة المحتملة لأنظمة هرمية. تركيب رواية nanosprings السيليكا 3D توسعت طلباتهم الى chemiresistors عندما المغلفة مع أكسيد الزنك النانوية أو 8 لتطبيقات تشخيصية 9-10. الدراسات التجريبية على الخواص الميكانيكية للnanosprings السيليكا وnanoribbons نادرة، ويرجع ذلك أساسا إلى القيود الحالية في أساليب التلاعب والاختبار وصناعة اجهزةالإقليم الشمالي. وقد تم الإبلاغ عن التحقيقات في ميكانيكا النانو النانو وnanosprings باستخدام نظرية المحاكاة و11-14. وقد ركزت بعض المحاكاة 13 على السلوك النانوميكانيكية من nanosprings غير متبلور لأنها يمكن استكشاف الأنظمة لا يمكن الوصول إليها بشكل كامل من خلال التجريب. وقد تم الإبلاغ عن الدراسات ذري من nanosprings المعدنية في الأدب للتحقيق الاعتماد حجم خصائص المرونة 15، ومؤخرا ميكانيكا النانو بلورية من حلزوني النانو السيليكا 14. كما تم إجراء الاختبار التجريبي الهياكل nanospring في مواد مختلفة مثل الكربون النانو حلزونية و nanocoils الكربون 16-17. على الرغم من المعرفة تجمعت حتى الآن، وهناك حاجة إلى فهم أكثر اكتمالا من الخواص الميكانيكية لهذه النانو جديدة لجهود nanodevice تلفيق المستقبلية. عن دراسات MD السيليكا زما زالت معشوقة (غير البلورية السيليكا) nanohelices محدودة جدا، والنمذجة ذري مثل هذه الهياكل يتطلب إنشاء رموز مخصصة. لم يتم تحديد أي وسائل بديلة أخرى لخلق زجاج السيليكا نماذج MD حلزونية حتى الآن على البحث الأدب الحديث. في هذا العمل، ومتابعة نهج من أسفل إلى أعلى لنمذجة ذري من حلزونية النانو زجاج السيليكا بما في ذلك nanosprings وnanoribbons على نطاق واسع المحاكاة MD النانوميكانيكية المستقبلية. النهج العام يتضمن إنشاء MD &quot;بالجملة&quot; نموذج زجاج السيليكا كما ذكرت سابقا 18، ونحت من مختلف النانو حلزونية من هذا &quot;الجزء الأكبر&quot; عينة عن طريق اثنين من رموز الكمبيوتر قوية وقابلة للتكيف وضعت لهذا الغرض. كلا الإجراءات الحسابية توفر وسيلة متميزة لخلق nanoribbon وnanospring نماذج بقدر كبير من الكفاءة والتفصيل الذري. هذه الهياكل هي مناسبة لمحاكاة يملك ثرواتها فئات واسعة النطاق.وبالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام مخصصة واجهة المستخدم الرسومية لتسهيل إنشاء والتصور للهياكل حلزونية. يتم إنشاء هيكل &quot;بالجملة&quot; نموذج زجاج السيليكا في البداية في درجة حرارة الغرفة. وتجرى عمليات المحاكاة MD على نطاق واسع لهذا الغرض باستخدام Garofalini بين العناصر إمكانات مشابهة لدراسات مسبقة 18، والتي تتسم بالكفاءة نسبيا حسابيا ومناسبا لأنظمة كبيرة. ويتكون هيكل &quot;بالجملة&quot; زجاج السيليكا الأولي للنموذج تكعيبي (14.3 X 14.3 X 14.3 نانومتر 3) الذي يحتوي على 192000 الذرات. ومعايرتها &quot;بالجملة&quot; نموذج زجاج السيليكا في 300 K 0.5 NSEC للحصول على الحالة الأولية باستخدام شروط الحدود دورية. تم تصميم اثنين من الإجراءات الحسابية والاستفادة منها لخلق nanoribbon السيليكا وnanospring نماذج يملك ثرواتها فئات. يتضمن الأسلوب الأول مقتطعة من nanoribbons السيليكاو&quot;بالجملة&quot; هيكل باستخدام المعادلات المعلمية التي تحدد الحلزون، والهندسة في (الملعب، دائرة نصف قطرها من الحلزون، ونصف قطر الأسلاك). ويشمل هذا الإجراء باستخدام لغة البرمجة AWK، نظام التشغيل لينكس، والمصدر المفتوح التصور البرمجيات 19. الإجراء تكرارية العام لخلق نماذج يملك ثرواتها فئات من nanoribbons يشمل: (1) اختيار الذرة في &quot;بالجملة&quot; نموذج زجاج السيليكا، (2) حساب المسافة من الذرة المحدد إلى نقطة في الفضاء على وظيفة حلزونية محددة مسبقا، (3) مقارنة هذه المسافة إلى نصف قطر nanoribbon المطلوب، و (4) أو رميه حفظ الذرة في نموذج بيانات الناتج. يتم تضمين خطوة بخطوة صفا مفصلا لهذا الأسلوب في رموز قابلة للتطوير المصدر المفتوح المواد التكميلية. مع هذا الأسلوب، تم إنشاء عدة nanoribbons السيليكا باستخدام الملعب مختلفة، دائرة نصف قطرها من الحلزون ونصف قطرها nanoribbon القيم التي تم قياسها لاحقاللتأكد من دقتها ضد القيم الأبعاد المرجوة مع التحليل الجزيئي والبرمجيات التصور 19-20. تم إنشاء نماذج ذري من nanoribbons السيليكا مع هندستها الوظيفية (قيم عالية من الملعب والقيم المنخفضة من دائرة نصف قطرها nanoribbon). بعض القطع الأثرية، التي تتكون من ذرات استبعاد الخطأ، مما يؤدي إلى سطح nanoribbon أقل على نحو سلس، لوحظ ارتفاع في قيم جدا قطرها nanoribbon والقيم الملعب منخفضة للغاية. وقد استخدمت أساليب مماثلة في عملية خلق أسلاك السيليكا 21-23. الطريقة الثانية المعروضة هنا تشمل نحت من nanosprings