Diese Arbeit wurde durch Grant No CBET-0651283 aus der US National Science Foundation und Grant No 117041PO9621 von Advanced Cooling Technology unterstützt.

1. Vorbereitung der Silica-Nanopartikel für die Deposition <ol><li> Beginnend mit trockenen Silica-Pulver, bereiten Sie die Probe für die Beschichtung durch die Beseitigung ersten großen Aggregaten. </li><li> Waschen Sie Silica-Partikel (Durchmesser von 200 nm, von Gel-Tec Corp gekauft) mit Ethanol (190 Proof rein) und lassen Sie die Probe unter einem Abzug, bis alle Feuchtigkeit verdampft ist, mit Ethanol. </li><li> Sift Partikel durch eine Reihe von metallischen Maschen (US # 100-400), um alle verbleibenden Agglomerationen zu brechen. </li><li> Platz Teilchen und eine kleine magnetische Rührstab im Rohrreaktor, wie in 1 gezeigt. Partikel sollten innerhalb der Plasmazone platziert werden. </li><li> Abdichten Glasreaktor, indem ein O-Ring zwischen zwei Flanschen, eine am Ende der Glasröhre und eine am Ende des Rohres mit der Pumpe verbunden. </li><li> Installieren Sie das Edelstahl-Klemmring um die Flansche und Hand ziehen Sie die Schraube um die Klemme. </li></ol> 2.Vorbereitung des Vakuum-Systems <ol><li> Füllen Sie die Falle mit flüssigem Stickstoff, dann lassen die Oberfläche der Falle zu kalt werden. Warten Sie 5 min. </li><li> In Isopropanol in Wäscher und eine Verbindung zu dem Plasmareaktor. </li><li> Verschließen Sie den Sprudler, indem Sie einen Gummi-O-Ring um das Metallrohr und die Mutter anziehen, bis die Stelle des Rohres zu Bubbler Verbindung wird versiegelt. </li></ol> 3. Plasmaabscheidungsverfahren <ol><li> Setzen Sie den Sprudler in einem Wasserbad mit Temperatur von 34 ± 2 ° C. </li><li> Schalten Sie den Argon-Gas Flow Controller und geben Sie 6,00 sccm als der Sollwert. </li><li> Allmählich öffnen Sie die Schieber, die das Glasrohr mit der Pumpe, während die Pumpe in Betrieb ist. Führen Sie diesen Schritt sorgfältig durch, denn plötzliche Druckabfall kann dazu führen, dass die Partikel von der Strömung weg geblasen werden. Warten Sie, bis der Druck erreicht 200 mTorr, dann lassen Sie die Schieber vollständig geöffnet. </li><li> Setzen Sie den Magnetrührer unter dem Glasrohr und stellen Sie die Geschwindigkeit, mit 100 rUhr. </li><li> Verbinden Sie den Alu-Ring um den rohrförmigen Glasreaktor zur Radiofrequenz, RF, Generator und verbinden Sie die Klemme aus Edelstahl auf den Boden. </li><li> Schalten Sie den passenden Netzwerk (ENI-MW-5D) und dann schalten Sie das AC-Leitung und den HF-Generator einschalten. Stellen Sie die Leistung bei 30 W für den gesamten Prozess. </li><li> Nach einer bestimmten Zeitdauer (10, 20 oder 40 min) schalten Sie den passenden Netzwerk-, HF-Generator, und der AC-beziehungsweise. </li><li> Schließen Sie das Rückschlagventil und dann schalten Sie die Argon Flow Controller. Trennen Sie den Sprudler aus dem Ventil und die stufenweise Erhöhung der Reaktor entspannt auf Normaldruck. </li><li> Öffnen der Klemmvorrichtung und der Übertragung der Partikel aus dem Rohr in einer Kunststoffschale mit einem metallischen Spatel. </li></ol> 4. Vorbereitung der hohlen Teilchen durch Auflösung des Kernmaterials <ol><li> Legen Sie die Probe unter einem Abzug für den gesamten Prozess der Zugabe von Flusssäure. </li><li> Flusssäure ist ein extrem Zusammenarbeitrrosive Säure und Exposition der Augen und der Haut, es kann zu dauerhaften Schäden führen. Verwenden Sie eine Schutzbrille mit einem Gesichtsschutz und tragen einen Laborkittel beim Umgang mit HF. </li><li> Mischen Sie 10 ml Flußsäure (Aldrich 49%) mit 10 ml entionisiertem Wasser und fügen Sie den Kunststoff-Teller, der die beschichteten Teilchen enthält. </li><li> Legen Sie die Plastikschale auf einem Magnetrührer und lassen Sie den Kern für 24 Stunden zu lösen. </li><li> Nach einem Tag Verdünnen Sie die Probe mit 50 ml deionisiertem Wasser und zentrifugieren Sie die Probe für 1 Stunde. Entsorgen Sie die flüssige Schicht an der Spitze in einem Kunststoffbehälter und übertragen Sie die untere Schicht, die die Partikel enthält, in einer Kunststoff-Petrischale. </li><li> 50 ml entionisiertem Wasser und Wirbel die Probe und zentrifugieren Sie es erneut. Entsorgen der oberen Schicht zu übertragen und die Partikelschicht in einem sauberen Petrischale. </li><li> Waschen Sie die Partikel mit Ethanol, trockene Luft die Probe, und übertragen Hohlteilchen in ein