Los autores quieren dar las gracias a Tim Allis en UC Merced por su ayuda en este proyecto. El programa de la NSF-monedas en la UCM soportado (KAM) en una primera parte de este trabajo. Un premio NSF-BRIGE apoyó coautores (BND y KAM), la provisión de fondos para este trabajo y los gastos de viaje a las conferencias. El grupo de investigación desea agradecer principalmente la Fundación Nacional de la Ciencia para la financiación de este trabajo a través de un premio BRIGE. Este material está basado en trabajo apoyado por la National Science Foundation con la subvención No. 1.032.653.

1. Preparación NanospringCarver archivos e inicio de MATLAB en un PC LINUX Los siguientes pasos están diseñados para un usuario general para hacer uso de los archivos proporcionados en línea 26. <ol><li> Descomprimir el archivo archivo nanosprings.tar.gz en el &quot;Inicio&quot; o otro directorio preferido. <ol><li> Descargue el archivo de ficheros del repositorio nanosprings.tar.gz 26 web. </li><li> Busque el archivo descargado y moverlo a un directorio de trabajo preferido titulado &quot;Documentos / Nanosprings&quot;. </li><li> Haga clic derecho y seleccione nanosprings.tar.gz &quot;extraer aquí&quot; en el menú contextual del botón derecho. </li></ol></li><li> Compruebe que todos los archivos necesarios están presentes en el directorio actual. Una lista de los archivos y su propósito sigue: Makefile - gestionado manualmente archivos de compilación para nanosprings.cpp y Point.cpp Nanospinternos rings.fig -MATLAB GUI Código Nanosprings.m -MATLAB GUI Point.cpp - Punto (átomo) definición de la clase Point.h - Punto (átomo) cabecea clase tallar - nanosprings independientes ejecutable example.par - archivo de parámetros de ejemplo glasscube.inp - archivo de datos glasscube nanosprings.cpp - código nanosprings principal nanosprings_diagram.jpg - nanospring ejemplo para la visualización nanosprings.cpp integrada MATLAB - nanospringsmex.cpp nanospringsmex.mexglx - nanosprings-MATLAB integrado ejecutable Nota: El usuario tendrá que crear el archivo ejecutable &quot;nanospringsmex.mexglx&quot; para la máquina Linux particular que está siendo utilizado (versión de 32 bits en este ejemplo). Si esto aún no se ha hecho, verificar el acceso al compilador &quot;mex&quot; MATLABescribiendo en la línea de comando &quot;que mex&quot; y la verificación de la existencia del programa. También verificar el acceso al programa de MATLAB escribiendo en la línea de comandos &quot;, que matlab&quot;. Mediante una línea de comandos para escribir &quot;nanospringsmex.cpp mex Point.cpp&quot; creará el archivo &quot;nanospringsmex.mexglx&quot; ejecutable integrado MATLAB NanospringCarver, como se muestra en las siguientes instrucciones. Aunque no es necesario para la interfaz gráfica de usuario, si se desea una versión independiente del programa NanospringCarver se pueden crear escribiendo &quot;hacer&quot; en una línea de comandos. Esto compilará el nanosprings.cpp y elementos del programa Point.cpp juntos para crear el &quot;tallar&quot; archivo ejecutable. En este tutorial, el &quot;glasscube.inp&quot; archivo contiene la información de posición para 192.000 silicio y átomos de oxígeno representin<html> ga modelo de vidrio de sílice, con cada línea que contiene un átomo de ID, el tipo de átomo, y x, y, z las coordenadas para el átomo. La primera línea del archivo es el recuento átomo total (192.000). Las coordenadas atómicas en este archivo son valores relativos, que si se multiplican por 0,716 representaría distancias nanométricas. </li><li> En el escritorio, abra una ventana de terminal. En muchas versiones de Linux lograr esto pulsando simultáneamente la tecla &quot;Ctrl&quot;, las claves &quot;T&quot; &quot;Alt&quot; y. </li><li> Cambie el directorio a la carpeta en la que los archivos de proyecto nanosprings se extrajeron escribiendo: Documentos cd / Nanosprings / </li><li> A continuación, ejecute el comando para compilar el binario para el sistema