This work was supported by the Natural Science and Engineering Research Council of Canada (Discovery Grant No. 122795-2010) and the program of the Canada Research Chair in Quantum Semiconductors (JJD). The help provided by Xiaohuan Xuang, Mohamed Walid Hassen and technical assistance of Sonia Blais of the Universit&#233; de Sherbrooke Centre de caract&#233;risation de mat&#233;riaux (CCM) in collecting XPS data are greatly appreciated. NL acknowledges the Merit Scholarship Program for Foreign Student, Fonds de recherche du Qu&#233;bec - Nature et technologies, for providing a graduate student scholarship.

التحضير 1. عينة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام الكاتب diamode ليلتصق لمن نوع ن (P-مخدر) مصقول من جانب واحد سي ويفر (المقاومية 3.1 ~ 4.8 Ω.m) الذي هو 3 بوصة في القطر، 380 ميكرون سميكة، في عينات من 12 مم × 6 مم؛ تنظيف العينات في OptiClear، والأسيتون والكحول الآيزوبروبيل (5 دقائق لكل خطوة). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عينات حفر في ~ 0.9٪ محلول HF لمدة 1 دقيقة لحفر بعيدا أكسيد الأولي. شطف في الماء DI وجاف في عالية النقاء (99.999٪) النيتروجين (N 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مخزن إعداد العينات في N 2 كيس للحد من الأكسدة في الهواء. </li></ol> 2. أشرق العينات من قبل المنتدى الاقليمى للاسيان (λ = 193 نانومتر) وKRF (λ = 248 نانومتر) ليزر. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عينات من مكان في 0.74 ملم غرفة طويل القامة ثم ختم غرفة مع نافذة السيليكا تنصهر التي لديها انتقال عالية في الأشعة فوق البنفسجية (≥90٪). تملأ الغرفة مع H 2 O 2 / H 2 O الحل في حدود 0،01 حتي 0،2٪ أو مع ميثاء نزع الغازنول باستخدام قناة ميكروفلويديك. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أشرق العينات مع المتجانس المنتدى الاقليمى للاسيان أو KRF الليزر في demagnification 2.6 و 1.8 على التوالي. أشرق فقط 2 المواقع على كل عينة عن طريق زيادة نبضات الليزر 100-600 في خطوة من 100 البقول من خلال قناع دائري (4 مليمتر في القطر). أشرق العينات بنفس الطريقة مع &quot;مابل ليف&quot; (9 مم × 7.2 مم) قناع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عينات شطف في الماء DI، الجافة مع N 2 دافق؛ وضع العينات في وعاء مختوم، ثم ملء بسرعة هذه الحاوية مع N 2، من أجل تجنب التعرض للهواء قبل إجراء مزيد من التجارب. </li></ol> 3. Nanospheres الشلل من الحيوية مترافق <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تمييع nanospheres 40 نانومتر-قطر-البيوتين مترافق فلوريسئين والملون في المياه المالحة 7.4 درجة الحموضة الفوسفات (PBS، 1X) حل ل10 12 الجسيمات / مل في RT (~ 25 درجة مئوية). تزج الليزر المشع عينات ARF أو KRF ل2 &amp;# 160؛ ساعة في هذا الحل في RT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غسل العينات مع PBS للقضاء المربوطة جسديا فلوريسئين nanospheres الملون على السطح. </li></ol> توصيف 4. سطح <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> زاوية الاتصال (CA) قياس <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إجراء قياسات CA ثابتة مع مقياس الزوايا في بيئة RT والرطوبة المحيطة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توظيف عالية النقاء المياه DI (المقاومة 17.95 MΩ · سم) في محقنة الصغير؛ توليد حجم مماثل (~ 5 ميكرولتر) يسقط على سطح العينة عن طريق خفض حقنة صغيرة إلى ارتفاع مماثل لكل قياس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التقاط وحفظ قطرات الماء صور لملامحها بواسطة كاميرا CCD مع البرنامج. قياس مستقل 4 مواقع مختلفة مع ظروف التشعيع نفسها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تقدير ومتوسط ​​قيم CA في انخفاض حدة تحليل من برنامج يماغيج. تحميل الصور وتغييره إلى الرمادي. إطلاق المساعد Dropsnake. وضع ما يقرب من بضعة عقدة على كفاف قطرة (~ 10 عقدة) من اليسار إلىالحق في تهيئة ثعبان. قبول منحنى ربط هذه عقدة، وتتطور منحنى بواسطة زر ثعبان الملحة. ملاحظة: يتم عرض زوايا الاتصال في الصورة والطاولة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس XPS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التحقيق التعديل الكيميائي السطح مع مطياف XPS (1X10 -9 عربة ضغط قاعدة) تجهيزه مع مصدر آل Kα يعملون في 150 W: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل العينات في فراغ الغرفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الحصول على بيانات مسح السطح في أوضاع الطاقة ثابتة من 50 فولت تمرير الطاقة من مساحة 220 ميكرون × 220 ميكرون. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الحصول على بيانات مسح عالية الدقة من نفس المنطقة تحليلها على 20 فولت تمر الطاقة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عملية XPS البيانات أطياف مع XPS أطياف البرمجيات الكمي، كما المشار 25،26. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مضان التصوير المجهر <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثير العينات، التي تم المشع من خلال &quot;مابل ليف&quot; قناع وتتعرض لفلوريسئين nanospheres الملون، وذلك باستخداممصدر الضوء الأزرق (λ = 450 ~ 490 نانومتر). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نلاحظ الصور الفلورسنت، وتنبعث منها في 515 نانومتر، مع المجهر مضان مقلوب في التكبير من 4X. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تميز مورفولوجية سطح هذه العينات مع AFM، والمشار إليها (27). </li></ol></li></ol>