Fläschchen mit Kappe und halten die Teilchen in einem Exsikkator. </li></ol> 5. Characterization der Permeabilität (Rate of Core-Release) Materialien: Kaliumchlorid für Kernmaterialien <ol><li> Bereiten 0,001 molaren Kaliumchlorid (KCl)-Lösung durch Mischen von 0,0745 Gramm KCl mit 1 Liter deionisiertem Wasser. </li><li> Füllen Sie das Glas Flasche konstante Ausgangsspannung Zerstäuber Modell 3076 und installieren Sie den Verschluss der Flasche. </li><li> Verbinden Druckluftschlauch auf eine Membran Trockner, der mit dem Gaseinlaß des Zerstäubers verbunden ist. Bringen Sie dann einen Filter auf dem Ablaufschlauch, um KCl Nanopartikel zu sammeln. </li><li> Allmählich öffnen Sie das Druckluftventil und lassen den Luftstrom durch die Membran Trockner. Lassen Sie die Partikel sammeln sich im Filter für 5 Stunden. </li><li> Schließen Sie die Druckluft-Ventil und entfernen Sie vorsichtig den Filter und die Partikel sammeln. Platzieren Sie die Teilchen in einem Exsikkator vor der Beschichtung. </li><li> Folgen Sie Protokoll 2 und 3, um gleichmäßig beschichtet KCl Partikel zu erhalten. </li><li> Mix beschichteten KCl mit 10 ml deionisiertem water in einem Glasfläschchen. Um vollständig zu mischen die Probe, fallen einem Magnetrührer in die Lösung und lassen Sie es auf einem Magnetrührer. Inkubieren Sie die Probe bei 25 ° C. </li><li> Legen Sie die Leitfähigkeitsmessgerät Sonde (Thermo Orion Modell 105) in das Fläschchen und notieren Sie die Leitfähigkeit über 30 Tage. </li></ol> 6. Repräsentative Ergebnisse Wir haben diesen Prozess zu einer Vielzahl von Kernmaterialien, die Oxide (Siliciumdioxid), Salze (KCl) und Metallen (Al) angelegt, wie in 2 gezeigt. Transmissions-Elektronenmikroskop wurde verwendet, um die radiale Gleichförmigkeit des Films zu bestätigen und zu ihrer Dicke zu messen. Wir haben erfolgreich beschichteten Teilchen im Bereich von 37 nm bis 200 nm im Durchmesser (2), aber es gibt keine grundlegende Beschränkung der Größe der Teilchen, die durch dieses Verfahren behandelt werden können. Die Geschwindigkeit der Schalenbildung beträgt etwa 1 nm / min. Das sehr langsam macht es möglich, die Dicke der Filme ziemlich steuerngenau über die Abscheidung Zeit. Die plasmapolymerisierten Schale ist ein Ionen-permeable Barriere, wie durch die Tatsache, daß das Kernmaterial durch Ätzen oder Auflösen entfernt gezeigt. 3 zeigt die hohlen Hüllen, die nach der Siliciumdioxid-Kern entfernt wird. Die Entfernung des Kerns abgeschlossen ist und die radiale Gleichförmigkeit und Dicke der Filme sind sehr hoch. Für die Zwecke der Untersuchung der Permeabilität durch diese Filme, wechselten wir als Kernmaterial KCl, da die Auflösung von KCl kann sehr einfach durch die ionische Leitfähigkeit der Lösung überwacht werden. 4 zeigt die Freisetzung von KCl aus dem Kern für vier Beispiele mit unterschiedlicher Dicke, 20 nm, 40 nm, 75 nm und 95 nm auf. Beschichtete KCl Teilchen wurden in Wasser suspendiert und die Leitfähigkeit der Lösung wurde über einen Zeitraum von 30 Tagen. Zusätzlich zu den vier Proben wurde eine Kontrolle, die aus unbeschichtetem KCl Teilchen besteht ebenfalls überwacht. Unbeschichtete KCl Partikel Dissonanzenlve innerhalb einer sehr kurzen Zeit von etwa 1 min. Im Gegensatz dazu zeigt beschichtete KCl eine langsamere Freisetzung. Das Freisetzungsprofil der beschichteten Teilchen durch anfängliches Platzen, die stattfinden innerhalb der ersten Stunde, gefolgt von einer viel langsameren Freisetzung, die mehrere Tage dauert, in Abhängigkeit von der Dicke der Folie ist. <img alt="1" src="/files/ftp_upload/4113/4113fig1.jpg" /> 1. Schematische Darstellung der Herstellung von Nanopartikeln, Plasmaabscheidung und hohle Partikelbildung. <img alt="2" src="/files/ftp_upload/4113/4113fig2.jpg" /> 2. TEM-Aufnahmen von beschichteten (a), (b) Siliciumdioxid-Teilchen mit d = 200 nm, (c) Siliciumdioxid-Teilchen mit d = 37 nm, (d) Aluminium mit d ~ 100 nm, und (e) Teilchen mit KCl d = 100 nm <img alt="Abbildung 3" src="/files/ftp_upload/4113/4113fig3.jpg" /> Abbildung 3. TEM-Bilder von hohlen Teilchen nach dem Ätzen der (a), (b) Siliciumdioxid-Kern mit einem Durchmesser von 200 nm und (c) KCl Kern. <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/4113/4113fig4.jpg" /> Abbildung 4. Einfluss der Dicke der Schale auf das Freisetzungsprofil. Die eingesetzte Grafik zeigt die Freisetzung während der ersten Stunde.