escribiendo: mex nanospringsmex.cpp Point.cpp </li><li> Siguiente iniciar MATLAB Matlab tecleando en la línea de comandos </li></ol> 2. Modificar y utilizar una interfaz gráfica de usuario (GUI) para el Programa de NanospringCarver ove_content &quot;&gt; Siga los pasos siguientes utilizando los archivos proporcionados en línea 26. <ol><li> Abra la guía en MATLAB haciendo clic en el icono de guía, en la parte superior área de la barra de herramientas izquierda (Figura 2), para mostrar una nueva ventana con la Guía de inicio rápido (Figura 3). </li></ol><img alt="Figura 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig2highres.jpg" width="600" /> Figura 2: Interfaz de usuario de MATLAB que muestra cómo abrir MATLAB GUÍA. <img alt="Figura 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig3highres.jpg" width="600" /> Figura 3: Interfaz GUÍA MATLAB inicialización. <ol start="2"><li> Utilice la ficha &quot;Abrir GUI existente&quot; (Figura 4) para modificar una figura existente. Haga clic en el botón &quot;Examinar&quot; para buscar la interfaz gráfica de usuario existentecifra que se desea modificar. Después de seleccionar el archivo gráfico (Nanosprings.fig, véase el recuadro azul), haga clic en &quot;Abrir&quot; en ambas ventanas para mostrar una nueva ventana con la figura de interfaz gráfica de usuario. Localice los botones disponibles para ser utilizados para la creación de interfaz gráfica de usuario en el panel izquierdo (Figura 5). </li></ol><img alt="Figura 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig4highres.jpg" width="600" /> Figura 4: Interfaz GUÍA MATLAB que muestra cómo abrir un archivo gráfico GUI existente. <img alt="Figura 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig5highres.jpg" width="600" /> Figura 5: Interfaz GUÍA MATLAB mostrando herramientas para la modificación de una figura de interfaz gráfica de usuario existente. <ol start="3"><li> Con el fin de ejecutar la interfaz gráfica de usuario, haga clic en &quot;Ejecutar&quot; en el marco del &quot;Menú Herramientas &quot;. A continuación, haga clic en &quot;Sí&quot; cuando una ventana emergente le solicita si desea guardar la figura antes de ejecutar. Una nueva ventana muestra la interfaz gráfica de usuario modificado. </li><li> Si es necesario, crear otra interfaz gráfica de usuario para un material específico diferente utilizando esta interfaz gráfica de usuario como un ejemplo. </li><li> Para configurar el ejemplo de ejecución, primero haga clic en el botón &quot;Seleccionar archivo de modelo de entrada&quot; en la parte superior de la interfaz gráfica de usuario y navegue hasta el archivo &quot;glasscube.inp&quot;. Seleccione este archivo y haga clic en &quot;Abrir&quot; para cerrar la ventana de navegación. El archivo de entrada seleccionada y la ruta que deberían aparecer ahora en la ventana de interfaz gráfica de usuario a la derecha del botón de &quot;archivo de modelo de entrada seleccionados&quot; (Figura 6). </li></ol><img alt="Figura 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig6highres.jpg" width="600" /> Figura 6: Captura de pantalla de usar interfaz gráfica de usuario para crear un ejemplo modelo nanospring sílice. <ol start="6"><li> A continuación, utilice el botón &quot;Examinar&quot; en la sección &quot;Modelo de salida&quot; para buscar y seleccionar el directorio para guardar el modelo de salida en. Asegúrese de que el directorio de salida se selecciona de forma activa para que el plazo esté habilitado, a pesar de que es un directorio de salida ya que aparece en la ventana que acompaña a la derecha de este botón. Nota: El valor &quot;Avance Parámetros Distancia mínima&quot; que aparece (0.209311 en la Figura 6) fue calculado específicamente para el &quot;glasscube.inp&quot; archivo de entrada prevista en este ejemplo, y se debe dejar como está. Este valor puede ser calculado como necesario en el primer uso de un archivo de entrada diferente mediante la introducción de un valor de &quot;0&quot; en