The authors have nothing to disclose.

اقترحنا على بروتوكول للأشعة فوق البنفسجية أشعة الليزر سي رقاقة في غرفة ميكروفلويديك مليئة تركيز منخفض من H 2 O 2 حل للحث على سي سطح فائقة المحبة للماء، الذي يرجع أساسا إلى توليد سي-OH. وكان من المفترض UV التحلل الضوئي ليزر من H 2 O 2 لتشكيل سالبة الشحنة OH - ا?...

جعلت الخصائص الإلكترونية والكيميائية الرائعة وكذلك ارتفاع القوة الميكانيكية السيليكون (سي) خيارا مثاليا لأجهزة الإلكترونيات الدقيقة والرقائق الطبية 1. تلقت مراقبة المنطقة انتقائية من سطح سي اهتماما كبيرا في التطبيقات التي تنطوي غالبا ما يتم الحصول ميكروفلويديك وأجهزة مختبر على رقاقة 2،3. هذا إما عن طريق تعديل نانو النطاق للخشونة السطح أو عن طريق المعالجة الكيميائية لسطح 4. والتخشين السطحي أو الزخرفة لإنتاج هياكل سطح المختلين أو أمر على سطح سي تشمل ضوئيه 5، شعاع ايون الطباعة الحجرية 6 وتقنيات الليزر 7. مقارنة مع هذه الأساليب، وتفيد التقارير سطح ليزر عملية التركيب لتكون أقل تعقيدا مع القدرة على إنتاج المجهرية لقرار مكانية عالية 8. لكن، وكما سي لديه عتبة التركيب مرتفعة، الأمر الذي يتطلب التشعيع مع نبض فلوينس لحمل التركيب السطحي تتجاوز عتبة الاجتثاث لها (~ 500 ميغا جول / سم 2) 9، وكثيرا ما ساعد التركيب من سطح سي من خلال توظيف أجواء الغاز على رد الفعل، مثل الضغط العالي SF 6 البيئة 4،7،8. ونتيجة لذلك، لتعديل بلل السطح سي، ركزت العديد من الأعمال على المعالجة الكيميائية عن طريق إيداع العضوية وغير العضوية 10 أفلام 2، أو باستخدام البلازما أو شعاع الالكترون المعالجة السطحية 11،12. ومن المسلم به أن hydrophilicity سي النابعة من وجود مجموعات OH المفرد وما يرتبط بها من على سطحه ويمكن تحقيق ذلك عن طريق الغليان في H 2 O 2 الحل عند 100 درجة مئوية لعدة دقائق (13). ومع ذلك، فإن الدول سطح سي مسعور، ومعظمها بسبب وجود سي-H أو سي-O-CH 3 مجموعات، ويمكن أن يتحقق عن طريق التعامل مع المواد الكيميائية التي تنطوي على الرطب الحفر بمحلول حامض HF أو طلاء مع مقاومة للضوء 13-15. لتحقيق السيطرة المنطقة الانتقائية للبلل سي، وعادة ما يطلب خطوات الزخرفة المعقدة، بما في ذلك العلاج في المحاليل الكيميائية 16. كما تم استخدام التفاعلات الكيميائية عالية من أشعة الليزر فوق البنفسجية لفيلم العضوي عملية منطقة انتقائية المغلفة ركائز متينة وتعديل بلل بها 17. ومع ذلك، فإن كمية محدودة من البيانات متاح في تعديل بمساعدة الليزر سي بلل بواسطة أشعة عينات مغمورة في المحاليل الكيميائية المختلفة. في بحثنا السابق، تم استخدام الأشعة فوق البنفسجية