السيليكا من &quot;بالجملة&quot; هيكل السيليكا عن طريق تطبيق أساليب ما قبل الفحص لزيادة كفاءة بالإضافة إلى المعادلات الرياضية لولب. يتطلب هذا الإجراء بإنشاء C ++ رمز أكثر قوة للسماح بمزيد من المرونة في نمذجة هذه النانو حلزونية. طريقة تكرارية لخلق atomis<html> نماذج من التشنج nanosprings ما يلي: (1) نبذ كل ذرات مضمونة لتقع خارج مسار حلزوني، (2) اختيار حتمي نقطة على مسار حلزوني، (3) المقارنة بين جميع الذرات على مسافة محددة لهذه النقطة المختارة، و (4 ) التخلص أو تخزين كل ذرة في نموذج بيانات الناتج. ويرد وصف خطوة بخطوة لهذا الأسلوب أيضا في تحجيم رموز المفتوح المصدر التكميلي المواد. مع هذا الأسلوب، تم الحصول على عدة نماذج السيليكا nanospring ذات أبعاد مختلفة (نصف قطر الأسلاك، دائرة نصف قطرها من الحلزون، والملعب من nanospring)، و هو مبين في الشكل (1). وقد تم الحصول على نماذج nanospring السيليكا عالية الدقة بكفاءة مع هذا الأسلوب، مع عدم وجود دليل على القطع الأثرية التي عثر عليها في أقصى القيم الملعب (المنخفضة والعالية) لnanospring. ووصف إنشاء واستخدام واجهة المستخدم الرسومية لهذا الأسلوب في قسم البروتوكول. في صفحة = &quot;دائما&quot;&gt; <img alt="الشكل 1" fo:content-width="4in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig1highres.jpg" width="400" /> الشكل 1: بنية حلزونية العام تظهر أبعاد مميزة، حيث تمثل R، R و p نصف قطر الأسلاك، دائرة نصف قطرها من الحلزون، والملعب على التوالي يدل H الارتفاع الكلي للبنية حلزونية 23. يصف هذا البروتوكول كيفية إعداد الملفات NanospringCarver، MATLAB تشغيل 24 على جهاز كمبيوتر لينكس 25، واستخدام واجهة المستخدم الرسومية لإعداد نماذج nanospring يملك ثرواتها فئات. هذه النماذج متوفرة سابقا تخدم كأساس لديناميات الجزيئية الجديدة (MD) المحاكاه نحو 23 بحوث المواد الابتكار. خطوة بخطوة إجراء عام لخلق نماذج nanospring يملك ثرواتها فئات ينطوي استخدام العناصر التالية: (أ) NanospringCarver (الخامس 0.5 بيتا) رمز (مفتوح الحامضم في لغة C ++) و (ب) السيليكا بالجملة نموذج الزجاج (ملف المدخلات)، (ج) MATLAB واجهة المستخدم الرسومية والملفات ذات الصلة، و (د) برنامج MATLAB (الإصدار 7) باستخدام رخصة المحلي على جهاز كمبيوتر لينكس. البنود (أ) - (ج) أعلاه (رمز NanospringCarver، نموذج زجاج السيليكا، ملفات MATLAB GUI) أحرار في تحميل الانترنت 26. MATLAB (مختبر المصفوفة) هي لغة عالية المستوى للحساب العددي، والتصور، وتطوير التطبيقات من ماثووركس 24، والذي يستخدم في الغالب لتصور البيانات وتحليلها، ومعالجة الصور، وعلم الأحياء الحسابي.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>MATLAB numerical computing software</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td><a href="http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html">http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html</a></td>
			<td>See Protocol Introduction and Reference [24]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanospringCarver program code and files</td>
			<td>UC Merced - open source</td>
			<td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td>
			<td>See Protocol Section 1 (Step 1.2) and Reference [26]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB GUI files</td>
			<td>UC Merced - open source</td>
			<td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td>
			<td>See Protocol Section 1 (Step 1.2) and Reference [26]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atomistic bulk glass input file</td>
			<td>UC Merced - open source</td>
			<td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td>
			<td>See Protocol Section 1 (Step 1.2) and Reference [26]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IFrIT visualization software</td>
			<td>Open source software</td>
			<td><a href="http://sites.google.com/site/ifrithome/">http://sites.google.com/site/ifrithome/</a></td>
			<td>See Protocol Section 3 and Reference [19]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LAMMPS molecular dynamics software</td>
			<td>Open source software</td>
			<td><a href="http://www.lammps.sandia.gov/">http://www.lammps.sandia.gov/</a></td>
			<td>See Protocol Section 4 and Reference [32]</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