esta ubicación antes de ejecutar el modelo. En este ejemplo, todos los valores de los parámetros están en unidades relativas para que coincida con la entrada atómica sistema de coordenadas. Si multiplicado por 0,716 los valores de los parámetros representarían distancias nanómetros. &lt;/ Li&gt; <li> Ejecutar el ejemplo utilizando los parámetros de resorte dado de r = 1,0, R = 5,0, p = 1,5, y d = 0,209311 pulsando el botón de la GUI &quot;Run&quot;. Ver los comentarios de la carrera en la ventana de comandos de MATLAB (Figura 7). En las votaciones, comprobar que se confirman los parámetros de la primavera, de que el archivo de datos de entrada se lee con éxito, y los resultados almacenados en el archivo de salida llamado &quot;modelo&quot; se describen. </li></ol><img alt="Figura 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig7highres.jpg" width="500" /> Figura 7: Comando MATLAB ventana de retroalimentación del plazo Nanosprings basada en GUI. Nota: En el ejemplo anterior, el &quot;modelo&quot; archivo contiene 5.176 átomos que comprenden la primavera se desea, uno por línea, con la primera línea que indica el número total de átomosen el archivo. Cada línea que define un átomo incluye el ID de átomo, el tipo de átomo, y x, y, z las coordenadas de ese átomo. <ol start="8"><li> Una vez que la interfaz gráfica de usuario está finalizado, realizar carreras sucesivas haciendo clic derecho en la ventana &quot;Nanosprings.m&quot; en el MATLAB &quot;carpeta actual&quot;, y seleccione &quot;Ejecutar&quot; para que aparezca la interfaz gráfica de usuario directamente. Nota: Varias referencias se enumeran 27-31 para obtener información adicional sobre MATLAB GUIDE y la interfaz básica GUÍA. </li></ol> 3. Verificación NanospringCarver resultados en un visualizador de código abierto 19 Los siguientes pasos están diseñados para un usuario general para visualizar y verificar los modelos de primavera de salida creados por NanospringCarver. <ol><li> Utilice la GUI MATLAB NanospringCarver como se describió anteriormente para generar archivos para la entrada en el programa de visualización 19. Cuando se ejecuta el programa de visualización, utilice el &quot;punto de coordicomieron archivo &quot;opción de entrada, distinguir tipos de átomos por el color, y seleccione una frontera cuadrícula de los ejes para el campo. </li><li> Medir distancias en los modelos de primavera y hacer un registro de ellos. </li><li> Comparar datos medidos contra las dimensiones deseadas de la primavera y la primavera de verificar la exactitud del modelo. </li></ol> 4. Utilizando NanospringCarver Resultados en tensión MD simulaciones de Nanosprings Los siguientes pasos se resumen para un usuario general para utilizar los modelos de primavera creado por NanospringCarver como entrada a un código MD-fuente abierta convencional 32. <ol><li> Descargue la versión más reciente del programa de código abierto MD LAMMPS. Consulte la documentación en línea asociada para los manuales y ejemplos. </li><li> Determinar las dimensiones del modelo nanospring deseada con el fin de preparar el modelo inicial apropiada vidrio de sílice a granel, como se informó antes de los 18. </li><li> Crear el modelo nanospring deseado utilizando el MATLAB GUI NanospringCarver (ver Sección 2 arriba). </li><li> Realizar simulaciones de tracción en el nanospring deseada, estirando el modelo axial 11,13,23. Producir un video representativo de modelo nanospring siendo estirado (vea la Figura 8, a continuación, y animada Figura 1) para la visualización y análisis. Los resultados científicos sobre el comportamiento tensión-deformación y rigidez de varios modelos nanospring bajo tensión han sido reportados en otros lugares 23. </li></ol><img alt="Figura 8" fo:content-width="4in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig8highres.jpg" width="400" /> Figura 8: Captura de pantalla de un nanospring sílice durante la simulación a la tracción (véase también Animados Figura 1).