<ol>
	<li>Xu, X., Asher, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+Utilization+of+Monodisperse+Hollow+Polymeric+Particles+in+Photonic+Crystals.">Synthesis and Utilization of Monodisperse Hollow Polymeric Particles in Photonic Crystals.</a> Journal of the American Chemical Society. 126, 7940-7945 (2004).</li><li>Lou, X., Archer, L., Yang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hollow+Micro-/nanostructures:+Synthesis+and+Applications.">Hollow Micro-/nanostructures: Synthesis and Applications.</a> Advanced Material. 20, (2008).</li><li>Kim, D. J., Kang, J. Y., Kim, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coating+of+TiO2+Thin+Films+on+Particles+by+a+Plasma+Chemical+Vapor+Deposition+Process.">Coating of TiO2 Thin Films on Particles by a Plasma Chemical Vapor Deposition Process.</a> Advanced Powder Technology. 21, 136-140 (2010).</li><li>Marino, E., Huijser, T., Creyghton, Y., van der Heijden, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+Coating+of+Copper+Oxide+Nanoparticles+Using+Atmospheric+Pressure+Plasmas.">Synthesis and Coating of Copper Oxide Nanoparticles Using Atmospheric Pressure Plasmas.</a> Surface and Coatings Technology. 201, 9205-9208 (2007).</li><li>Hakim, L., King, D., Zhou, Y., Gump, C., George, S., Weimer, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticle+Coating+for+Advanced+Optical,+Mechanical+and+Rheological+Properties.">Nanoparticle Coating for Advanced Optical, Mechanical and Rheological Properties.</a> Advanced Functional Materials. 17, 3175-3181 (2007).</li><li>Kim, S. H., Kim, J., Kang, B., Uhm, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superhydrophobic+CFx+Coating+via+In-Line+Atmospheric+RF+Plasma+of+He-CF4-H2.">Superhydrophobic CFx Coating via In-Line Atmospheric RF Plasma of He-CF4-H2.</a> Langmuir. 21, 12213-12217 (2005).</li></ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Eine der größten Herausforderungen bei der Beschichtung Nanopartikel mit einem kompatiblen Chemie zwischen Beschichtung und Substrat 1,2 liefern. Die hier beschriebenen Methode hat den Vorteil, dass es nicht materialspezifischen. Plasma-Polymere weisen eine ausgezeichnete Haftung auf einer Vielzahl von Substraten, darunter harte Metalle (Abbildung 2 (c)), Kieselsäure (Abbildung 2 (c)), Silizium oder weichen Materialien (zB Polymere), ohne die Notwendigkeit für irgendeine ...

