Es ist ein Vergnügen , das Amt des Dekan der Fakultät der Künste und Wissenschaften und das Amt des Provost an der Concordia Universität für die Unterstützung dieser Forschung zu bestätigen. Die Autoren dieser Untersuchung GA Crosby für seine zahlreichen Beiträge zu danken möchten.

1. Probenvorbereitung und Laden für Kryo-Spektroskopie <ol><li> Bereiten ~ 3 ml einer ~ 10 -3 -10 -4 M Lösung von lumineszenten Chromophor in einem geeigneten Lösungsmittel. Anmerkung: Während viele Lösungsmittel verwendet werden können, Wasser und verschiedenen Alkohol - Lösungsmittel (beispielsweise Ethanol, Ethanol / Methanol - Gemischen, Ethylenglykol und Glycerin) bieten eine hervorragende Kombination von Löslichkeit und Oberflächenspannungseigenschaften für kryogene Arbeit. </li><li> Bereiten Sie eine Probenschleife durch eine Länge von blanken Kupferdraht Zwirn ~ 0,4 mm Durchmesser um einen Nagel oder eine Schraube eine einzige Schleife ~ 3 mm Durchmesser durch eine ~ 30 mm gerade Länge von geflochtenen Kupferdraht gefolgt zu geben. </li><li> Spülen Sie die Probenschleife mit 95% Ethanol Finger Öle und andere Verunreinigungen zu entfernen und trocknen lassen. Um Sauberkeit der Schleife sicherzustellen, spülen Sie zuerst mit Salpetersäure, das zweite mit destilliertem Wasser und schließlich mit Ethanol. </li><li> Laden Sie die Probenlösung in die Probenschleife durch th Tauchene-Schleife in die Probenlösung (1.1 Schritt), Spannung der Lösung lassen Oberfläche halten in der Schleife einen dünnen Film der Lösung. </li><li> Sofort tauchen die geladene Probenschleife in flüssigem Stickstoff die Dünnschichtprobe Lösung in der Schleife Pflege Augenschutz (Schutzbrille) und Handschutz (Handschuhe) zu verwenden, wobei einzufrieren und zu stabilisieren. </li></ol> 2. Thermoelement Vorbereitung, Ausrichtung und Setup <ol><li> Bereiten Sie eine Kupfer-Konstantan (Typ T) Thermoelement aus zwei Längen von ungedämmten 0,4 mm Durchmesser Kupferdraht und einer Länge von 0,4 mm Durchmesser unisolierten Konstantan (Kupfer-Nickel-Legierung) Draht durch Bildung von zwei Kupfer-Konstantan Kreuzungen: eine Probe-Übergang und eine Standard Vergleichsstelle (0 ° C Eis / Wasser-Gemisch). Hinweis: Während die Verbindungen können Silber miteinander verlötet werden, ist es völlig zufriedenstellend ist, die Kupfer und Konstantan Drähte zu verdrillen die Übergänge zu bilden. <ol><li> Klemmen Sie die Kupfer- und Konstantandrähte together mit Spitzzange bei einer ~ 90 ° Winkel. Während fest auf den beiden Drähten ziehen, eng anliegend sie für fünf bis sechs Umdrehungen flechten zusammen. </li></ol></li><li> Ordnen Sie alle Thermodrähte, so dass sie an jedem Punkt berühren sich nicht anders als an den beiden Kreuzungen. Wenn die Thermoelement-Drähte mit einer dünnen Isolationsschicht überzogen sind, können sie berühren und anderen Punkten als den Verbindungen. <ol><li> Wenn isolierte Thermodrähte verwenden, kratzen die Isolierung an den Enden der Drähte, wo die Kreuzungen und die elektrischen Kontakte mit den Anschlüssen Voltmeters ausgebildet entfernt. Achten Sie darauf, zu prüfen, ob das Isoliermaterial auf den Drähten lumineszieren nicht. Testen Sie die Thermoelement-Draht Isolierung als eine potenzielle Quelle von störenden Lumineszenz durch ein kleines Stück isolierter Draht in der Probenschleife, spannend, die Probe mit Licht der gewählten Wellenlänge platzieren, und der Suche nach einem Emissionssignal, wenn keine Probe vorhanden ist. </li></ol></li><li> Verbinden Sie die beiden Kupferthermodrähte aus dem samB. und Vergleichsstellen mit den Eingangsanschlüssen eines hochohmigen 5½ stelliger Digitalvoltmeters. </li><li> Legen Sie beide die Probe und Vergleichsstellen im Bereich von 0 ° C Wasser / Eis-Bad und Nullvoltmeter. </li><li> Ausrichten der geladenen Probenschleife und die Probe Lötstelle des Thermoelements in der mit flüssigem Stickstoff gefüllten Dewar optische mit geeigneter Höhe und die Richtung des Anregungslichtstrahls zusammenfällt. Halten Sie die Thermopaarmeßstelle und die Probenschleife so nah wie möglich beieinander und an genau der gleichen Höhe in der Dewar. </li></ol> 3. Allgemeine mechanische Unterstützung und Ausrichtung der Probenschleife und Thermopaarmeßstelle im Optical Dewar <ol><li> Zum Ausrichten und die Probenschleife in der gewünschten Höhe in der optischen Dewar halten, bereiten eine höhenverstellbare Halteklammer durch einen kleinen elektrischen Krokodilklemme mit einem Durchmesser von 5 mm x 30 mm Länge Holzdübel befestigen. <ol><li> Bohren Sie ein Loch etwas kleiner als 5 mm Durchmesser in einem Korken, die snugl passty in die Oberseite des optischen Dewar. Klemmen Sie die geflochtene Drahtabschnitt der Probenschleife in der Krokodilklemme, schieben Sie dann die Dübel nach oben oder unten in den Korken die gewünschte Probenhöhe in der Dewar zu erreichen. </li></ol></li><li> Zum Ausrichten und die Thermopaarmeßstelle in der gewünschten Höhe in der optischen Dewar, verwenden Sie einen anderen 5-mm-Durchmesser Holzdübel halten. Ausrichten der Thermoelementverbindung, so dass er herausragt 10-20 mm unter dem Boden des Dübels. Richten Sie die Kupfer- und Konstantandrähte auf gegenüberliegenden Seiten des Dübels und wickeln fest mit 12,5 mm Breite Polytetrafluorethylen (PTFE) Klempner Band diese Drähte fest in Position zu halten. </li><li> Bohrung ein weiteres Loch etwas kleiner als 5 mm im Durchmesser in dem Kork an der Oberseite des Dewar diese zweite Dübel aufzunehmen, und für die vertikale Höheneinstellung des Thermoelement-Übergang in der Nähe der Probenschleife ermöglichen. </li><li> Die Bohrung ein drittes kleines Loch in den Korken an der Spitze des Dewar dienen als Stickstoffgasentlüftungsloch abkochen. </li></ol><pclass = &quot;jove_title&quot;&gt; 4. Temperaturabhängige Kryo-Spektroskopie im optischen Dewar <ol><li> Schalten Sie alle Elektronik auf dem CCD-Spektrographen mindestens 1 Stunde im Voraus die Elektronik zu ermöglichen, um sich aufzuwärmen und die Peltier-gekühlte CCD-Kamera zu erreichen, eine stabile Betriebstemperatur. </li><li> Nach der Aufwärmphase ist vorbei, Wellenlänge des CCD-Spektrographen gegen eine Reihe Atomemissionslinien oder Bands bekannt zu kalibrieren. Messung des Spektrums eines Niederdruck-Atomemissionslampe durch die Bänder aktivierten Banden bekannter Wellenlängen und Korrelat CCD Pixelzahlen mit den bekannten Bandwellenlängen emittieren. Anmerkung: In den meisten modernen CCD-Spektrographen, einschließlich der Andor CCD-Spektrographen in dieser Untersuchung verwendet wird, wird die Wellenlängenkalibrierungsprozess in der Software automatisiert. <ol><li> Intensity Kalibrieren des Spektrographen durch die das Spektrum eines Quarz-Halogenlampe gemessen wurde bei 3200 K mit dem bekannten spektralen Verlauf der Lampenbetriebs, die sehr nahe kommt eine 3.200 K black Körper. </li></ol></li><li> Pre-Ausrichten der Anregungs- und Emissionsoptik, um sicherzustellen, dass das Anregungslicht die Probe in der Schleife und das emittierte Licht von der Probe auf den Eintrittsspalt des CCD-Spektrograph wird gesammelt und beaufschlagt trifft. Hinweis: Dies ist zweistufigen mechanischen Prozess. Der erste Schritt ist eine anfängliche grobe Ausrichtung der Optik des emittierten Lichts auf den Eintrittsspalt des Spektrographen, so daß ein Lumineszenzsignal durch den CCD detektiert zu erhalten. Der zweite Schritt besteht aus einer sorgfältigen Optimierung der Lumineszenz-Signalstärke der Probe durch systematische Anpassungen der Positionen der Anregungslichtstrahl, der Dewar, die Probe selbst in der Schleife, und die Emission Sammlung optischer