scalable nanohelices for predictive studies and enhanced 3d visualization

مواد تشبه الربيع في كل مكان في الطبيعة والاهتمام في تكنولوجيا النانو لحصاد الطاقة، وتخزين الهيدروجين، وتطبيقات الاستشعار البيولوجية. عن المحاكاة التنبؤية، فقد أصبح من المهم بصورة متزايدة لتكون قادرة على تصميم نموذج لهيكل nanohelices بدقة. لدراسة تأثير الهيكل المحلي على خصائص هذه هندستها معقدة لا بد من تطوير نماذج واقعية. حتى الآن، وحزم البرمجيات محدودة نوعا ما في خلق نماذج حلزونية يملك ثرواتها فئات. يركز هذا العمل على إنتاج نماذج يملك ثرواتها فئات من الزجاج السيليكا (شافي 2) nanoribbons وnanosprings لديناميات الجزيئية (MD) المحاكاة. باستخدام نموذج MD من &quot;بالجملة&quot; زجاج السيليكا، واثنين من الإجراءات الحسابية لخلق بالضبط شكل nanoribbons وnanosprings يتم عرض. الأسلوب الأول يستخدم لغة البرمجة مفتوحة المصدر والبرمجيات AWK لنحت الأشكال المختلفة على نحو فعال من nanoribbons السيليكا من أنانموذج بالجملة nitial، وذلك باستخدام الأبعاد المطلوبة والمعادلات حدودي لتحديد الحلزون. مع هذا الأسلوب، يمكن أن تتولد دقيقة nanoribbons السيليكا يملك ثرواتها فئات لمجموعة من القيم وأبعاد الملعب. الطريقة الثانية تشمل على رمز أقوى مما يتيح مرونة في الهياكل النمذجة nanohelical. هذا النهج يستخدم ل++ رمز C مكتوبة خاصة لتنفيذ أساليب ما قبل الفحص، وكذلك المعادلات الرياضية لالحلزون، مما أدى إلى مزيد من الدقة والكفاءة عند إنشاء نماذج nanospring. باستخدام هذه الرموز، واضحة المعالم وقابلة للتطوير وnanoribbons nanosprings مناسبة لمحاكاة يملك ثرواتها فئات يمكن إنشاؤها على نحو فعال. قيمة مضافة في كل من رموز المصدر المفتوح هو أنها يمكن تكييفها لإعادة إنتاج هياكل حلزونية مختلفة ومستقلة من المواد. وبالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام واجهة المستخدم الرسومية MATLAB (GUI) لتعزيز التعلم من خلال التصور والتفاعل للمستخدم عام مع طائرات الهليكوبتر ذريهياكل كال. تطبيق واحد من هذه الأساليب هو دراسة حديثة من nanohelices عبر MD المحاكاة لأغراض حصاد الطاقة الميكانيكية.