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Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

Modificación del enfoque original para crear estructuras nanohelical llevado al desarrollo de dos códigos distintos para permitir la creación de ambos nanocintas y nanosprings de un modelo inicial MD vidrio de sílice a granel. Fue perseguido La verificación de los modelos nanocinta sílice y nanospring utilizando diferentes paquetes de software de 19 a 20, que confirmó su precisión dimensional dentro de la capacidad de medición de los programas. Comparación entre nanosprings y nanocintas también se ...

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29. MathWorks. Use and create MATLAB MEX-files [Internet]. [Massachusetts]: MathWorks; [cited 2013 May 30]. Available from: http://
www.mathworks.com/help/matlab/call-mex-files-1.html (2014).

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

Nanoestructuras helicoidales se producen típicamente en el laboratorio usando técnicas de deposición química de vapor de 1-2, mientras que los nuevos enfoques han sido reportados en la literatura 3. En particular nanosprings y nanocintas han sido estudiadas debido a sus distintas propiedades y aplicaciones prometedoras en sensores, óptica y dispositivos electromecánicos y de fluidos 4-7. Métodos de síntesis se han reportado para producir sílice (SiO 2) nanocintas, haciendo que estas estructuras de unidades de bloques de construcción potenciales para los sistemas jerárquicos. Síntesis Novela de nanosprings sílice 3D ha ampliado sus aplicaciones a chemiresistors cuando están cubiertas con ZnO 8 o nanopartículas para aplicaciones de diagnóstico 9-10. Los estudios experimentales sobre las propiedades mecánicas de nanosprings sílice y nanocintas son escasos, principalmente debido a las limitaciones actuales de manipulación de pruebas y métodos y equipment. Las investigaciones sobre los nanomecánica de nanoestructuras y nanosprings han reportado el uso de la teoría y simulaciones 11-14. Algunas simulaciones 13 han centrado en el comportamiento de nanomecánica nanosprings amorfos, ya que pueden explorar los regímenes no totalmente accesibles a través de la experimentación. Estudios atomísticos de nanosprings metálicos han sido reportados en la literatura para investigar la dependencia del tamaño de las propiedades elásticas 15, y más recientemente los nanomecánica de nanoestructuras de sílice cristalina helicoidal 14. Pruebas experimentales de estructuras nanospring también ha sido realizado en diferentes materiales tales como nanoestructuras de carbono y helicoidales nanocoils carbono 16-17. A pesar del conocimiento reunido hasta ahora, se necesita una comprensión más completa de las propiedades mecánicas de estos nuevos nanoestructuras para futuros esfuerzos de fabricación nanodispositivo. Como los estudios de MD g de sílicelass (sílice no cristalina) nanohelices son todavía algo limitadas, el modelado atomista de tales estructuras requiere la creación de códigos personalizados. No hay otros métodos alternativos de creación de modelos MD helicoidales de vidrio de sílice se han identificado hasta el momento en la literatura reciente búsqueda. En este trabajo, se persigue un enfoque de abajo hacia arriba para el modelado atomista de nanoestructuras de cristal de sílice helicoidales incluyendo nanosprings y nanocintas para futuras simulaciones MD nanomecánicos a gran escala. El enfoque general consiste en la creación de un modelo de vidrio MD &quot;a granel&quot; de sílice como se informó anteriormente 18, y forjar diversas nanoestructuras helicoidales de esta muestra &quot;mayor&quot; a través de dos códigos informáticos robustos y adaptables desarrollados para este fin. Ambos procedimientos computacionales ofrecen una manera distinta para crear modelos nanocinta y nanospring con gran eficiencia y detalle atomista; estas estructuras son adecuados para simulaciones atomísticos a gran escala.Además, una interfaz gráfica de usuario personalizado se utiliza para facilitar la creación y visualización de las estructuras helicoidales. La estructura del modelo de vidrio de sílice &quot;a granel&quot; se crea inicialmente a temperatura ambiente. Simulaciones MD de gran escala se llevan a cabo para este propósito utilizando la Garofalini interatómica potencial similar a estudios previos 18, que es relativamente eficiente computacionalmente y apropiado para sistemas grandes. La estructura de &quot;mayor&quot; de vidrio de sílice inicial consiste en un modelo cúbico (14,3 x 14,3 x 14,3 nm 3), que contiene 192.000 átomos. El modelo de vidrio de sílice &quot;a granel&quot; se equilibró a 300 K durante 0,5 nseg para obtener el estado inicial usando