Elemente. </li><li> Sobald die Optik ausgerichtet und optimiert werden, wie in 4.3 beschrieben, zu messen und eine 77 K flüssigem Stickstoff Referenz Lumineszenz-Spektrum der Probe. Aus diesem Spektrum, sicherzustellen, dass das gefrorene Dünnschichtprobe in der Kupferdrahtschleife, die thermocouple zur Schleife benachbart der Dewar, sind der Anregungsstrahl und die Emissionssammeloptik alle in ihrer endgültigen optimierten Positionen und die Probe vollständig mit flüssigem Stickstoff bedeckt ist. </li><li> Stellen Sie die Vergleichsstelle des Thermoelements auf einem Holzdübel mit den Drähten umwickelt in PTFE-Band ebenso wie die Probe-Übergang ist. Dies schützt die Referenzverbindung und verhindert unerwünschte Drahtkontakt. </li><li> Stellen Sie sicher, dass die 0 ° C-Referenz Thermopaarmeßstelle in einem Wasser-Eis-Matsch eingetaucht ist. Schauen Sie sich die Eis-Ebene in der Vergleichsstelle häufig. Stellen Sie die Vergleichsstelle in einem kleinen, breit-Mund-Labor Dewar, um die Geschwindigkeit zu reduzieren, bei der das Eis schmilzt. </li><li> Überprüfen Sie die gemessenen Thermoelementspannung bei 77 K gegen die Literatur Spannung bei 77 K aufgeführt für einen Typ T Kupfer-Konstantan Thermoelement. Die beiden Thermoelement Spannungen sollten in sehr enger Abstimmung sein. Machen Sie entsprechende Korrekturen für Druck (zB mit Hilfe der Clausius-Clapeyron equation), wenn der Atmosphärendruck von weniger als 1 atm ist. </li><li> Lassen Sie die Flüssigkeit langsam Stickstoff abkochen. Hinweis: Die Temperatur der Probe steigt langsam (über einen Zeitraum von mehreren Stunden) , wenn der Abstand h zwischen der Probe und dem flüssigen Stickstoff Pegel als Folge des flüssigen Stickstoffs boil off langsam erhöht. Das digitale Voltmeter reagiert auf diesen Temperaturanstieg, um eine genaue Temperaturmessung bietet, da die Probe Thermoelementlötstelle vollständig in kaltem Stickstoffdampf eingetaucht ist. </li><li> Momentan einschalten oder das Anregungslicht zu entsperren und die CCD-Spektrographen verwenden, um ein Lumineszenzspektrum mit Protokoll des Herstellers zu erwerben. Die spektrale Datenerfassungsprozess sollte optimiert werden, so dass es dauert nur wenige Sekunden. <ol><li> Schalten Sie oder Wieder Block das Anregungslicht nur, sobald der Datenerfassungsprozess abgeschlossen Fehler zu minimieren, die von unerwünschten Anregung-Licht induzierten Probe Photo entstehen und / oder Anregungslicht-induzierte Probenerwärmung. </li><li> Erfassen die Thermoelementspannung am Anfang und am Ende des spektralen Datenerfassungsintervall. Das Thermoelement Spannung sollte nicht nennenswert verändern (dh zugehörige Temperaturänderung Δ T innerhalb 0,0-0,1 K) während des sehr kurzen Zeitintervalls (~ 1-10 sec) , über die die spektralen Daten bei einer gegebenen Temperatur erfasst werden. Wandeln Sie Spannungsmessungen auf Temperaturen von einem Typ T Kupfer-Konstantan Temperatur-Spannungs-Tabelle verweisen. </li></ol></li><li> Lassen Sie die Flüssigkeit Stickstoff abdampfen, um fortzufahren, und messen ein anderes Spektrum, wenn die Probentemperatur von ~ 5 K. Nehmen Sie keine Veränderungen in der Optik, Elektronik oder Anregungslichtintensität im Verlauf dieser temperaturabhängigen spektralen Messungen erhöht. Hinweis: In Abhängigkeit von der Qualität des optischen Dewar, das Aufwärmen dauert von 5 bis 15 min pro ~ 5 K Intervall. </li><li> Intensity-korrekt die CCD-spektralen Datensätzen durch die Subtraktion ausDunkelbild Intensitäten (dh die spektrale Intensität von der CCD erfasst , wenn der Eingangsspalt blockiert ist ) und einem Anteil von wellenlängenabhängigen spektralen Antwort. Ziehen Sie die Basislinie Dunkelzählrate Intensität Zählniveaus aus jedem Probenspektrum. <ol><li> Korrekte für die wellenlängenabhängige spektrale Antwort von der Intensität eines Standard bekannter Intensität, wie beispielsweise ein 3200 K Wolfram-Halogen-Standardlampe zu messen, und das Verhältnis der bekannten Intensität der gemessenen Intensität unter Verwendung der gemessenen Intensität der Probe bei jeder zu korrigieren Wellenlänge. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Baker, D. C., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+and+magnetic+evidence+for+multiple-state+emission+from+tris(2,2'-bipyridine)ruthenium(II)+sulfate.">Spectroscopic and magnetic evidence for multiple-state emission from tris(2,2'-bipyridine)ruthenium(II) sulfate.</a> Chem. Phys. 4 (3), 428-433 (1974).</li><li>Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+investigations+of+excited+states+of+transition+metal+complexes.">Spectroscopic investigations of excited states of transition metal complexes.</a> Acc. Chem. Res. 8 (7), 231-238 (1975).</li><li>Hager, G. D., Watts, R. J., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charge+transfer+excited+states+of+ruthenium(II)+complexes+II.+Relationships+of+level+parameters+to+molecular+structure.">Charge transfer excited states of ruthenium(II) complexes II. Relationships of level parameters to molecular structure.</a> J. Am. Chem. Soc. 97 (24), 7037-7042 (1975).</li><li>Elfring, W. H., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excited+states+of+mixed-ligand+chelates+of+ruthenium(II)+and+rhodium(III).">Excited states of mixed-ligand chelates of ruthenium(II) and rhodium(III).</a> J. Phys. Chem. 80 (20), 2206-2211 (1976).</li><li>Elfring, W. H., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excited+states+of+mixed-ligand+chelates+of+ruthenium(II).+Quantum+yield+and+decay+time+measurements.">Excited states of mixed-ligand chelates of ruthenium(II). Quantum yield and decay time measurements.</a> J. Am. Chem. Soc. 103 (10), 2683-2687 (1976).</li><li>Fordyce, W. A., Rau, H., Stone, M. L., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+state+emission+from+rhodium(I)+and+iridium(I)+complexes.">Multiple state emission from rhodium(I) and iridium(I) complexes.</a> Chem. Phys. Lett. 77 (2), 405-408 (1981).</li><li>Pankuch, B., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+measurements+of+solutions+and+rigid+glasses.">Spectroscopic measurements of solutions and rigid glasses.</a> Chem. Instrum. 2 (3), 329-335 (1970).</li><li>Landee, C. P., Greeney, R. E., Lamas, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+helium+cryostat+for+a+vibrating+sample+magnetometer.">Improved helium cryostat for a vibrating sample magnetometer.</a> Rev. Sci. Instrum. 58 (10), 1957-1958 (1987).</li><li>Fairman, R. A., Spence, K. V. N., Kahwa, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+liquid+nitrogen+gas-flow+cryostat+for+variable+temperature+laser+luminescence.">A simple liquid nitrogen gas-flow cryostat for variable temperature laser luminescence.</a> Rev. Sci. Instrum. 65 (2), 503-504 (1994).</li><li>Meyer, G. D., Ortiz, T. P., Costello, A. L., Kenney, J. W., Brozik, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+fiber-optic+coupled+luminescence+cryostat.">A simple fiber-optic coupled luminescence cryostat.</a> Rev. Sci. Instrum. 73 (12), 4369-4374 (2002).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Die Entwicklung dieser Vorrichtung für Niedertemperatur-Lumineszenzspektroskopie entstand aus der Notwendigkeit heraus. Es war wichtig, dass Lösungen, die die chromophore von Interesse enthält, und auch mit Sauerstoff übersättigte geladen werden konnte, eingefroren und für die Spektroskopie alle in einem Moment in einem Dewar / Kryostaten Design positioniert, in der Probentemperatur gut definiert wurde, stabil und langsam änderbar. Praktisch alle kommerziellen Kryostaten viel mehr Zeit mit der Probe zu laden, als...