وتظهر النماذج nanoribbon يملك ثرواتها فئات خلقت مع أول إجراء الحسابية (رمز nanoribbons) والأبعاد المرتبطة بها في الشكل 9. وترد نماذج nanospring الناتجة باستخدام الإجراء الحسابي الثاني (رمز nanosprings) والأبعاد المرتبطة في الشكل 10. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page="always" styl...

Watch this Scientific Journal Video about Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization at JoVE.com

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

النمذجة دقيق للهياكل nanohelical مهم للدراسات المحاكاة التنبؤية مما أدى إلى تطبيقات تكنولوجيا النانو جديدة. حاليا، وحزم البرمجيات وقواعد محدودة في خلق نماذج حلزونية يملك ثرواتها فئات. نقدم اثنين من الإجراءات تهدف إلى خلق نماذج لمحاكاة nanohelical يملك ثرواتها فئات، مع واجهة رسومية لتعزيز البحوث من خلال التصور.

Nanohelices قابلة للدراسات التنبؤية وتعزيز التصور 3D

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing ...

scalable-nanohelices-for-predictive-studies-enhanced-3d

Research

JoVE Journal

Engineering

10.4K Views.  University of California Merced.  النمذجة دقيق للهياكل nanohelical مهم للدراسات المحاكاة التنبؤية مما أدى إلى تطبيقات تكنولوجيا النانو جديدة. حاليا، وحزم البرمجيات وقواعد محدودة في خلق نماذج حلزونية يملك ثرواتها فئات. نقدم اثنين من الإجراءات تهدف إلى خلق نماذج لمحاكاة nanohelical ي...

Video: Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses triangulation between matching points in two views of the same scene at different angles to compute depth.&#160;However, unlike a stereo-based method, DFP uses a digital video projector to replace one of the cameras1. The projector rapidly projects a known sinusoidal pattern onto the subject, and the surface of the subject distorts these patterns in the camera&#8217;s field of view. Three distorted patterns (fringe images) from the camera can be used to compute the depth using triangulation.
Unlike other 3D measurement methods, DFP techniques lead to systems that tend to be faster, lower in equipment cost, more flexible, and easier to develop.&#160;DFP systems can also achieve the same measurement resolution as the camera.&#160;For this reason, DFP and other digital structured light techniques have recently been the focus of intense research (as summarized in1-5). Taking advantage of DFP, the graphics processing unit, and optimized algorithms, we have developed a system capable of 30&#160;Hz 3D video data acquisition, reconstruction, and display for over 300,000 measurement points per frame6,7.&#160;Binary defocusing DFP methods can achieve even greater speeds8.
Diverse applications can benefit from DFP techniques. Our collaborators have used our systems for facial function analysis9, facial animation10, cardiac mechanics studies11, and fluid surface measurements, but many other potential applications exist.&#160;This video will teach the fundamentals of DFP techniques and illustrate the design and operation of a binary defocusing DFP system.

This video describes the fundamentals of digital fringe projection techniques, which provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;It also demonstrates the design and operation of a high-speed binary defocusing system based on these techniques.

عالية الدقة، والسرعة الفائقة، والتصوير ثلاثي الأبعاد الفيديو مع تقنيات الإسقاط هامش الرقمية

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we present the fabrication protocol for a multilayered SAW acoustic counterflow device. The device is fabricated starting from a lithium niobate (LN) substrate onto which two interdigital transducers (IDTs) and appropriate markers are patterned. A polydimethylsiloxane (PDMS) channel cast on an SU8 master mold is finally bonded on the patterned substrate. Following the fabrication procedure, we show the techniques that allow the characterization and operation of the acoustic counterflow device in order to pump fluids through the PDMS channel grid. We finally present the procedure to visualize liquid flow in the channels. The protocol is used to show on-chip fluid pumping under different flow regimes such as laminar flow and more complicated dynamics characterized by vortices and particle accumulation domains.