أشعة الليزر من أشباه الموصلات III-V في الهواء 18-20 وNH 3 21 بنجاح لتغيير التركيب الكيميائي سطح الغاليوم، InGaAs والبرنامج النووي العراقي. أنشأنا أن أشعة الليزر فوق البنفسجية من أشباه الموصلات III-V في منزوع الأيونات (DI) الماء يقلل أكاسيد السطح وكربيد، في حين أن المياه كثف على سطح أشباه الموصلات يزيد 22. سطح مسعور سي بقوة (CA ~ 103 °) تم الحصول عليها عن طريق المنتدى الاقليمى للاسيان أشعة الليزر من عينات سي في الميثانول في عملنا الأخير 23. كما يتبين من الأشعة السينية الضوئية الطيفي (XPS)، وهذا يرجع أساسا إلى قدرة الليزر المنتدى الاقليمى للاسيان لphotodissociate CH 3 OH. وقد استخدمنا أيضا KRF والليزر المنتدى الاقليمى للاسيان لأشرق سي (001) في 0.01٪ من H 2 O 2 في المياه DI. هذا يسمح لنا لتحقيق تشكيل منطقة مختارة من سطح فائقة المحبة للماء سي (001) والتي تتميز CA من حوالي 15 درجة. وتشير نتائج XPS أن هذا يرجع إلى جيل من السندات سي-OH على سطح المشع 24. ويتجلى وصفا مفصلا لهذه التقنية الجديدة باستخدام KRF والليزر المنتدى الاقليمى للاسيان لمنطقة انتقائية تعديل الموقع من ماء / سطح مسعور من سطح سي في في تركيز منخفض من H 2 O 2 / H 2 O وحلول الميثانول في هذه المقالة. التفاصيل الواردة هنا ينبغي أن يكون كافياالسماح تجارب مماثلة التي يتعين القيام بها من قبل الباحثين المهتمين.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>fluorescein stained nanospheres</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>F8795</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OptiClear</td>
			<td>National Diagnostics</td>
			<td>OE-101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ArF laser (&#955;=193 nm)</td>
			<td>Lumonics</td>
			<td>pulse master 800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KrF laser (&#955;=248 nm)</td>
			<td>Lumonics</td>
			<td>pulse master 800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XPS</td>
			<td>Kratos Analytical</td>
			<td>AXIS Ultra DLD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescence microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>IX71</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XPS quantitification software</td>
			<td>CasaXPS</td>
			<td>2.3.15</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

selective area modification of silicon surface wettability by pulsed uv laser irradiation in liquid environment