<table border="1"><tbody><tr><td> Silica-Partikel </td><td> Geltech Inc. </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Kaliumchlorid (Kristalle) </td><td> EMD Chemicals Inc. </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Isopropylalkohol (99,9%) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Flusssäure (48-51%) </td><td> VWR </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Rohre und Flansche </td><td> Swagelok </td><td></td><td> Durchmesser von ¼ und 1 Zoll </td></tr><tr><td> Vorvakuumpumpe </td><td> Edwards </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Flüssigstickstofffalle </td><td> A &amp; N GmbH </td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

encapsulation and permeability characteristics of plasma polymerized hollow particles

In diesem Protokoll werden Kern-Schale-Nanostrukturen durch Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition synthetisiert. Wir erzeugen ein amorphes Barriere durch Plasmapolymerisation von Isopropanol auf verschiedenen festen Substraten, einschließlich Siliciumoxid und Kaliumchlorid. Diese vielseitige Technik wird verwendet, um Nanopartikel und Nanopulver mit einer Größe von 37 nm bis 1 Mikron zu behandeln, durch Abscheiden von Filmen, deren Dicke kann überall von 1 nm bis 100 nm aufwärts. Auflösung des Kerns ermöglicht es uns, die Permeationsrate durch den Film zu studieren. In diesen Experimenten bestimmen wir den Diffusionskoeffizienten von KCl durch die Sperrschicht durch Beschichten KCL Nanokristalle und anschließend Überwachen der Ionenleitfähigkeit der beschichteten Teilchen in Wasser suspendiert. Das Hauptinteresse bei diesem Verfahren ist die Verkapselung und eine verzögerte Freisetzung von gelösten Stoffen. Die Dicke der Schale ist eine der unabhängigen Variablen, mit denen wir die Rate der Freisetzung. Es hat einen starken Einfluss auf die Geschwindigkeitder Freigabe, steigt die von einem Sechs-Stunden-Freigabe (und eine Wanddicke von 20 nm) zu einer langfristigen Freisetzung über 30 Tage (und eine Wanddicke von 95 nm). Das Freisetzungsprofil zeigt ein charakteristisches Verhalten: eine schnelle Freisetzung (35% der endgültigen Materialien) in den ersten fünf Minuten nach dem Beginn der Auflösung, und eine langsamere Freisetzung, bis alle der Kernmaterialien herauskommen.

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Encapsulation and Permeability Characteristics of Plasma Polymerized Hollow Particles

Wir haben Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition werden dünne Schichten im Bereich von einigen nm bis einigen 100 nm auf Nanopartikeln aus verschiedenen Materialien abzuscheiden. Wir anschließend Ätzen der Kernmaterial hohlen Nanohüllen, deren Durchlässigkeit wird durch die Dicke der Schale gesteuert zu erzeugen. Wir beschreiben die Durchlässigkeit dieser Beschichtungen auf kleinen gelösten Stoffen und zeigen, dass diese Barrieren können eine verzögerte Freisetzung des Kernmaterials über mehrere Tage bereitzustellen.

Encapsulation und Permeabilitätseigenschaften von plasmapolymerisierten Hohlteilchen

In this protocol, core-shell nanostructures are synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition. We produce an amorphous barrier by plasma ...

encapsulation-permeability-characteristics-plasma-polymerized-hollow

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Permeability of Concrete

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10.6K Aufrufe.  The Pennsylvania State University. Wir haben Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition werden dünne Schichten im Bereich von einigen nm bis einigen 100 nm auf Nanopartikeln aus verschiedenen Materialien abzuscheiden. Wir anschließend Ätzen der Kernmaterial hohlen Nanohüllen, deren Durchlässigkeit wird durch die Dicke der Schale gesteuert zu erzeugen. Wir beschreiben die Durchlässigkeit dieser Beschichtungen auf kleinen gelösten Stoffen und zeigen, dass diese Barrieren können eine verzögerte Freis...