In this video we first describe fabrication and operation procedures of a surface acoustic wave (SAW) acoustic counterflow device. We then demonstrate an experimental setup that allows for both qualitative flow visualization and quantitative analysis of complex flows within the SAW pumping device.

تصنيع وتشغيل والتصور التدفق في سطح الموجة الصوتية يحركها الموائع الدقيقة الصوتية معاكس

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we ...

Novel 3D/VR Interactive Environment for MD Simulations, Visualization and Analysis

The increasing development of computing (hardware and software) in the last decades has impacted scientific research in many fields including materials science, biology, chemistry and physics among many others. A new computational system for the accurate and fast simulation and 3D/VR visualization of nanostructures is presented here, using the open-source molecular dynamics (MD) computer program LAMMPS. This alternative computational method uses modern graphics processors, NVIDIA CUDA technology and specialized scientific codes to overcome processing speed barriers common to traditional computing methods. In conjunction with a virtual reality system used to model materials, this enhancement allows the addition of accelerated MD simulation capability. The motivation is to provide a novel research environment which simultaneously allows visualization, simulation, modeling and analysis. The research goal is to investigate the structure and properties of inorganic nanostructures (e.g., silica glass nanosprings) under different conditions using this innovative computational system. The work presented outlines a description of the 3D/VR Visualization System and basic components, an overview of important considerations such as the physical environment, details on the setup and use of the novel system, a general procedure for the accelerated MD enhancement, technical information, and relevant remarks. The impact of this work is the creation of a unique computational system combining nanoscale materials simulation, visualization and interactivity in a virtual environment, which is both a research and teaching instrument at UC Merced.

A new computational system featuring GPU-accelerated molecular dynamics simulation and 3D/VR visualization, analysis and manipulation of nanostructures has been implemented, representing a novel approach to advance materials research and promote innovative investigation and alternative methods to learn about material structures with dimensions invisible to the human eye.

رواية 3D / VR بيئة تفاعلية لMD المحاكاة، والتصور والتحليل

The increasing development of computing (hardware and software) in the last decades has impacted scientific research in many fields including materials ...

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to a different substrate by utilizing elastomeric stamps. Transfer printing enables the integration of heterogeneous materials to fabricate unexampled structures or functional systems that are found in recent advanced devices such as flexible and stretchable solar cells and LED arrays. While transfer printing exhibits unique features in material assembly capability, the use of adhesive layers or the surface modification such as deposition of self-assembled monolayer (SAM) on substrates for enhancing printing processes hinders its wide adaptation in microassembly of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. To overcome this shortcoming, we developed an advanced mode of transfer printing which deterministically assembles individual microscale objects solely through controlling surface contact area without any surface alteration. The absence of an adhesive layer or other modification and the subsequent material bonding processes ensure not only mechanical bonding, but also thermal and electrical connection between assembled materials, which further opens various applications in adaptation in building unusual MEMS devices.

This paper introduces a 3D additive micromanufacturing strategy (termed &#8216;micro-masonry&#8217;) for the flexible fabrication of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. This approach involves transfer printing-based assembly of micro/nanoscale materials in conjunction with rapid thermal annealing-enabled material bonding techniques.

الصغرى البناء ل 3D المضافة Micromanufacturing

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules is reported. The entire sequence of relevant experimental steps is described, involving the fabrication of nanostructured substrates using electron beam lithography, immobilization of biomolecules on the substrates, and their characterization utilizing surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). Three different designs of nano-biological systems are employed, including protein A, glucose binding protein, and a dopamine binding DNA aptamer. In the latter two cases, the binding of respective ligands, D-glucose and dopamine, is also included. The three kinds of biomolecules are immobilized on nanostructured substrates by different methods, and the results of SERS imaging are reported. The capabilities of SERS to detect vibrational modes from surface-immobilized proteins, as well as to capture the protein-ligand and aptamer-ligand binding are demonstrated. The results also illustrate the influence of the surface nanostructure geometry, biomolecules immobilization strategy, Raman activity of the molecules and presence or absence of the ligand binding on the SERS spectra acquired.