وبلل من السيليكون (سي) هي واحدة من المعالم الهامة في تكنولوجيا functionalization سطح هذه المواد وتصنيع الأجهزة biosensing. نفيدكم على بروتوكول استخدام KRF والمنتدى الاقليمى للاسيان الليزر تشعيع سي (001) عينة مغمورة في البيئة السائلة مع عدد قليل من البقول وتعمل على fluences نبض انخفاض معتدل للحث سي بلل التعديل. رقائق مغمورة لمدة تصل إلى 4 ساعات في 0.01٪ H 2 O 2 / H 2 O الحل لم تظهر تغيير ملموس في حياتهم زاوية الاتصال الأولية (CA) ~ 75 درجة. ومع ذلك، فإن 500 نبضة KRF والليزر المنتدى الاقليمى للاسيان تشعيع هذه الرقائق في microchamber مليئة 0.01٪ H 2 O 2 / H 2 O حل في 250 و 65 ميغا جول / سم 2، على التوالي، انخفض CA في القريب 15 درجة، مشيرا إلى تشكيل سطح فائقة المحبة للماء. تشكيل OH إنهاء سي (001)، مع عدم وجود تغيير ملموس من مورفولوجيا سطح الرقاقة، لديهاأكدته الأشعة السينية الضوئية الطيفي وقياسات قوة المجهر الذرية. ثم تم غمر العينات منطقة انتقائية المشع في nanospheres الملطخة فلوريسئين حل البيوتين مترافق لمدة 2 ساعة، مما أدى إلى شل حركة الناجح لnanospheres في منطقة غير المشع. وهذا يوضح إمكانيات أسلوب انتقائي biofunctionalization المنطقة وتصنيع متقدمة أبنية biosensing أساس سي. نحن أيضا وصف بروتوكول مماثل للإشعاع من رقائق مغمورة في الميثانول (CH 3 OH) باستخدام الليزر المنتدى الاقليمى للاسيان التي تعمل على النبض فلوينس من 65 ميغا جول / سم 2 وتشكيل الموقع من سطح مسعور بقوة سي (001) مع CA من 103 °. نتائج XPS تشير الليزر التي يسببها تشكيل المنتدى الاقليمى للاسيان من Si- (اوتش 3) س المركبات المسؤولة عن للا مائية الملاحظة. ومع ذلك، لا توجد هذه المركبات عن طريق XPS على سطح سي المشع التي كتبها KRF الليزر في الميثانول، مما يدل علىعدم قدرة الليزر KRF إلى photodissociate الميثانول وخلق -OCH 3 المتطرفين.

تم عرض هذه النتائج تمثيلية في عملنا نشرت السابق 23،24 الشكل 1 يوضح CA مقابل N (عدد النبضات) على مواقع المشع التي كتبها KRF الليزر على 250 ميغا جول / سم 2 في DI H 2 O لتركيزات مختلفة من H 2 O 2 / H 2 O حلول (على سبيل المثال، 0.01، 0.02، 0.05 و 0.2٪). يقلل ?...

Watch this Scientific Journal Video about Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment at JoVE.com

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

نحن تقريرا عن عملية التغيير في الموقع من HF تعامل سي (001) السطح إلى دولة ماء أو مسعور من قبل تشعيع العينات في غرف ميكروفلويديك مليئة H 2 O 2 / H 2 O الحل (0.01٪ -0.5٪) أو حلول الميثانول باستخدام نابض ليزر الأشعة فوق البنفسجية من النسبية منخفضة نبض فلوينس.