Serie: Encapsulation and Permeability Characteristics of Plasma Polymerized Hollow Particles

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.

Untersuchung der frühen Evolution von Plasma ultrakurzer Laserpulse

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

Forschung

Ingenieurwesen

Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic (VES) fluids. The measurements are made for particles settling in unbounded fluids&#160;and fluids between parallel walls. VES fluids over a wide range of rheological properties are prepared and rheologically characterized. The rheological characterization involves steady shear-viscosity and dynamic oscillatory-shear measurements to quantify the viscous and elastic properties respectively. The settling velocities under unbounded conditions are measured in beakers having diameters at least 25x the diameter of particles. For measuring settling velocities between parallel walls, two experimental cells with different wall spacing are constructed. Spherical particles of varying sizes are gently dropped in the fluids and allowed to settle. The process is recorded with a high resolution video camera and the trajectory of the particle is recorded using image analysis software. Terminal settling velocities are calculated from the data.
The impact of elasticity on settling velocity in unbounded fluids is quantified by comparing the experimental settling velocity to the settling velocity calculated by the inelastic drag predictions of Renaud et al.1&#160;Results show that elasticity of fluids can increase or decrease the settling velocity. The magnitude of reduction/increase is a function of the rheological properties of the fluids and properties of particles. Confining walls are observed to cause a retardation effect on settling and the retardation is measured in terms of wall factors.

This paper demonstrates the experimental procedure to measure terminal settling velocities of spherical particles in surfactant-based shear thinning viscoelastic fluids. Fluids over a wide range of rheological properties are prepared and settling velocities are measured for a range of particle sizes in unbounded fluids and fluids between parallel walls.

Experimentelle Messung der Settling Velocity von sphärischen Partikeln in unbeschränkten und geschlossenen Tensid-basierten Scherdünnungsviskoelastischen Flüssigkeiten

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic ...

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a stable and continuous operation of the plasma is possible and the plasma torch can be used for many different applications. On one hand, the hot (3,600 K gas temperature) plasma can be used for chemical processes and on the other hand the cold afterglow (temperatures down to almost RT) can be applied for surface processes. For example chemical syntheses are interesting volume processes. Here the microwave plasma torch can be used for the decomposition of waste gases which are harmful and contribute to the global warming but are needed as etching gases in growing industry sectors like the semiconductor branch. Another application is the dissociation of CO2. Surplus electrical energy from renewable energy sources can be used to dissociate CO2 to CO and O2. The CO can be further processed to gaseous or liquid higher hydrocarbons thereby providing chemical storage of the energy, synthetic fuels or platform chemicals for the chemical industry. Applications of the afterglow of the plasma torch are the treatment of surfaces to increase the adhesion of lacquer, glue or paint, and the sterilization or decontamination of different kind of surfaces. The movie will explain how to ignite the plasma solely by microwave power without any additional igniters, e.g., electric sparks. The microwave plasma torch is based on a combination of two resonators &#8212; a coaxial one which provides the ignition of the plasma and a cylindrical one which guarantees a continuous and stable operation of the plasma after ignition. The plasma can be operated in a long microwave transparent tube for volume processes or shaped by orifices for surface treatment purposes.

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

Wie man eine Atmosphärischer Druck Mikrowellenplasmabrenner zünden ohne zusätzliche Zünder

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing technology is used to fabricate particles with slender arms connected at a common center. Shapes explored are crosses (two perpendicular rods), jacks (three perpendicular rods), triads (three rods in triangular planar symmetry), and tetrads (four arms in tetrahedral symmetry). Methods for producing on the order of 10,000 fluorescently dyed particles are described. Time-resolved measurements of their orientation and solid-body rotation rate are obtained from four synchronized videos of their motion in a turbulent flow between oscillating grids with R&#955; = 91. In this relatively low-Reynolds number flow, the advected particles are small enough that they approximate ellipsoidal tracer particles. We present results of time-resolved 3D trajectories of position and orientation of the particles as well as measurements of their rotation rates.