Innerhalb der kryogenen Temperatur Domäne, temperaturabhängige Untersuchungen der elektronischen Lumineszenzspektren und Lumineszenzlebensdauern von lichtemittierenden Moleküle bieten eine Fülle von Informationen über den angeregten elektronischen Zuständen dieser Moleküle und photochemischen und photophysikalischen Phänomene, die von diesen Zuständen auftreten. Die Pioniertemperaturabhängigen photophysikali- Untersuchungen von Crosby et al auf ruthenium (II), Rhodium (I) und Rhodium (III) -Komplexe von 1,10-Phenanthrolin, 2,2&#39;-Bipyridin und andere Liganden veranschaulichen gut die inhärente Kraft der temperaturabhängigen Spektroskopie die Strukturen, Symmetrien, Energetik und chemische Verhalten eines Verteilers von emittierenden angeregten elektronischen Zuständen aufzuklären. 1-6 Allerdings tun auch temperaturabhängige kryogenen Spektroskopie ist keine triviale Angelegenheit. Es ist nur allzu leicht für die Probe unter spektroskopischen Verhör nicht thermisch zu sein equ<html> ilibrated und so einen weiten Bereich von Temperaturen über einen thermischen Gradienten zu manifestieren. Die sich ergebende gemessene Spektrum ist in der Tat, eine Überlagerung von Emissionen über einen Bereich von Temperaturen. Darüber hinaus, auch die durchschnittliche Temperatur über diesen Bereich von Temperaturen könnten ganz von der Auslese der Temperatursonde unterschiedlich sein (beispielsweise ein Thermoelement oder ein Widerstandstemperaturvorrichtung) , die auf oder in der Nähe der Probe. Somit temperaturabhängige kryogenen Spektroskopie richtig zu tun erfordert die Einrichtung von experimentellen Bedingungen, unter denen die Temperatur der Probe bekannt ist, stabile, einheitliche, und, wenn die Zeit kommt, einstellbar. Diese Bedingungen können mit extrem bescheidenen Vorrichtung erreicht werden , die aus einem CCD - Spektrographen, Anregungsquelle, optische Dewar und einem Thermoelement unter einfachen, direkten experimentellen Protokollen arbeitet (siehe Abbildung 1). &quot;Src =&quot; / files / ftp_upload / 54267 / 54267fig1.jpg &quot;/&gt; . Abbildung 1. Luminescence Spektrograph Setup for Low Temperature Spectroscopy Das System , wie in dieser Draufsicht gezeigt ist, umfasst: (a . ) CCD - Detektor, (b . ) Spektrographen, (c . ) Eingangsschlitz und Filter (d . ) Lumineszenz Sammeloptik (e.) Laser- oder Lichtbogenlampe Anregungsquelle, (f.) Anregungsstrahl, (g.) eine Quarzglas optische Dewar auf xyz Übersetzung montieren, (h.) Thermoelement Probe Kreuzung, (i.) Probe, (j .) Thermoelement Vergleichsstelle:. 0 ° C = 273,15 K Eis / Wasser - Bad, (k) Digitalvoltmeter. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54267/54267fig1large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54267/54267fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Unerwünschte thermische Gradienten in der Probe und fehlerhafte durchschnittliche Probentemperaturen sind fast sicher, ob eine Seite einer Probe zu führen, in physischen Kontakt mit einem kryogenen &quot;cold finger&quot; Oberfläche, während die andere Seite der Probe angeordnet ist,ist im Vakuum. Der praktischste Weg , um sicherzustellen , dass die gesamte Probe bei gleichmäßig ist meßbaren Temperatur T ist die Probe und die Temperatursonde in einer kryogenen Flüssigkeit bei einer Temperatur T (beispielsweise flüssiger Stickstoff oder flüssiges Helium) oder in einem kryogenen Dampf bei der Temperatur T vollständig zu versenken (zB kalter Stickstoff oder kalte Heliumdampf). Variable-Temperatur Kryostaten eine konstante Temperatur Probenumgebung erreichen durch Kryogen - Strömungs mit elektrischer Widerstandsheizung Ausgleichen der gewünschten kryogenen Probentemperatur zu erreichen. 7-9 Eine thermische Austauschgas verwendet werden kann , die Temperatur der Probe gleichförmig ist , um sicherzustellen. Die Idee ist, die Probe in ein thermisches Gleichgewicht mit dem Austauschgas zu haben, die sich wiederum im thermischen Gleichgewicht mit dem Kryostaten ist. Cryostat Konstruktionen haben sich gezeigt, dass thermische Äquilibrierung der Probe bei verschiedenen Temperaturen einfach durch Einstellung der Probenhöhe h über dem Flüssigkeitspegel der ErreichungKryogen in einem Speicher Dewar. 10 Proben angeregt und Lumineszenz wird über Glasfaserkabel oder Linsensysteme erkannt. Bei einer gegebenen Probe / Sonde Höhe h ist die Kryogendampf Temperatur T (h) , und diese Temperatur steigt , wenn h erhöht (dh, stellt die Dewar eine glatte Wärmegradient dT / dh&gt; 0 in dem Dampf). Das Kryogen Gas über das Flüssigkeit in der Tat wird der Austauschgas. Eine kleine Probe und des Temperaturfühlers bei h Positionierung gewährleistet thermischen Äquilibrierung der Probe bei T (h). Um Probentemperatur zu erhöhen, h erhöht wird . Um die Probentemperatur zu verringern, h verringert. Die niedrige Temperaturgrenze eines solchen Kryostaten ist die Temperatur des flüssigen Kryogens bei h = 0. Diese niedrige Temperaturgrenze weiter verringert werden kann , indem der Druck verringert wird . In einem großen Speicher Dewar (beispielsweise eine 100-L flüssiges Helium Dewar oder eine 10-L flüssigem Stickstoff Dewar), das Kryogen boil-off rate ist somit während des Zeitrahmens einer Reihe von spektroskopischen Messungen vernachlässigbar eine Anpassung in Probenhöhe h oberhalb des flüssigen Kryogens ermöglicht in Probentemperatur eine bekannte Einstellung zu werden. Spektroskopische Untersuchungen in diesem Labor der Temperaturabhängigkeit von Sauerstoff induzierte Löschung der Lumineszenz von Übergangsmetallkomplexen führte zur Anpassung eines kleinen Quarzglas optischen Dewar für variable Temperatur spektroskopische Untersuchungen mit flüssigem Stickstoff in dem 77-300 K Bereich (siehe Abbildung 2). <img alt="Figur 2" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig2.jpg" /> Abbildung 2. Fused Silica Optical Dewar - Setup für variable Temperatur (77-300 K) Cryogenic Lumineszenzspektroskopie. Dieses Diagramm des optischen Dewar zeigt die komplette variable Temperatursystem. (A.) Flüssiger Stickstoff, (b.) Transparent (4,0 cm) unversilbert optischen Zugangsbereich von Dewar, (c.) Kupferprobenschleife (d.) Thermopaarmeßstelle, (e.) versilbert Region Dewar, (f.) Krokodilklemme, (g.) Holzdübel, (h.) Abstand zwischen flüssigem Stickstoff Niveau und Probe, (i.) evakuierten Bereich zwischen inneren und äußeren Dewar Wände, (j.) Korkens, (k.) Stickstoffgas Entlüftungsloch, (l.) Thermodrähte, (m .) Thermodrähte getrennt und Holzdübel mit PTFE - Band