condiciones de contorno periódicas. Dos procedimientos computacionales están diseñados y utilizados para crear modelos nanocinta sílice y nanospring atomistas. El primer método consiste en forjar nanocintas sílice dela estructura &quot;a granel&quot;, utilizando las ecuaciones paramétricas que definen una hélice, y su geometría (tono, el radio de la hélice, y el radio del alambre). Este procedimiento incluye el uso de la lengua de programación AWK, el sistema operativo Linux, y software de visualización de código abierto 19. El procedimiento iterativo en general para crear modelos atomizados de nanocintas implica: (1) la selección de un átomo en el modelo de vidrio de sílice &quot;a granel&quot;, (2) el cálculo de la distancia desde el átomo seleccionado a un punto en el espacio en una función helicoidal pre-definido, (3) comparar esta distancia con el radio de la nanocinta deseada, y (4) descartar o mantener el átomo en un modelo de datos de salida. Una descripción detallada paso a paso de este método está incluido en los Códigos Escalable Open-Source material suplementario. Con este método, varios nanocintas de sílice fueron creados usando diferente paso, el radio de los valores de la hélice y el radio nanocinta, que se valora posteriormentede precisión en contra de los valores dimensionales deseadas con el análisis molecular y software de visualización 19-20. Modelos atomista de la nanocintas sílice se generaron con geometrías funcionales (altos valores de tono y bajos valores de radio nanocinta). Algunos artefactos, que consiste en átomos excluidos en el error, lo que lleva a una superficie nanocinta menos suave, se observaron a valores de radio nanocinta excesivamente altos y valores de tono extremadamente bajas. Métodos similares se han utilizado en el proceso de creación de nanocables de sílice 21-23. El segundo método que aquí se presenta incluye forjar nanosprings sílice de la estructura de sílice &quot;a granel&quot;, mediante la implementación de métodos de pre-selección para aumentar la eficiencia, además de las ecuaciones matemáticas de una hélice. Este procedimiento requiere la creación de un código más robusto C ++ para permitir una mayor flexibilidad en el modelado de estas nanoestructuras helicoidales. El método iterativo para crear Atomismodelos de tics de nanosprings incluye: (1) descartando todos los átomos garantizados a caer fuera de la trayectoria helicoidal, (2) seleccionar determinista un punto de la trayectoria helicoidal, (3) la comparación de todos los átomos dentro de una distancia específica a este punto seleccionado, y (4 ) descartar o almacenar cada átomo en un modelo de datos de salida. Una descripción paso a paso de este método también está incluido en los Códigos de Open-Source escalables material suplementario. Con este método, varios modelos nanospring sílice se obtuvieron con dimensiones variadas (radio, cable de radio de la hélice, y echada de nanospring) como muestran en la Figura 1. Se obtuvieron modelos de nanospring de sílice de alta precisión de manera eficiente con este método, sin evidencia de artefactos encontrados en extrema valores (bajo y alto) de paso para la nanospring. La creación y el uso de la interfaz gráfica de usuario para este método se describe en la sección de Protocolo. Figura 1:. Una estructura helicoidal general que muestra las dimensiones características, donde R, R y p representan la radio del alambre, el radio de la hélice, y el paso, respectivamente, H indica la altura total de la estructura helicoidal 23. Este protocolo se describe cómo preparar los archivos NanospringCarver, corriendo MATLAB 24 en un PC Linux de 25 años, y el uso de una interfaz gráfica de usuario para preparar modelos nanospring atomistas. Estos modelos anteriormente no disponibles sirven como base para nuevos dinámica molecular (MD) simulaciones 23 hacia la investigación de materiales de innovación. El procedimiento general paso a paso para crear modelos nanospring atomistas implica el uso de los siguientes elementos: (a) NanospringCarver (v. 0.5 beta) código (abierto-agriace en lenguaje C ++), (b) modelo de vidrio de sílice a granel (archivo de entrada), (c) interfaz de MATLAB GUI y archivos relacionados, y (d) el software MATLAB (versión 7) usando una licencia local en un PC Linux. Los productos que (a) - (c) anterior (código NanospringCarver, modelo de vidrio de sílice, archivos de MATLAB GUI) son de descarga gratuita en línea 26. MATLAB (Matrix Laboratory) es un lenguaje de alto nivel para el cálculo numérico, visualización y desarrollo de aplicaciones de MathWorks 24, que se utiliza principalmente para la visualización y análisis de datos, procesamiento de imágenes, y la biología computacional.