We use 3D printing to fabricate anisotropic particles in the shapes of jacks, crosses, tetrads, and triads, whose alignments and rotations in turbulent fluid flow can be measured from multiple simultaneous video images.

Verfahren zur Messung der Neigung und Drehrate von 3D-gedruckten Particles in Turbulence

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing ...

Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must be smaller than the incident wavelength of sound and the width of the fluidic channels are typically tens to hundreds of micrometers across, acoustofluidic devices typically use ultrasonic waves generated from a piezoelectric transducer pulsating at high frequencies (in the megahertz range). At characteristic frequencies that depend on the geometry of the device, it is possible to induce the formation of standing waves that can focus particles along desired fluidic streamlines within a bulk flow. Here, we describe a method for the fabrication of acoustophoretic devices from common materials and clean room equipment. We show representative results for the focusing of particles with positive or negative acoustic contrast factors, which move towards the pressure nodes or antinodes of the standing waves, respectively. These devices offer enormous practical utility for precisely positioning large numbers of microscopic entities (e.g., cells) in stationary or flowing fluids for applications ranging from cytometry to assembly.

Acoustofluidic devices use ultrasonic waves within microfluidic channels to manipulate, concentrate and isolate suspended micro and nanoscopic entities. This protocol describes the fabrication and operation of such a device supporting bulk acoustic standing waves to focus particles in a central streamline without the aid of sheath fluids.

Herstellung und Betrieb von Acoustofluidic Devices Unterstützung Bulk-Acoustic-Standing Waves für sheathless Fokussierung der Partikel

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line intensity ratios. By using a Johann spectrometer viewing the plasma, it is possible to construct profiles of plasma parameters such as density, temperature, and velocity with good spatial and time resolution. However, benchmarking atomic code modeling of X-ray spectra obtained from well-diagnosed laboratory plasmas is important to justify use of such spectra to determine plasma parameters when other independent diagnostics are not available. This manuscript presents the operation of the High Resolution X-ray Crystal Imaging Spectrometer with Spatial Resolution (HIREXSR), a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma. In addition, this manuscript covers a laser blow-off system that can introduce such ions to the plasma with precise timing to allow for perturbative studies of transport in the plasma.

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas. This manuscript presents the operation of a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma.

Anwenden von Röntgen Imaging Kristall Spektroskopie für den Einsatz als Hochtemperatur-Plasmadiagnose

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

Effect of Bending on the Electrical Characteristics of Flexible Organic Single Crystal-based Field-effect Transistors

The charge transport in an organic semiconductor depends highly on the molecular packing in the crystal, which influences the electronic coupling immensely. However, in soft electronics, in which organic semiconductors play a critical role, the devices will be bent or folded repeatedly. The effect of bending on the crystal packing and thus the charge transport is crucial to the performance of the device. In this manuscript, we describe the protocol to bend a single crystal of 5,7,12,16-tetrachloro-6,13-diazapentacene (TCDAP) in the field-effect transistor configuration and to obtain reproducible I-V characteristics upon bending the crystal. The results show that bending a field-effect transistor prepared on a flexible substrate results in nearly reversible yet opposite trends in charge mobility, depending on the bending direction. The mobility increases when the device is bent toward the top gate/dielectric layer (upward, compressive state) and decreases when bent toward the crystal/substrate side (downward, tensile state). The effect of bending curvature was also observed, with greater mobility change resulting from higher bending curvature. It is suggested that the intermolecular &#960;-&#960; distance changes upon bending, thereby influencing the electronic coupling and the subsequent carrier transport ability.

This manuscript describes the bending process of an organic single crystal-based field-effect transistor to maintain a functioning device for electronic property measurement. The results suggest that bending causes changes in the molecular spacing in the crystal and thus in the charge hopping rate, which is important in flexible electronics.

Wirkung von Biegen auf die elektrischen Eigenschaften von flexiblen organischen Einkristall-basierte Feldeffekttransistoren

The charge transport in an organic semiconductor depends highly on the molecular packing in the crystal, which influences the electronic coupling ...