We describe the fabrication and characterization of nano-biological systems interfacing nanostructured substrates with immobilized proteins and aptamers. The relevant experimental steps involving lithographic fabrication of nanostructured substrates, bio-functionalization, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) characterization, are reported. SERS detection of surface-immobilized proteins, and probing of protein-ligand and aptamer-ligand binding is demonstrated.

سطح تعزيز رامان الطيفي كشف الجزيئات الحيوية عن طريق EBL مصنعة ذات البنية النانومترية ركائز

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy

The construction of physical three-dimensional (3D) models of biomolecules can uniquely contribute to the study of the structure-function relationship. 3D structures are most often perceived using the two-dimensional and exclusively visual medium of the computer screen. Converting digital 3D molecular data into real objects enables information to be perceived through an expanded range of human senses, including direct stereoscopic vision, touch, and interaction. Such tangible models facilitate new insights, enable hypothesis testing, and serve as psychological or sensory anchors for conceptual information about the functions of biomolecules. Recent advances in consumer 3D printing technology enable, for the first time, the cost-effective fabrication of high-quality and scientifically accurate models of biomolecules in a variety of molecular representations. However, the optimization of the virtual model and its printing parameters is difficult and time consuming without detailed guidance. Here, we provide a guide on the digital design and physical fabrication of biomolecule models for research and pedagogy using open source or low-cost software and low-cost 3D printers that use fused filament fabrication technology.

Physical models of biomolecules can facilitate an understanding of their structure-function for the researcher, aid in communication between researchers, and serve as an educational tool in pedagogical endeavors. Here, we provide detailed guidance for the 3D printing of accurate models of biomolecules using fused filament fabrication desktop 3D printers.

3D طباعة نماذج الجزيئية البيولوجية للبحوث والتربية

The construction of physical three-dimensional (3D) models of biomolecules can uniquely contribute to the study of the structure-function relationship. 3D ...

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a polymer film. This paper also presents a low-cost, vacuum-free fabrication method for this novel TE; the approach combines lithography, electroplating, and imprint transfer (LEIT) processing. The embedded nature of the EMTEs offers many advantages, such as high surface smoothness, which is essential for organic electronic device production; superior mechanical stability during bending; favorable resistance to chemicals and moisture; and strong adhesion with plastic film. LEIT fabrication features an electroplating process for vacuum-free metal deposition and is favorable for industrial mass production. Furthermore, LEIT allows for the fabrication of metal mesh with a high aspect ratio (i.e., thickness to linewidth), significantly enhancing its electrical conductance without adversely losing optical transmittance. We demonstrate several prototypes of flexible EMTEs, with sheet resistances lower than 1 &#937;/sq and transmittances greater than 90%, resulting in very high figures of merit (FoM) &#8211; up to 1.5 x 104 &#8211; which are amongst the best values in the published literature.

This protocol describes a solution-based fabrication strategy for high-performance, flexible, transparent electrodes with fully-embedded, thick metal mesh. Flexible transparent electrodes fabricated by this process demonstrate among the highest reported performances, including ultra-low sheet resistance, high optical transmittance, mechanical stability under bending, strong substrate adhesion, surface smoothness, and environmental stability.

قابلة للتطوير حل معالجتها استراتيجية تصنيع عالية الأداء، مرنة، أقطاب شفافة مع شبكة معدنية جزءا لا يتجزأ

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

Scalable Quantum Integrated Circuits on Superconducting Two-Dimensional Electron Gas Platform

To form a coherent quantum transport in hybrid superconductor-semiconductor (S-Sm) junctions, the formation of a homogeneous and barrier-free interface between two different materials is necessary. The S-Sm junction with high interface transparency will then facilitate the observation of the induced hard superconducting gap, which is the key requirement to access the topological phases (TPs) and observation of exotic quasiparticles such as Majorana zero modes (MZM) in hybrid systems. A material platform that can support observation of TPs and allows the realization of complex and branched geometries is therefore highly demanding in quantum processing and computing science and technology. Here, we introduce a two-dimensional material system and study the proximity induced superconductivity in semiconducting two-dimensional electron gas (2DEG) that is the basis of a hybrid quantum integrated circuit (QIC). The 2DEG is a 30 nm thick In0.75Ga0.25As quantum well that is buried between two In0.75Al0.25As barriers in a heterostructure. Niobium (Nb) films are used as the superconducting electrodes to form Nb- In0.75Ga0.25As -Nb Josephson junctions (JJs) that are symmetric, planar and ballistic. Two different approaches were used to form the JJs and QICs. The long junctions were fabricated photolithographically, but e-beam lithography was used for short junctions&#8217; fabrication. The coherent quantum transport measurements as a function of temperature in the presence/absence of magnetic field B are discussed. In both device fabrication approaches, the proximity induced superconducting properties were observed in the In0.75Ga0.25As 2DEG. It was found that e-beam lithographically patterned JJs of shorter lengths result in observation of induced superconducting gap at much higher temperature ranges. The results that are reproducible and clean suggesting that the hybrid 2D JJs and QICs based on In0.75Ga0.25As quantum wells could be a promising material platform to realize the real complex and scalable electronic and photonic quantum circuitry and devices.