gesichert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54267/54267fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54267/54267fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Quarzgut ist nicht emittierende und bietet eine hohe optische Transmission vom nahen Ultraviolett über das sichtbare und aus bis zum nahen Infrarot (~ 200-2000 nm). Die grundlegenden Konzepte operativ in dem großen Speicher Dewar System zuvor 10 beschrieben, wobei Probenhöhe über dem flüssigen Kryogens Probentemperatur bestimmt wurden erfolgreich auf eine übertrageneKlein dieses kleine optische Dewar verwendet wird. Anstatt jedoch mechanisch die Probenhöhe h oberhalb einer stationären flüssigen Kryogens Ebene Einstellen der Probentemperatur T, der Probenposition bezüglich des Dewar einzustellen selbst fixiert ist (Abbildung 2). Die langsame boil off des flüssigen Stickstoffs in dem optischen Dewar über einen Zeitraum von mehreren Stunden allmählich den Abstand h der Probe oberhalb der fallenden flüssigen Stickstoff Pegel (Abbildung 3). <img alt="Figur 3" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig3.jpg" /> Abbildung 3. Nahaufnahme von Beispielregion Optical Dewar. Temperaturen: in flüssigem Stickstoff auf Stufe h 0, getaucht Probe T zu geben 0 = 77 K; Probe auf einem Niveau h in kaltem Stickstoffdampf getaucht 1 &lt;h 2 &lt;h 3 &lt;/ sub&gt; über dem flüssigen Stickstoff Niveau Probentemperaturen T 1 &lt;T 2 &lt;T 3. zu geben <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54267/54267fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54267/54267fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Dies ermöglicht eine langsame, kontrollierte Erhöhung der Probentemperatur über der Zeit (bis zu mehreren Stunden), während sowohl die Probe und die Temperatursonde Aufrechterhaltung eines kupfer Konstantan-Thermoelement-Übergang, in thermischem Gleichgewicht mit dem kalten Stickstoffdampf. Lumineszenzspektren sichtbaren und nahen infraroten Bereich überspannt werden in nur wenigen Millisekunden pro Spektrum (oder Hunderte von Spektren pro Sekunde) mit einem CCD ausgestatteten Lumineszenz Spektrographen erfasst , während der Probentemperatur praktisch konstant ist (&amp; Dgr; T &lt;0,1 K) als jede spektrale Datensatz wird erworben. Typische Wartezeiten zwischen den Spektren bei Temperaturen ~ 5 K voneinander entfernt sind ~ 5-15 min. Moreover, werden die Wirkungen der Probenerwärmung oder photochemischen Abbau der Probe durch das Anregungslicht minimiert, da das Anregungslicht nur die Probe darf pro Spektrum einige Sekunden zu schlagen. Im Interesse der Einfachheit, Portabilität und Schnelligkeit der Probenbeladung, Glasfaserkabel nicht verwendet werden. Proben werden entweder die 365-nm-Band einer Quecksilberbogenlampe oder der 405 nm Linie eines Diodenlaser direkt angeregt wird. Ausgesendete Licht von den Proben direkt von der emittierenden Probe in dem Dewar durch eine Sammellinse und beaufschlagt den Eintrittsspalt des Spektrographen durch eine Fokussierlinse aufgenommen. Die Proben der Ruthenium und Rhodium - Komplexe untersucht werden für die spektroskopische Untersuchung als dünne Filme von ~ 10 -3 -10 -4 M gelösten Stoffes in sauerstoffgesättigten Lösungen hergestellt. Die Lösungen, die Oberflächenspannung in kleinen Kupferdrahtschlaufen gehalten werden (~ 3 mm Schleifendurchmesser von 0,0150 in gebildet. Dia. Kupferdraht). Die Thermopaarmeßstelle Höhe wird dann adjusted so ist es gleich der Probenhöhe (h = h Thermoelement - Probe) und in unmittelbarer Nähe zu der Schleife Probe wie in den 2 und 3 gezeigt. Temperaturen werden durch Messen der Spannungsdifferenz zwischen dem Thermoelement-Übergang Probe und einer 0 ° C Wasser / Eis-Thermoelement Vergleichsstelle unter Verwendung eines hochohmigen Digitalvoltmeter und zum Vergleich auf eine Temperatur vs. Spannungstabelle für einen Typ T Kupfer / Konstantan-Thermoelement bestimmt. Die Dünnfilm-Probe erfasst Lösungen in den Drahtschlaufen sind Flash durch schnelles Eintauchen in flüssigen Stickstoff in der optischen Dewar eingefroren. Dann werden die gefrorenen Lösungen erlaubt sehr allmählich im Laufe der Zeit zum Aufwärmen, bleibt eingefroren, während ihre Lumineszenspektren als Funktion der Temperatur gemessen werden. Die Lumineszenz-Intensität gegen Temperaturdaten werden nach dem folgenden Modell ausgewertet. Die gesamte Lumineszenzintensität der Probe bei einer Temperatur &lt;em&gt; T wird als die Summe der Intensitäten von oxygeniertem und unoxygenated Komplexe entstehen , gegeben: <img alt="Gleichung 2" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq2.jpg" /> . (1) Die Lumineszenzintensität von den Komplexen ohne Sauerstoff wird angenommen Temperatur unabhängig sein. Jedoch wird die Lumineszenzintensität der oxygenierten Komplexe verringern exponentiell Temperatur aufgrund Sauerstoff Abschrecken mit erhöhen. Dies kann durch eine Arrhenius-Gleichung der Form beschrieben werden <img alt="Gleichung 3" fo:vertical-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq3.jpg" /> . (2) In Gleichung (2) ist E a die Aktivierungsenergie Abschrecken und k die Boltzmann - Konstante. Die maximale Lumineszenzintensität wird im Niedrigtemperaturbereich beobachtet werden (siehe Abbildung 5), wobei T<html> hier ist ungenügend Wärmeenergie dem Abschreckmittel Aktivierungsbarriere (dh Energietransfer von dem Komplex zu Sauerstoff) zu überwinden. Wenn Gleichung (2) in die Gleichung (1), der Ausdruck <img alt="Gleichung 5" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq5.jpg" /> (3) erhalten wird. In Gleichung (3), <img alt="Gleichung 6" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq6.jpg" /> ist die Intensität von oxygeniertem Komplexe in dem niedrigen Temperaturbereich ergeben. Umordnung von Gleichung (3) ergibt <img alt="Gleichung 7" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq7.jpg" /> . (4) Unter den natürlichen Logarithmus von beiden Seiten der Gleichung (4) ergibt den Ausdruck 7eq8.jpg &quot;/&gt; (5). Aus Gleichung (5) ist ersichtlich, dass ein Grundstück von <img alt="Gleichung 9" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq9.jpg" /> gegen <img alt="Gleichung 10" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq10.jpg" /> geben mit einer geraden Linie <img alt="Gleichung 11" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq11.jpg" /> aus denen, die Lumineszenzlöschung Aktivierungsenergie erhalten wie <img alt="Gleichung 12" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq12.jpg" /> . (6)