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. The reactions of cold plasma with the surrounding atmosphere yield a variety of reactive species, which can define its effectiveness. While efficient development of cold plasma therapy requires kinetic models, model benchmarking needs empirical data. Experimental studies of the source of reactive species detected in aqueous solutions exposed to plasma are still scarce. Biomedical plasma is often operated with He or Ar feed gas, and a specific interest lies in investigation of the reactive species generated by plasma with various gas admixtures (O2, N2, air, H2O vapor, etc.) Such investigations are very complex due to difficulties in controlling the ambient atmosphere in contact with the plasma effluent. In this work, we addressed common issues of &#39;high&#39; voltage kHz frequency driven plasma jet experimental studies. A reactor was developed allowing the exclusion of ambient atmosphere from the plasma-liquid system. The system thus comprised the feed gas with admixtures and the components of the liquid sample. This controlled atmosphere allowed the investigation of the source of the reactive oxygen species induced in aqueous solutions by He-water vapor plasma. The use of isotopically labelled water allowed distinguishing between the species originating in the gas phase and those formed in the liquid. The plasma equipment was contained inside a Faraday cage to eliminate possible influence of any external field. The setup is versatile and can aid in further understanding the cold plasma-liquid interactions chemistry.

An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere.

Ein Atmosphärendruck-Plasma-Setup die reaktive Spezies Formation zur Untersuchung

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with one twist grain boundary. This apparatus utilizes high uniaxial pressure and a pulsed direct current for rapid consolidation of material. Diffusion bonding of strontium titanate bicrystals without fracture, in a spark plasma sintering apparatus, is possible at high pressures due to the unusual temperature dependent plasticity behavior of strontium titanate. We demonstrate a method for the successful formation of bicrystals at accelerated time scales and lower temperatures in a spark plasma sintering apparatus compared to bicrystals formed by conventional diffusion bonding parameters. Bond quality was verified by scanning electron microscopy. A clean and atomically abrupt interface containing no secondary phases was observed using transmission electron microscopy techniques. Local changes in bonding across the boundary was characterized by simultaneous scanning transmission electron microscopy and spatially resolved electron energy-loss spectroscopy.

A viable technique for the formation of strontium titanate bicrystals at high pressure and fast heating rate via the spark plasma sintering apparatus is developed.

Spark Plasma Sintering Gerät verwendet für die Bildung von Strontiumtitanat Bikristalle

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with ...

Optimization, Test and Diagnostics of Miniaturized Hall Thrusters

Miniaturized spacecraft and satellites require smart, highly efficient and durable low-thrust thrusters, capable of extended, reliable operation without attendance and adjustment. Thermochemical thrusters which utilize thermodynamic properties of gases as a means of acceleration have physical limitations on their exhaust gas velocity, resulting in low efficiency. Moreover, these engines demonstrate extremely low efficiency at small thrusts and may be unsuitable for continuously operating systems which provide real-time adaptive control of the spacecraft orientation, velocity and position. In contrast, electric propulsion systems which use electromagnetic fields to accelerate ionized gases (i.e., plasmas) do not have any physical limitation in terms of exhaust velocity, allowing virtually any mass efficiency and specific impulse. Low-thrust Hall thrusters have a lifetime of several thousand hours. Their discharge voltage ranges between 100 and 300 V, operating at a nominal power of &lt;1 kW. They vary from 20 to 100 mm in size. Large Hall thrusters can provide fractions of millinewton of thrust. Over the past few decades, there has been an increasing interest in small mass, low power, and high efficiency propulsion systems to drive satellites of 50-200 kg. In this work, we will demonstrate how to build, test, and optimize a small (30 mm) Hall thruster capable of propelling a small satellite weighing about 50 kg. We will show the thruster operating in a large space environment simulator, and describe how thrust is measured and electric parameters, including plasma characteristics, are collected and processed to assess key thruster parameters. We will also demonstrate how the thruster is optimized to make it one of the most efficient small thrusters ever built. We will also address challenges and opportunities presented by new thruster materials.

Here, we present a protocol to test and optimize space propulsion systems based on miniaturized Hall-type thrusters.

Optimierung, Test und Diagnose von miniaturisierten Hall Triebwerke

Miniaturized spacecraft and satellites require smart, highly efficient and durable low-thrust thrusters, capable of extended, reliable operation without ...