Quantum integrated circuits (QICs) consisting of array of planar and ballistic Josephson junctions (JJs) based on In0.75Ga0.25As two-dimensional electron gas (2DEG) is demonstrated. Two different methods for fabrication of the two-dimensional (2D) JJs and QICs are discussed followed by the demonstration of quantum transport measurements in sub-Kelvin temperatures.

الدوائر المتكاملة الكم قابلة للتحجيم على فائقة التوصيل ثنائي الأبعاد منصة الغاز الإلكترون

To form a coherent quantum transport in hybrid superconductor-semiconductor (S-Sm) junctions, the formation of a homogeneous and barrier-free interface ...

Scalable Stamp Printing and Fabrication of Hemiwicking Surfaces

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. This wetting phenomenon is important in many technical fields ranging from physiology to aerospace engineering. Currently, several different techniques exist for fabricating hemiwicking structures. These conventional methods, however, are often time consuming and are difficult to scale-up for large areas or are difficult to customize for specific, nonhomogeneous patterning geometries. The presented protocol provides researchers with a simple, scalable, and cost-effective method for fabricating micro-patterned hemiwicking surfaces. The method fabricates wicking structures through the use of stamp printing, polydimethylsiloxane (PDMS) molding, and thin-film surface coatings. The protocol is demonstrated for hemiwicking with ethanol on PDMS micropillar arrays coated with a 70 nm thick aluminum thin-film.

A simple protocol is provided for the fabrication of hemiwicking structures of varying sizes, shapes, and materials. The protocol uses a combination of physical stamping, PDMS molding, and thin-film surface modifications via common materials deposition techniques.

ختم قابلة الطباعة وتصنيع الأسطح هيميويكينج

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. ...

3D Printing - Evaluating Particle Emissions of a 3D Printing Pen

Three-dimensional (3D) printing as a type of additive manufacturing shows continuing increase in application and consumer popularity. The fused filament fabrication (FFF) is an inexpensive method used most frequently by consumers. Studies with 3D printers have shown that during the printing process particulate and volatile substances are released. Handheld 3D printing pens also use the FFF method but the consumer&#8217;s proximity to the 3D pens gives reason to higher exposure compared to a 3D printer. At the same time, 3D printing pens are often marketed for children who could be more sensitive to the printing emission. The aim of this study was to implement a low cost method to analyze the emissions of 3D printing pens. Polylactide (PLA) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) filaments of different colors were tested. In addition, filaments containing metal and carbon nanotubes (CNTs) were analyzed. An 18.5 L chamber and sampling close to the emission source was used to characterize emissions and concentrations near the breathing zone of the user.
Particle emissions and particle size distributions were measured and the potential release of metal particles and CNTs investigated. Particle number concentrations were found in a range of 105 - 106 particles/cm3, which is comparable to previous reports from 3D printers. Transmission electron microscopy (TEM) analysis showed nanoparticles of the different thermoplastic materials as well as of metal particles and CNTs. High contents of metal were observed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).
These results call for a cautious use of 3D pens due to potential risk to the consumers.

This protocol presents a method to analyze the emission of 3D printing pens. Particle concentration and particle size distribution of the released particle is measured. Released particles are further analyzed with transmission electron microscopy (TEM). Metal content in filaments is quantified by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).

الطباعة ثلاثية الأبعاد - تقييم انبعاثات الجسيمات من قلم الطباعة ثلاثية الأبعاد

Three-dimensional (3D) printing as a type of additive manufacturing shows continuing increase in application and consumer popularity. The fused filament ...