انتقائية المساحة تعديل السيليكون بلل السطح بواسطة الليزر النبضي للأشعة فوق البنفسجية تشعيع في البيئة السائلة

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

selective-area-modification-silicon-surface-wettability-pulsed-uv

Research

JoVE Journal

Engineering

8.2K Views.  Université de Sherbrooke.  نحن تقريرا عن عملية التغيير في الموقع من HF تعامل سي (001) السطح إلى دولة ماء أو مسعور من قبل تشعيع العينات في غرف ميكروفلويديك مليئة H 2 O 2 / H 2 O الحل (0.01٪ -0.5٪) أو حلول الميثانول باستخدام نابض ليزر الأشعة فوق البنفسجية من النسبية ?...

Video: Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a significant role in laser-material interaction, especially in the air environment1-11.
Early plasma evolution has been captured through pump-probe shadowgraphy1-3 and interferometry1,4-7. However, the studied time frames and applied laser parameter ranges are limited. For example, direct examinations of plasma front locations and electron number densities within a delay time of 100 picosecond (ps) with respect to the laser pulse peak are still very few, especially for the ultrashort pulse of a duration around 100 femtosecond (fs) and a low power density around 1014 W/cm2. Early plasma generated under these conditions has only been captured recently with high temporal and spatial resolutions12. The detailed setup strategy and procedures of this high precision measurement will be illustrated in this paper. The rationale of the measurement is optical pump-probe shadowgraphy: one ultrashort laser pulse is split to a pump pulse and a probe pulse, while the delay time between them can be adjusted by changing their beam path lengths. The pump pulse ablates the target and generates the early plasma, and the probe pulse propagates through the plasma region and detects the non-uniformity of electron number density. In addition, animations are generated using the calculated results from the simulation model of Ref. 12 to illustrate the plasma formation and evolution with a very high resolution (0.04 ~ 1 ps).
Both the experimental method and the simulation method can be applied to a broad range of time frames and laser parameters. These methods can be used to examine the early plasma generated not only from metals, but also from semiconductors and insulators.

An experimental method to examine the early plasma evolution induced by ultrashort laser pulses is described. Using this method, high quality images of early plasma are obtained with high temporal and spatial resolutions. A novel integrated atomistic model is used to simulate and explain the mechanisms of early plasma.

التحقيق في التطور المبكر البلازما المستحثة بواسطة الليزر فائقة القصر البقول

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a ...

Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. From the measured surface, 3D topographic maps can be subsequently analyzed using a variety of software packages to extract the information that is needed.
In this article we describe how white light interferometry, and optical profilometry (OP) in general, combined with generic surface analysis software, can be used for materials science and engineering tasks. In this article, a number of applications of white light interferometry for investigation of surface modifications in mass spectrometry, and wear phenomena in tribology and lubrication are demonstrated. We characterize the products of the interaction of semiconductors and metals with energetic ions (sputtering), and laser irradiation (ablation), as well as ex situ measurements of wear of tribological test specimens.
Specifically, we will discuss:
<ol class="lroman">
	<li>Aspects of traditional ion sputtering-based mass spectrometry such as sputtering rates/yields measurements on Si and Cu and subsequent time-to-depth conversion.</li>
	<li>Results of quantitative characterization of the interaction of femtosecond laser irradiation with a semiconductor surface. These results are important for applications such as ablation mass spectrometry, where the quantities of evaporated material can be studied and controlled via pulse duration and energy per pulse. Thus, by determining the crater geometry one can define depth and lateral resolution versus experimental setup conditions.</li>
	<li>Measurements of surface roughness parameters in two dimensions, and quantitative measurements of the surface wear that occur as a result of friction and wear tests.</li>
</ol>
Some inherent drawbacks, possible artifacts, and uncertainty assessments of the white light interferometry approach will be discussed and explained.

White light microscope interferometry is an optical, noncontact and quick method for measuring the topography of surfaces. It is shown how the method can be applied toward mechanical wear analysis, where wear scars on tribological test samples are analyzed; and in materials science to determine ion beam sputtering or laser ablation volumes and depths.

توصيف التعديلات السطحية من التداخل الضوء الأبيض: تطبيقات في التتفيل ايون، التذرية الليزر، والتجارب علم احتكاك المفاصل

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. ...