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

scalable nanohelices for predictive studies and enhanced 3d visualization

Materiales elásticos como son omnipresentes en la naturaleza y de interés en la nanotecnología para la captación de energía, almacenamiento de hidrógeno, y aplicaciones de detección biológicos. Para las simulaciones de predicción, se ha convertido cada vez más importante para ser capaz de modelar la estructura de nanohelices precisión. Para estudiar el efecto de la estructura local de las propiedades de estas geometrías complejas hay que desarrollar modelos realistas. Hasta la fecha, los paquetes de software son bastante limitadas en la creación de modelos helicoidales atomistas. Este trabajo se centra en la producción de modelos atomistas de vidrio de sílice (SiO2) nanocintas y nanosprings de dinámica molecular (MD) simulaciones. El uso de un modelo de MD de &quot;mayor&quot; de vidrio de sílice, dos procedimientos de cálculo para crear precisamente la forma de nanocintas y nanosprings se presentan. El primer método emplea el lenguaje de programación de código abierto y el software AWK para tallar eficazmente varias formas de nanocintas sílice de la imodelo de mayor nitial, utilizando dimensiones deseadas y ecuaciones paramétricas para definir una hélice. Con este método, precisos nanocintas sílice atomizados pueden ser generados para un rango de valores de tono y dimensiones. El segundo método consiste en un código más robusto que permite flexibilidad en las estructuras de modelado nanohelical. Este enfoque utiliza un código de C ++ especialmente escrito para implementar los métodos de pre-selección, así como las ecuaciones matemáticas para una hélice, lo que resulta en una mayor precisión y eficiencia al crear modelos nanospring. El uso de estos códigos, bien definidos y nanocintas escalables y nanosprings adecuados para simulaciones atomista se pueden crear de manera efectiva. Un valor añadido en ambos códigos de fuente abierta es que pueden ser adaptados para reproducir diferentes estructuras helicoidales, independientes de material. Además, una interfaz gráfica de usuario de MATLAB (GUI) se utiliza para mejorar el aprendizaje a través de la visualización y la interacción de un usuario general con el heli atomistaestructuras cal. Una aplicación de estos métodos es el reciente estudio de nanohelices través MD simulaciones con fines de aprovechamiento de la energía mecánica.

Los modelos nanocinta atomísticos creados con el primer procedimiento computacional (código nanocintas) y sus dimensiones asociadas se muestran en la Figura 9. Los modelos resultantes nanospring utilizando el segundo procedimiento de cálculo (código nanosprings) y las dimensiones asociadas se muestran en la Figura 10. <img alt="Figura 9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig9highres.jpg" width="...

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Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

El modelado preciso de las estructuras nanohelical es importante para los estudios de simulación predictiva que conducen a nuevas aplicaciones de la nanotecnología. Actualmente, los paquetes de software y los códigos están limitadas en la creación de modelos helicoidales atomistas. Se presentan dos procedimientos diseñados para crear modelos nanohelical atomistas para las simulaciones, y una interfaz gráfica para mejorar la investigación a través de la visualización.

Nanohelices escalables para estudios predictivos y mejorada visualización 3D

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

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

Research

JoVE Journal

Engineering

10.4K vistas.  University of California Merced.  El modelado preciso de las estructuras nanohelical es importante para los estudios de simulación predictiva que conducen a nuevas aplicaciones de la nanotecnología. Actualmente, los paquetes de software y los códigos están limitadas en la creación de modelos helicoidales atomistas. Se presentan dos procedimientos diseñados para crear modelos nanohelical atomistas para las simulaciones, y una interfaz gráfica para mejorar la investigación a través de la visualiza...

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

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

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

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

De alta resolución, de alta velocidad, tridimensional de imágenes de vídeo con técnicas de proyección digital de Fringe

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

Investigación

Ingeniería

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

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

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

Fabricación, operación y visualización del flujo en la superficie-acústico de ondas impulsadas Microfluídica Acústica contraflujo

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

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

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

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

Novela 3D / VR Interactivo Medio Ambiente para MD simulaciones, visualización y análisis

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

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

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

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

Micro-mampostería para 3D Aditivo Microfabricación

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

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

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

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

Surface Enhanced Raman Spectroscopy detección de biomoléculas mediante EBL Fabricados Nanoestructurados Sustratos

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

3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy

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

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

La impresión 3D de Modelos de Investigación Biomolecular y Pedagogía

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

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

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

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

Estrategia escalable de fabricación procesada por soluciones para electrodos transparentes de alto rendimiento y flexibles con malla metálica integrada

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

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

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

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

Circuitos integrados cuánticos escalables en plataforma de gas electrónico bidimensional superconductor

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

Scalable Stamp Printing and Fabrication of Hemiwicking Surfaces

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

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

Escalable de sello de impresión y fabricación de superficies de Hemiwicking

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

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

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

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

Impresión 3D - Evaluación de las emisiones de partículas de una pluma de impresión 3D

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