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="819">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Diode laser 405 nm</td>
			<td style="width:189px;">Generic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:295px;">Generic pencil-type laser pointer for luminescence excitation: 5 mW at 405 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Quartz optical dewar</td>
			<td style="width:189px;">Custom fabrication</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>3.5 cm id. X 25.0 cm length with 4.5 cm unsilvered region for optical access</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Programmable 5 1/2 digit DMM</td>
			<td style="width:189px;">Keithley</td>
			<td style="width:119px;">Model 192</td>
			<td>High impedence DMM for reading thermocouple voltages</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Copper thermocouple wire</td>
			<td style="width:189px;">Omega Engineering</td>
			<td style="width:119px;">SPCP-010</td>
			<td>0.010 in. diameter bare copper thermocouple wire</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Constantan thermocouple wire</td>
			<td style="width:189px;">Omega Engineering</td>
			<td style="width:119px;">SPCC-010</td>
			<td>0.010 in. diameter bare Constantan (copper/nickel) thermocouple wire</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Polychromator/Spectrograph</td>
			<td style="width:189px;">Jarrell-Ash</td>
			<td style="width:119px;">82-415</td>
			<td>0.25 m Ebert monochromator with back slit assembly removed to enable operation as a polychromator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">CCD camera</td>
			<td style="width:189px;">Andor</td>
			<td style="width:119px;">DV-401-UV</td>
			<td>Thermoelectrically cooled (-35 C) CCD camera for detecting emitted light</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Copper wire for sample loop</td>
			<td style="width:189px;">Generic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>0.0150 in. diameter bare copper wire for sample loop</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a simple dewar/cryostat for thermally equilibrating samples at known temperatures for accurate cryogenic luminescence measurements

Die Konstruktion und der Betrieb eines einfachen flüssigen Stickstoffs Dewar / Kryostaten Vorrichtung basierend auf einem kleinen optischen Quarzglas Dewar, einem Thermoelement und einem CCD-Spektrographen beschrieben. Die Versuche, für die diese Dewar / Kryostaten ausgelegt ist erfordern schnelle Probenbeladung, schnelle Proben Einfrieren, schnelle Ausrichtung der Probe, genaue und stabile Probentemperaturen und geringe Größe und Portabilität des Dewar / Kryostaten kryogenen Einheit. Wenn sie mit den schnellen Datenerfassungsraten des CCD-Spektrographen gekoppelt ist dies Dewar / Kryostaten der Lage, bei einer Reihe von bekannten, stabilen Temperaturen im Bereich von 77 bis 300 K auf lumineszenten Proben kryogenen Lumineszenz spektroskopische Messungen zu unterstützen. Eine temperaturabhängige Untersuchung der Sauerstoff Quenchen der Lumineszenz in einem Rhodium (III) Übergangsmetallkomplex wird als Beispiel von der Art der Untersuchung möglich, mit diesem Dewar / Kryostaten dargestellt. In Zusammenhang mit dieser Vorrichtung wird eine stabile Temperatur für kryogene spektroskopischKopiermittel eine lumineszente Probe , die thermisch entweder mit flüssigem Stickstoff oder gasförmigem Stickstoff bei einer bekannten meßbaren Temperatur äquilibriert ist , die sich nicht verändert (&amp; Delta; T &lt;0,1 K) während der kurzen Zeitskala (~ 1-10 sec) der spektroskopischen Messung durch die CCD . Der Dewar / Kryostat funktioniert durch die Nutzung der positiven thermischen Gradienten dT / dh nehmen , die über flüssigem Stickstoff Niveau in der Dewar entwickelt , wobei h die Höhe der Probe über dem flüssigen Stickstoff Niveau ist. Die langsame Verdampfung des flüssigen Stickstoffs führt zu einer langsamen Zunahme in h über mehrere Stunden und einer daraus folgenden langsamen Anstieg der Probentemperatur T über diesen Zeitraum. Ein schnell erfasst Lumineszenzspektrum fängt wirksam die Probe bei einer konstanten, thermisch äquilibriert Temperatur.

Repräsentative Ergebnisse , erhalten in der oben beschriebenen Vorrichtung für eine temperaturabhängige Lumineszenzlöschung Studie im 77-200 K Region der lumineszenten Verbindung Tris (4,7-dimethyl-1,10-phenanthrolin) rhodium (III) [Rh (4 , 7-Me 2 -1,10-phen) 3] 3+, in sauerstoffgesättigten Glycerin gelöst sind in Tabelle 1 aufgelistet und aufgetragen in den Figuren 4, 5 und 7. <table b...

Watch this Scientific Journal Video about A Simple Dewar/Cryostat for Thermally Equilibrating Samples at Known Temperatures for Accurate Cryogenic Luminescence Measurements at JoVE.com

A Simple Dewar/Cryostat for Thermally Equilibrating Samples at Known Temperatures for Accurate Cryogenic Luminescence Measurements

A simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus comprised of a small fused silica optical Dewar, a thermocouple, and a charge-coupled device (CCD) spectrograph are described. The experiments for which this Dewar/cryostat is designed require fast sample loading, freezing, and alignment, accurate and stable sample temperatures, and small size/portability.

Eine einfache Dewar / Kryostat für Thermisch Äquilibrieren Proben, die bei bekannten Temperaturen für eine genaue Cryogenic Lumineszenzmessungen

The design and operation of a simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus based upon a small fused silica optical Dewar, a thermocouple assembly, and ...

a-simple-dewarcryostat-for-thermally-equilibrating-samples-at-known

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K Aufrufe.  Concordia University. A simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus comprised of a small fused silica optical Dewar, a thermocouple, and a charge-coupled device (CCD) spectrograph are described. The experiments for which this Dewar/cryostat is designed require fast sample loading, freezing, and alignment, accurate and stable sample temperatures, and small size/portability.

Serie: A Simple Dewar/Cryostat for Thermally Equilibrating Samples at Known Temperatures for Accurate Cryogenic Luminescence Measurements

Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

The physical properties of a material are defined by its electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;) and momentum (k) and the probability to find them in a particular state with given &omega; and k is described by the spectral function A(k, &omega;). This function can be directly measured in an experiment based on the well-known photoelectric effect, for the explanation of which Albert Einstein received the Nobel Prize back in 1921. In the photoelectric effect the light shone on a surface ejects electrons from the material. According to Einstein, energy conservation allows one to determine the energy of an electron inside the sample, provided the energy of the light photon and kinetic energy of the outgoing photoelectron are known. Momentum conservation makes it also possible to estimate k relating it to the momentum of the photoelectron by measuring the angle at which the photoelectron left the surface. The modern version of this technique is called Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy (ARPES) and exploits both conservation laws in order to determine the electronic structure, i.e. energy and momentum of electrons inside the solid. In order to resolve the details crucial for understanding the topical problems of condensed matter physics, three quantities need to be minimized: uncertainty* in photon energy, uncertainty in kinetic energy of photoelectrons and temperature of the sample.
In our approach we combine three recent achievements in the field of synchrotron radiation, surface science and cryogenics. We use synchrotron radiation with tunable photon energy contributing an uncertainty of the order of 1 meV, an electron energy analyzer which detects the kinetic energies with a precision of the order of 1 meV and a He3 cryostat which allows us to keep the temperature of the sample below 1 K. We discuss the exemplary results obtained on single crystals of Sr2RuO4 and some other materials. The electronic structure of this material can be determined with an unprecedented clarity.

The overall goal of this method is to determine the low-energy electronic structure of solids at ultra-low temperatures using Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy with synchrotron radiation.

Angle-Photoemissionsspektroskopie Bei extrem niedrigen Temperaturen

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

Forschung

Ingenieurwesen

Concurrent Quantitative Conductivity and Mechanical Properties Measurements of Organic Photovoltaic Materials using AFM

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. Thus, understanding of spatial variations in composition as well as electrical properties of OPV materials is of paramount importance for moving PV technology forward.1,2 In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution. Currently, materials properties measurements performed using commercially available AFM-based techniques (PeakForce, conductive AFM) generally provide only qualitative information. The values for resistance as well as Young's modulus measured using our method on the prototypical ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM system correspond well with literature data. The P3HT:PC61BM blend separates onto PC61BM-rich and P3HT-rich domains. Mechanical properties of PC61BM-rich and P3HT-rich domains are different, which allows for domain attribution on the surface of the film. Importantly, combining mechanical and electrical data allows for correlation of the domain structure on the surface of the film with electrical properties variation measured through the thickness of the film.

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution.

Concurrent Quantitative Leitfähigkeit und mechanische Eigenschaften Measurements of Organic Photovoltaic Materials mittels AFM

Organic photovoltaic  (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale  inhomogeneity of OPV materials affects performance ...

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

Synthese und Mikrodiffraktion bei extremen Drücken und Temperaturen

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Convergent Polishing: A Simple, Rapid, Full Aperture Polishing Process of High Quality Optical Flats &amp; Spheres

Convergent Polishing is a novel polishing system and method for finishing flat and spherical glass optics in which a workpiece, independent of its initial shape (i.e., surface figure), will converge to final surface figure with excellent surface quality under a fixed, unchanging set of polishing parameters in a single polishing iteration. In contrast, conventional full aperture polishing methods require multiple, often long, iterative cycles involving polishing, metrology and process changes to achieve the desired surface figure. The Convergent Polishing process is based on the concept of workpiece-lap height mismatch resulting in pressure differential that decreases with removal and results in the workpiece converging to the shape of the lap. The successful implementation of the Convergent Polishing process is a result of the combination of a number of technologies to remove all sources of non-uniform spatial material removal (except for workpiece-lap mismatch) for surface figure convergence and to reduce the number of rogue particles in the system for low scratch densities and low roughness. The Convergent Polishing process has been demonstrated for the fabrication of both flats and spheres of various shapes, sizes, and aspect ratios on various glass materials. The practical impact is that high quality optical components can be fabricated more rapidly, more repeatedly, with less metrology, and with less labor, resulting in lower unit costs. In this study, the Convergent Polishing protocol is specifically described for fabricating 26.5 cm square fused silica flats from a fine ground surface to a polished ~&#955;/2 surface figure after polishing 4 hr per surface on a 81 cm diameter polisher.

Convergent Polishing: A Simple, Rapid, Full Aperture Polishing Process of High Quality Optical Flats & Spheres

A novel optical polishing process, called &#8220;Convergent Polishing&#8221;, which enables faster, lower cost polishing, is described. Unlike conventional polishing processes, Convergent Polishing allows a glass workpiece to be polished in a single iteration and with high surface quality to its final surface figure without requiring changes to polishing parameters.

Convergent Polieren: Eine einfache und schnelle, Schmalrandpolierprozess der Hochwertiges optisches Wohnungen &amp; Spheres

Convergent Polishing is a novel polishing system and method for finishing flat and spherical glass optics in which a workpiece, independent of its initial ...

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.

Micro-Mauerwerk für 3D-Additive Mikroproduktion

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

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic recording of image sequences. The basic components, features, constraints and optimization tips of a 3D-PTV topology consisting of a high-speed camera with a four-view splitter are described and discussed in this article. The technique is applied to the intermediate flow field (5 &#60;x/d &#60;25) of a circular jet at Re &#8776; 7,000. Lagrangian flow features and turbulence quantities in an Eulerian frame are estimated around ten diameters downstream of the jet origin and at various radial distances from the jet core. Lagrangian properties include trajectory, velocity and acceleration of selected particles as well as curvature of the flow path, which are obtained from the Frenet-Serret equation. Estimation of the 3D velocity and turbulence fields around the jet core axis at a cross-plane located at ten diameters downstream of the jet is compared with literature, and the power spectrum of the large-scale streamwise velocity motions is obtained at various radial distances from the jet core.

A three-dimensional particle tracking velocimetry (3D-PTV) system based on a high-speed camera with a four-view splitter is described here. The technique is applied to a jet flow from a circular pipe in the vicinity of ten diameters downstream at Reynolds number Re &#8776; 7,000.

Dreidimensionale Particle Tracking Velocimetry für Turbulence Anwendungen: Fall eines Jet Fluss

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high external quantum efficiencies (EQE) and spans the whole visible spectrum. It has been recently reported that the UV excited luminescence of partially Li-exchanged sodium Linde type A zeolites [LTA(Na)] containing luminescent silver clusters can be controlled by adjusting the water content of the zeolite. These samples showed a dynamic change in their emission color from blue to green and yellow upon an increase of the hydration level of the zeolite, showing the great potential that these materials can have as luminescence-based humidity sensors at the macro and micro scale. Here, we describe the detailed procedure to fabricate a humidity sensor prototype using silver-exchanged zeolite composites. The sensor is produced by suspending the luminescent Ag-zeolites in an aqueous solution of polyethylenimine (PEI) to subsequently deposit a film of the material onto a quartz plate. The coated plate is subjected to several hydration/dehydration cycles to show the functionality of the sensing film.

A protocol for the synthesis of moisture-responsive luminescent Ag-zeolite composites is described in this report.

Nanostrukturierte Ag-Zeolith-Komposite als Lumineszenz-basierte Feuchtigkeitssensoren

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

Measuring the Densities of Aqueous Glasses at Cryogenic Temperatures

We demonstrate a method for determining the vitreous phase cryogenic temperature densities of aqueous mixtures, and other samples that require rapid cooling, to prepare the desired cryogenic temperature phase. Microliter to picoliter size drops are cooled by projection into a liquid nitrogen-argon (N2-Ar) mixture. The cryogenic temperature phase of the drop is evaluated using a visual assay that correlates with X-ray diffraction measurements. The density of the liquid N2-Ar mixture is adjusted by adding N2 or Ar until the drop becomes neutrally buoyant. The density of this mixture and thus of the drop is determined using a test mass and Archimedes principle. With appropriate care in drop preparation, management of gas above the liquid cryogen mixture to minimize icing, and regular mixing of the cryogenic mixture to prevent density stratification and phase separation, densities accurate to &#60;0.5% of drops as small as 50 pL can readily be determined. Measurements on aqueous cryoprotectant mixtures provide insight into cryoprotectant action, and provide quantitative data to facilitate thermal contraction matching in biological cryopreservation.

A protocol for determining the vitreous phase densities of micro- to pico-liter size drops of aqueous mixtures at cryogenic temperatures is described.

Messung der Dichte von wässrigen Gläsern bei kryogenen Temperaturen

We demonstrate a method for determining the vitreous phase cryogenic temperature densities of aqueous mixtures, and other samples that require rapid ...

Processing of Bulk Nanocrystalline Metals at the US Army Research Laboratory

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued development of nanocrystalline metals. Despite these efforts, the transition of these materials from the lab bench to actual applications has been blocked by the inability to produce large scale parts that retain the desired nanocrystalline microstructures. Following the development of a method proven to stabilize the nanosized grain structure to temperatures approaching that of the melting point for the given metal, the US Army Research Laboratory (ARL) has progressed to the next stage in the development of these materials - namely the production of large scale parts suitable for testing and evaluation in a range of relevant test environments. This report provides a broad overview of the ongoing efforts in the processing, characterization, and consolidation of these materials at ARL. In particular, focus is placed on the methodology used for producing the nanocrystalline metal powders, in both small and large-scale amounts, that are at the center of ongoing research efforts.

This paper provides a brief overview of the ongoing efforts at the Army Research Laboratory on the processing of bulk nanocrystalline metals with an emphasis on the methodologies used for the production of the novel metal powders.

Verarbeitung von Bulk nanokristallinen Metallen bei der US Army Research Laboratory

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued ...

Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method

This work presents a protocol employing the microwave photoconductivity decay (&#956;-PCD) for measurement of the carrier lifetime in semiconductor materials, especially SiC. In principle, excess carriers in the semiconductor generated via excitation recombine with time and, subsequently, return to the equilibrium state. The time constant of this recombination is known as the carrier lifetime, an important parameter in semiconductor materials and devices that requires a noncontact and nondestructive measurement ideally achieved by the &#956;-PCD. During irradiation of a sample, a part of the microwave is reflected by the semiconductor sample. Microwave reflectance depends on the sample conductivity, which is attributed to the carriers. Therefore, the time decay of excess carriers can be observed through detection of the reflected microwave intensity, whose decay curve can be analyzed for estimation of the carrier lifetime. Results confirm the suitability of the &#956;-PCD protocol in measuring the carrier lifetime in semiconductor materials and devices.

As one of the important physical parameters in semiconductors, carrier lifetime is measured herein via a protocol employing the microwave photoconductivity decay method.

Träger Lebensdauer Messungen in Halbleitern durch die Mikrowellen-Photoconductivity-Decay-Methode

This work presents a protocol employing the microwave photoconductivity decay (&#956;-PCD) for measurement of the carrier lifetime in semiconductor ...