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition of metal oxides with tunable morphology, structure, density and stoichiometry by a proper control of the plasma plume expansion dynamics. Such versatility can be exploited to produce nanostructured films from compact and dense to nanoporous characterized by a hierarchical assembly of nano-sized clusters. In particular we describe the detailed methodology to fabricate two types of Al-doped ZnO (AZO) films as transparent electrodes in photovoltaic devices: 1) at low O2 pressure, compact films with electrical conductivity and optical transparency close to the state of the art transparent conducting oxides (TCO) can be deposited at room temperature, to be compatible with thermally sensitive materials such as polymers used in organic photovoltaics (OPVs); 2) highly light scattering hierarchical structures resembling a forest of nano-trees are produced at higher pressures. Such structures show high Haze factor (&gt;80%) and may be exploited to enhance the light trapping capability. The method here described for AZO films can be applied to other metal oxides relevant for technological applications such as TiO2, Al2O3, WO3 and Ag4O4.

We describe the experimental method to deposit nanostructured oxide thin films by nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas. By using this method Al-doped ZnO (AZO) films, from compact to hierarchically structured as nano-tree forests, can be deposited.

تلفيق نانو هندسيا إجراء أكاسيد شفافة من ترسب الليزر النبضي

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface

Two apparatuses for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device (for examining surface speeds between 0 and 25 m/sec) and a spinning disk device (for examining surface speeds between 15 and 100 m/sec). The air cannon linear traverse is a pneumatic energy-powered system that is designed to accelerate a metal rail surface mounted on top of a wooden projectile. A pressurized cylinder fitted with a solenoid valve rapidly releases pressurized air into the barrel, forcing the projectile down the cannon barrel. The projectile travels beneath a spray nozzle, which impinges a liquid jet onto its metal upper surface, and the projectile then hits a stopping mechanism. A camera records the jet impingement, and a pressure transducer records the spray nozzle backpressure. The spinning disk set-up consists of a steel disk that reaches speeds of 500 to 3,000 rpm via a variable frequency drive (VFD) motor. A spray system similar to that of the air cannon generates a liquid jet that impinges onto the spinning disc, and cameras placed at several optical access points record the jet impingement. Video recordings of jet impingement processes are recorded and examined to determine whether the outcome of impingement is splash, splatter, or deposition. The apparatuses are the first that involve the high speed impingement of low-Reynolds-number liquid jets on high speed moving surfaces. In addition to its rail industry applications, the described technique may be used for technical and industrial purposes such as steelmaking and may be relevant to high-speed 3D printing.

Two experimental devices for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device and a spinning disk device. The apparatuses are used to determine optimal approaches to the application of liquid friction modifier (LFM) onto rail tracks for top-of-rail friction control.

تصور عالية السرعة السائل جيت الانحشار على السطح المتحرك

Two apparatuses for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device (for examining surface speeds ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

دمج ضوء الاصطياد الفضة النانوية في مهدرج الجريزوفولفين سيليكون الخلايا الشمسية عن طريق التحويل الطباعة

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a new and inexpensive procedure to force mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser. This procedure is based on the detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs. This change is used to command the alignment of the intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions. More specifically, the value of the first Stokes parameter varies when the angle of the polarization controller is swept and, moreover, it undergoes an abrupt variation when the laser enters the mode-locked state. Monitoring this abrupt variation provides a practical easy-to-detect signal that can be used to command the alignment of the polarization controller and drive the laser towards mode locking. This monitoring is achieved by feeding a small portion of the signal to a polarization analyzer measuring the first Stokes parameter. A sudden change in the read out of this parameter from the analyzer will occur when the laser enters the mode-locked state. At this moment, the required angle of the polarization controller is kept fixed. The alignment is completed. This procedure provides an alternate way to existing automating procedures that use equipment such as an optical spectrum analyzer, an RF spectrum analyzer, a photodiode connected to an electronic pulse-counter or a nonlinear detecting scheme based on two-photon absorption or second harmonic generation. It is suitable for lasers mode locked by nonlinear polarization rotation. It is relatively easy to implement, it requires inexpensive means, especially at a wavelength of 1550 nm, and it lowers the production and operation costs incurred in comparison to the above-mentioned techniques.

A protocol to detect and automate mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser is presented. The detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs is used to command the alignment of an intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions.

أتمتة وضع قفل في اللاخطية الاستقطاب دوران الألياف الليزر من خلال قياسات الاستقطاب الناتج

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

الانبعاثات الطيفية الحدود التحقيق طبقة خلال صيغة الجر اختبار المواد في Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

تصنيع درجة الحرارة عالية من ذات البنية النانومترية اليتريا-استقرت-زركونيا (YSZ) السقالات من قبل<em&gt; في الموقع</em&gt; الكربون النموذجيه Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous light irradiation. The photo-excitation of dopants that can quickly dissipate light into heat, coupled with anisotropic thermal expansion and self-shadowing of the film, gives rise to the self-sustained deformation. The oscillations observed are influenced by the dimensions and the modulus of the film, and by the directionality and intensity of the light. The system developed offers applications in energy conversion and harvesting for soft-robotics and automated systems.
The general method described here consists of creating free-standing liquid crystalline films and characterizing the mechanical and thermal effects observed. The molecular alignment is achieved using alignment layers (rubbed polyimide), commonly used in the display manufacturing industry. To obtain actuators with large deformation, the mesogens are aligned and polymerized in a splay/bend configuration, i.e., with the director of the liquid crystals (LCs) going gradually from planar to homeotropic through the film thickness. Upon irradiation, the mechanical and thermal oscillations obtained are monitored with a high-speed camera. The results are further quantified by image analysis using an image processing program.

The goal of the protocol is to create liquid crystalline polymer films that can mechanically oscillate under continuous light irradiation. We describe in great detail the conception of free-standing films, from the liquid crystal alignment method to the photo-actuation. The experimental protocol applied to prepare this material is broadly applicable.

إعداد شبكات البلورات السائلة للحركة متذبذبة العيانية الناجم عن الضوء

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

Quantitative Analysis of Vacuum Induction Melting by Laser-induced Breakdown Spectroscopy

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves several steps, include drawing samples, cooling, cutting, transport to the laboratory, and analysis. The whole analysis process requires more than 30 minutes, which hinders on-line process control. Laser-induced breakdown spectroscopy is an excellent on-line analysis method that can satisfy the requirements of vacuum induction melting because it is fast and noncontact and does not require sample preparation. The experimental facility uses a lamp-pumped Q-switched laser to ablate melted liquid steel with an output energy of 80 mJ, a frequency of 5 Hz, a FWHM pulse width of 20 ns, and a working wavelength of 1,064 nm. A multi-channel linear charge coupled device (CCD) spectrometer is used to measure the emission spectrum in real time, with a spectral range from 190 to 600 nm and a resolution of 0.06 nm at a wavelength of 200 nm. The protocol includes several steps: standard alloy sample preparation and an ingredient test, smelting of standard samples and determination of the laser breakdown spectrum, and construction of the elements concentration quantitative analysis curve of each element. To realize the concentration analysis of unknown samples, the spectrum of a sample also needs to be measured and disposed with the same process. The composition of all main elements in the melted alloy can be quantitatively analyzed with an internal standard method. The calibration curve shows that the limit of detection of most metal elements ranges from 20-250 ppm. The concentration of elements, such as Ti, Mo, Nb, V, and Cu, can be lower than 100 ppm, and the concentrations of Cr, Al, Co, Fe, Mn, C, and Si range from 100-200 ppm. The R2 of some calibration curves can exceed 0.94.

During vacuum induction melting, laser-induced breakdown spectroscopy is used to perform real-time quantitative analysis of the main-ingredient elements of a molten alloy.

التحليل الكمي لذوبان الفراغ التعريفي عن طريق الليزر التي يسببها انهيار الطيفي

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves ...