Gracias a las Ciencias XG de generosas donaciones de papel de grafeno. Gracias al Dr. C. Friedrich para generosamente dejarnos usar el equipo de micro-perforación. Un agradecimiento especial se extiende a Tayloria Adams para narrar el video.

1. Fabrique una estructura 3D laminado Electrodo / aislamiento <ol><li> Para una capa de grafeno 6, 5 dispositivo de capa de cinta, cortar el papel de grafeno con un bisturí o cuchilla de afeitar similares y una regla de borde recto en seis 0,7 cm x 1,5 cm rectángulos y usar las tijeras para cortar la cinta de doble cara sensible a la presión en cinco 1.3 cm x ~ 5 cm rayas. NOTA: Como se muestra en la Figura 1a, esto produce un electrodo de 3 planta, 3 dispositivo de electrodo de señal de CA. El 7 mm realización de anchura de la capa es lo suficientemente estrecha como para que quepan en un portaobjetos de vidrio, sin embargo, lo suficientemente amplia como para facilitar la perforación. La longitud de 2 mm no se rompen con facilidad en el uso repetido y tiene espacio suficiente para conectar los cables de cobre. La profundidad del equipo es limitada por las profundidades de la fresa más. </li><li> Coloque la primera capa de papel de grafeno sobre un portaobjetos de vidrio limpio. Lentamente cubrir un extremo del papel de grafeno con una franja de cinta, dejando un margen de ~ 2 mm para asegurar el aislamiento entre las dos capas de papel de grafeno adyacentes (Figura 1b </strong&gt;). </li><li> Coloque la segunda capa de papel de grafeno en la parte superior de la cinta de desplazamiento a la primera capa de papel de grafeno (Figura 1a). Aplique una presión moderada (presión de manera uniforme con el pulgar, ~ 100 N durante 0,7 cm 2 de área) después de la adición de cada capa de la realización para asegurar un buen sellado entre capas. </li><li> Repita los pasos 1.2 y 1.3 para el resto de capas, dejando la parte superior e inferior del papel capas de grafeno. Cortar a lo largo de la línea de puntos se muestra en la Figura 1b para eliminar el exceso de cinta de los bordes del dispositivo dejando un pequeño margen de ~ 1 mm para asegurar el aislamiento sellada entre capas de papel de grafeno (Figura 1b). NOTA: La cinta de doble cara no se utiliza como las capas superior e inferior para evitar la recogida de residuos, ya que la estructura laminada se perfora, montado en un portaobjetos, y se llena con la muestra. </li><li> Realizar una prueba de aislamiento rápido con un multímetro (modo de resistencia). Coloque las sondas positivos y negativos en dos lados diferentes de thdispositivo electrónico (A y B en la figura 1c); alta resistencia (kilo-mega-ohmios) indica un buen aislamiento entre las capas. Retire la estructura en capas de la lámina de vidrio para preparar para la perforación de micro pocillos. NOTA: Un dispositivo normalmente no pasa la prueba de aislamiento cuando las capas de papel de grafeno adyacentes hacen contacto durante los pasos 1.2 a 1.4. Deseche estos dispositivos. </li></ol> 2. Taladro Micro-bien en la estructura laminada <ol><li> Use una máquina mecánica micro-fresado controlado por ordenador y elegir una fresa con un 700 micras de diámetro y 2,1 mm de longitud de corte. Inmovilizar la estructura laminada en la etapa de micro-fresado utilizando abrazaderas apropiadas (Figuras 2A y B). Ejecutar el husillo de la máquina de molienda a 8.600 rpm, a continuación, baje la fresa de extremo lentamente en y a través del centro de la estructura laminada. Mueva la fresa de espiga giratoria hacia arriba y abajo a través de la micro-y para alisar la pared interior. <ol><li> Elija micro-asídiámetros, que están limitados por disposición molino de extremo de diámetro / longitud de los ratios de aspecto de corte. Asegúrese de que la superficie interna de las micro-así es como vertical y limpio posible para gradientes de campo eléctrico óptimo y paso de la luz a través de la micro pocillos. </li></ol></li><li> Limpie los residuos de micro-bien con el aire a presión. Realice otra prueba de aislamiento como se describe en 1.5. </li></ol> 3. Conecte los cables eléctricos a la estructura laminada <ol><li> Doblar dos 3 cm de largo 32 T hilos de cobre a un ángulo recto en 2 cm. Mezclar ~ 1,5 ml de la parte A y B de la plata epoxi conductora. NOTA: <img alt="Ecuación 1" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51696/51696eq1.jpg" /></li><li> Aplicar manualmente epoxi plata mezclada con la parte superior y las puntas de las 3 capas de papel de grafeno para asegurar un buen contacto entre las capas en el lado A de la estructura estratificada (Figura 1c), a continuación, coloque el extremo del cable de cobre de 1 cm en el epoxi y entre dos capas. Suavemente cuadradosueeze las capas para eliminar el exceso de epoxi y asegurar un buen contacto eléctrico. Repita para el lado B de la estructura laminada. </li><li> Coloque todo el dispositivo en la rejilla del horno, secar durante la noche a 70 ° C y 1 atm a. </li></ol> 4. Preparar la muestra y Medios de Comunicación <ol><li> Preparar los medios de comunicación isotónica de un espectro de conductividades usando el medidor de conductividad, 290 mM de solución de manitol de stock y adiciones de serie de isotónica salina tampón fosfato (PBS). NOTA: Existe una correlación lineal entre la concentración de conductividad y el volumen de ~ 290 mOsm / L de PBS (la realización) en 290 ~ solución mOsm / L de manitol (no conductor). El video muestra a un medio de 0,01 S / m de conductividad. </li><li> Mezclar perlas de poliestireno con medios preparados de conductividad o e-pura agua (~ 5 x 10 -6 S / m) a un vol 1:50: proporción vol. Este protocolo es fácilmente adaptable a las células biológicas. </li></ol> 5. Experimento configurar y utilizar dispositivos <ol><li> Sujete el dispositivo onto un portaobjetos de vidrio con una presión moderada (Figura 2d) con abrazaderas de papel modificados o equivalente. Las zapatas deben ser lo suficientemente cerca de la micro-bien para sellar la estructura laminada a la lámina de vidrio prevención de fugas de la muestra. La pinza debe encajar dentro de la platina del microscopio con la presión optimizado a un) evitar la deformación de la estructura laminada, y b) asegurar que el fluido de micro-así no se escapa. La deformación altera la geometría bien y trayectoria de la luz reduciendo reproducibilidad experimento. </li><li> Usando una jeringa de micro o equivalente, inyectar lentamente ~ 1 l de la muestra en el micro-y así evitar la introducción de cualquier burbuja. Repetir la inyección si es necesario y tenga cuidado de no dañar las paredes micro pocillos con la aguja afilada. Un poco llene en exceso el micro pocillos y se deslice inmediatamente cubierta de vidrio sobre el micro-bien para eliminar el exceso de líquido, evitar la evaporación, y garantizar volúmenes reproducibles para cada experimento. NOTA: A punta de diamante glasscutter funciona bien para scorey grieta cubierta de cristal de tamaño. </li><li> Asegure el microdispositivo laminada completada a la platina del microscopio y fije los cables del electrodo generador de funciones a los dos conductores de cobre en el dispositivo. En AxioVision (software Zeiss), haga clic en el botón para iniciar la grabación de la cámara en el modo de adquisición multidimensional. Iniciar señal del generador de función en un período de tiempo fijo después de comenzar la grabación de la cámara CCD para documentar las respuestas con y sin campo eléctrico aplicado. NOTA: Aquí 100 Hz a 10 MHz de frecuencia con una señal de pico a pico de 15 V se aplicaron y los experimentos se observaron a un aumento de 10X en 1 a 200 por encima de la superficie de portaobjetos de vidrio durante 2 segundos sin campo y ~ 5 min con campo aplicado. Las imágenes se guardan digitalmente en 1 a 5 fotogramas por segundo (fps) para su posterior análisis. </li><li> Una vez finalizado el experimento, retire el dispositivo y desmantelar las abrazaderas. Sumerja tanto el portaobjetos de vidrio y el dispositivo con agua y jabón, luego enjuague bien. Dispositivos de reutilización de 30 horas con un rendimiento consistente. </li></ol> 6. Análisis de Datos y Procesamiento de Imágenes <ol><li> Analizar los datos de imágenes con software preferido, como ImageJ. Calcular la velocidad del desplazamiento de partículas entre imágenes consecutivas en un intervalo de tiempo dado. </li><li> Calcular la fuerza la fuerza y el campo DEP experimental basado en la velocidad de compilar las tendencias y comparar con la teoría 29. </li><li> Medida de velocidad de las partículas radialmente en la geometría de micro-así coherente con la forma de la gradiente de campo eléctrico. Desde el borde de micro-bien en el centro, identificar 8 contornos concéntricos isoeléctricos (350, 300, ... 50, 0 M), lo que resulta en 7 regiones. NOTA: La hora de las partículas para atravesar la distancia de 50 m se utilizó para calcular la velocidad. Cuando las variaciones geométricas que requerían, los contornos isoeléctricos se ajustaron ligeramente. </li></ol>

Los autores no tienen conflictos a revelar.

Este manuscrito detalla los protocolos para fabricar una capa de grafeno novela 6 y 5 capas de cinta microdispositivo. Además, el funcionamiento del dispositivo se ilustra a través de los comportamientos observados DEP de 6,08 m perlas de poliestireno junto con un enfoque de análisis de velocidad de la partícula única, geométricamente relevante. Este enfoque versátil para construir dispositivos electrocinéticos no lineales es menos costoso que el electrodo y técnicas de microfabricación capa de fluidos, mientr...

El grafeno es un nuevo material conocido por sus propiedades electrónicas de alta calidad y potenciales químicos y biosensores aplicaciones 1. Nanoplatelets grafeno se han utilizado para soporte del catalizador 2, 3, 4, biosensores super-condensadores 5 y compuestas-electrodos incluidos grafeno / polianilina y compuestos de nanopartículas de silicio / grafeno 6-8. Este manuscrito describe la utilización de papel de grafeno como electrodos en una única tridimensional (3D), dispositivo de microfluidos de capas. Electrodos de papel de grafeno se laminaron con aislante cinta de doble cara y una cámara perforado dentro de la cual se realizó dielectroforesis AC 3D de perlas de poliestireno. La dielectroforesis (DEP) se refiere al movimiento de partículas polarizables bajo campos eléctricos no uniformes. DEP Positivo (pDEP) o DEP negativo (nDEP) se produce cuando las partículas son más o menos polarizable que el medio circundante, resulting en movimiento hacia el campo eléctrico más fuerte o más débil, respectivamente. Esta herramienta electrocinético no lineal se ha usado para la separación, clasificación, atrapando, y la identificación de partículas y células biológicas 9-15. La fuerza dielectroforética experimentada por una partícula polarizada es una función del gradiente de campo eléctrico, radio de la partícula y la forma, propiedades dieléctricas de partículas incluyendo la conductividad y la permitividad, así como la conductividad medios de comunicación y la permitividad. En tradicional de dos dimensiones (2D) de DEP, el movimiento de partículas está en el plano principal de la gradiente de campo eléctrico típicamente formado entre electrodos de superficie microfabricados; movimiento en la dirección vertical es insignificante en comparación con las direcciones en el plano, en la mayoría de los dispositivos. Sin embargo, el aprovechamiento de esta tercera dimensión de gradientes de campo eléctrico para el 3D DEP permite un mayor rendimiento de la muestra y aumenta la flexibilidad para diseñar nuevas y mejores separaciones dielectroforéticas en la que el flujo es traverse al campo gradientes 16, 17. Otros diseños específicos incluyen 3D DEP basado en 18 aislante, electrodos de carbono 3D DEP 13, 19 y 3D galvanoplastia DEP 10. Como queda de manifiesto por la investigación en las estructuras 3D, tales dispositivos pueden ser operados en modo de flujo continuo para lograr rendimientos más altos. Observación del movimiento de partículas 3D en nuestro dispositivo 3D en capas se logra como una función de frecuencia y conductividad media a través de microscopía de luz a diferentes alturas focales. Fatoyinbo et al. Primero informó DEP en un 3D laminado estructura del electrodo / aislamiento utilizando apilados alternativamente 30 micras papel de aluminio y 150 películas de resina epoxi 20 micras. Hubner et al. Diseñaron electrodos laminados 3D similares con 35 m de cinta de cobre y 118 micras de poliamida adhesivo 21. Este trabajo toma prestado el diseño en 3D, bueno 22, 23, Y utiliza de forma exclusiva la comodidad de 50 micras de papel grafeno como las capas conductoras y 100 m de cinta de doble cara como las capas aislantes, que logró sellar y con suficiente blindaje eléctrico. El grafeno papel versatilidad es una clara ventaja para microdispositivos electrodos 3D porque los nanoplatelets grafeno tienen la capacidad de actuar al mismo tiempo como biosensores, que este grupo previamente demostrada 24. Los gradientes de campo logrados en el grafeno papel / polímero laminado microdispositivos 3D dependen de las dimensiones micro-así, las capas de papel de grafeno, y el campo eléctrico aplicado. Las dimensiones críticas incluyen la separación vertical del electrodo (conductor y aislante espesores de capa) y el diámetro micro pocillos y altura (determinado por capas apiladas). La señal eléctrica se puede ajustar a través de la amplitud y la frecuencia. La estructura del dispositivo actual es para el funcionamiento por lotes, pero se puede adaptar a un dispositivo de flujo continuo. El fabuloso dispositivotécnica rication descrito aquí es adecuado para el desarrollo de 3D laminado electrodos con una amplia variedad de propiedades nanoplatelet grafeno simplemente intercambiando el papel de grafeno utilizado. Ventajas de la utilización de papel de grafeno son versatilidad de propiedades físicas y químicas, gasto reducido, y los nanoplatelets de grafeno simultáneamente pueden actuar como biosensores para detectar una amplia gama de bioanalytes 24. Las metas a largo plazo de los sistemas de DEP en 3D de alto rendimiento son identificar rápidamente los tipos de células 25-27, o lograr sin etiquetas, clasificación de células eléctricamente mediada de las células enfermas de las poblaciones de células sanas 28. En este trabajo se demuestra la optimización del material y preparación de equipo y el servicio seguido de la ilustración y el análisis de los resultados típicos.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="552">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Reagents</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name of Reagent</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalogue Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene Beads</td>
			<td>Spherotech, Inc.</td>
			<td>PP-60-10</td>
			<td>6.08 um diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphene paper</td>
			<td>XG Sciences, Inc.</td>
			<td>XG Leaf B-072</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double sided tape</td>
			<td>3M</td>
			<td>N/A</td>
			<td>136 office tape</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver conductive epoxy</td>
			<td>MG chemicals</td>
			<td>8331-14G</td>
			<td>Part A &#38;B included</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mannitol</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>091M0020V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffer saline</td>
			<td>OmniPur</td>
			<td>0381C490</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name of equipment&#160;</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalogue Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope&#160;&#160;&#160;&#160; (CCD Camera)</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Axiovert 200M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Function/waveform generator</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>33250A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td>Hamilton</td>
			<td>84505</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paper Clamp</td>
			<td>ADAMS</td>
			<td>3300-50-3848</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>280A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimeter</td>
			<td>OMEGA</td>
			<td>HHM25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-milling machine</td>
			<td>AEROTECH</td>
			<td>ABL1500 stages/A3200 Npaq controller</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>End mill</td>
			<td>ULTRATOOL</td>
			<td>708473</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AxioVision</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Version4.8</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

development of a 3d graphene electrode dielectrophoretic device

El diseño y la fabricación de una novela microdispositivo electrodo 3D utilizando 50 micras de espesor de papel de grafeno y 100 micras cinta de doble cara se describe. El protocolo detalla los procedimientos para construir una, reutilizable, de múltiples capas versátil cámara dielectroforesis laminado. Específicamente, seis capas de 50 m x 0,7 cm x 2 cm de papel de grafeno y cinco capas de cinta de doble cara se apilaron alternativamente juntos, a continuación, sujetan a un portaobjetos de vidrio. A continuación, un m de diámetro micro-así 700 fue perforado a través de la estructura laminada usando una máquina de micro perforación controlado por ordenador. Propiedades aislantes de la capa de cinta entre capas de grafeno adyacentes fueron asegurados por las pruebas de resistencia. Plata epoxi conductor conectado capas alternas de papel de grafeno y formó conexiones estables entre el papel de grafeno y los electrodos de alambre de cobre externos. A continuación, el dispositivo acabado se sujeta y se sella a un portaobjetos de vidrio. El gradiente de campo eléctrico fue modelado en tque el dispositivo de múltiples capas. Comportamientos dielectroforéticas de 6 micras perlas de poliestireno se demostraron en los 1 mm de profundidad de micro pocillos, con conductividades medianas que van desde 0,0001 S / m a 1,3 S / m, y se aplican frecuencias de la señal de 100 Hz a 10 MHz. Se observaron respuestas dielectroforéticas negativos en tres dimensiones más de la mayor parte del espacio de la conductividad-frecuencia y de cruce valores de frecuencia son consistentes con valores de la bibliografía se informó anteriormente. El dispositivo no impidió electroósmosis y electrotérmicos flujos de corriente alterna, que se produjeron en las regiones de alta y baja frecuencia, respectivamente. El papel de grafeno utilizado en este dispositivo es muy versátil y, posteriormente, podría funcionar como un biosensor después de caracterizaciones dielectroforéticas son completa.

Experimentos dielectroforéticas en 6 perlas de poliestireno micras se llevaron a cabo en un 0,38 mm 3 cilíndrico micro pocillos. Los resultados demuestran que un 3D laminado dispositivo basado en el papel de grafeno puede ilustrar firmas dielectroforéticas similares como dispositivos de laminado de hoja metálica 3D 20, 21, tradicional 2D de metal-electrodo 26, 27, y los dispositivos aisladores 2D 25. En los siguientes experimentos, se aplicó una señal de CA 15 V pic...

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Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

Un microdispositivo con potencial de alto rendimiento se utiliza para demostrar en tres dimensiones (3D) dielectroforesis (DEP) con nuevos materiales. Papel nanoplatelet grafeno y la cinta de doble cara se apilaban alternativamente; un micro-así 700 micras fue perforado transversal a las capas. DEP comportamiento de perlas de poliestireno se demostró en el micro-así.

Desarrollo de un dispositivo 3D grafeno Electrodo dielectroforéticas

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

11.9K vistas.  Michigan Technological University.  Un microdispositivo con potencial de alto rendimiento se utiliza para demostrar en tres dimensiones (3D) dielectroforesis (DEP) con nuevos materiales. Papel nanoplatelet grafeno y la cinta de doble cara se apilaban alternativamente; un micro-así 700 micras fue perforado transversal a las capas. DEP comportamiento de perlas de poliestireno se demostró en el micro-así. 

Video: Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen 1-7. The performance of SOFCs and the rates of many chemical and energy transformation processes in energy storage and conversion devices in general are limited primarily by charge and mass transfer along electrode surfaces and across interfaces. Unfortunately, the mechanistic understanding of these processes is still lacking, due largely to the difficulty of characterizing these processes under in situ conditions. This knowledge gap is a chief obstacle to SOFC commercialization. The development of tools for probing and mapping surface chemistries relevant to electrode reactions is vital to unraveling the mechanisms of surface processes and to achieving rational design of new electrode materials for more efficient energy storage and conversion2. Among the relatively few in situ surface analysis methods, Raman spectroscopy can be performed even with high temperatures and harsh atmospheres, making it ideal for characterizing chemical processes relevant to SOFC anode performance and degradation8-12. It can also be used alongside electrochemical measurements, potentially allowing direct correlation of electrochemistry to surface chemistry in an operating cell. Proper in situ Raman mapping measurements would be useful for pin-pointing important anode reaction mechanisms because of its sensitivity to the relevant species, including anode performance degradation through carbon deposition8, 10, 13, 14 ("coking") and sulfur poisoning11, 15 and the manner in which surface modifications stave off this degradation16. The current work demonstrates significant progress towards this capability. In addition, the family of scanning probe microscopy (SPM) techniques provides a special approach to interrogate the electrode surface with nanoscale resolution. Besides the surface topography that is routinely collected by AFM and STM, other properties such as local electronic states, ion diffusion coefficient and surface potential can also be investigated17-22. In this work, electrochemical measurements, Raman spectroscopy, and SPM were used in conjunction with a novel test electrode platform that consists of a Ni mesh electrode embedded in an yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte. Cell performance testing and impedance spectroscopy under fuel containing H2S was characterized, and Raman mapping was used to further elucidate the nature of sulfur poisoning. In situ Raman monitoring was used to investigate coking behavior. Finally, atomic force microscopy (AFM) and electrostatic force microscopy (EFM) were used to further visualize carbon deposition on the nanoscale. From this research, we desire to produce a more complete picture of the SOFC anode.

We present a unique platform for characterizing electrode surfaces in solid oxide fuel cells (SOFCs) that allows simultaneous performance of multiple characterization techniques (e.g. in situ Raman spectroscopy and scanning probe microscopy alongside electrochemical measurements). Complementary information from these analyses may help to advance toward a more profound understanding of electrode reaction and degradation mechanisms, providing insights into rational design of better materials for SOFCs.

Sondeo y Cartografía superficies de los electrodos en pilas de óxido sólido

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Investigación

Ingeniería

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 ...

Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently more difficult than measuring the flow of a transparent fluid, since optical methods are not applicable. Ultrasound can be used to measure the velocity of an opaque fluid, not only at isolated points, but at hundreds or thousands of points arrayed along lines, with good temporal resolution. When applied to a liquid metal electrode, ultrasound velocimetry involves additional challenges: high temperature, chemical activity, and electrical conductivity. Here we describe the experimental apparatus and methods that overcome these challenges and allow the measurement of flow in a liquid metal electrode, as it conducts current, at operating temperature. Temperature is regulated within &#177;2 &#176;C using a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller that powers a custom-built furnace. Chemical activity is managed by choosing vessel materials carefully and enclosing the experimental setup in an argon-filled glovebox. Finally, unintended electrical paths are carefully prevented. An automated system logs control settings and experimental measurements, using hardware trigger signals to synchronize devices. This apparatus and these methods can produce measurements that are impossible with other techniques, and allow optimization and control of electrochemical technologies like liquid metal batteries.

Ultrasound velocimetry is used to study mixing by fluid flow in liquid metal electrodes. The focus of this manuscript is to illustrate the methods used for making precise, spatially-resolved ultrasound measurements while limiting oxidation and controlling and monitoring temperature, applied current, and the heater power being supplied.

Ultrasonido de medición de velocidad en un metal líquido Electrodo

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

La tomografía de rayos X de energía dispersiva de 3D Mapping elemental de nanopartículas individuales

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Synthesis and Functionalization of 3D Nano-graphene Materials: Graphene Aerogels and Graphene Macro Assemblies

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. Additionally, most reported graphene assemblies are held together through physical interactions (e.g., van der Waals forces) rather than chemical bonds, which limit their mechanical strength and conductivity. This video method details recently developed strategies to fabricate mass-producible, graphene-based bulk materials derived from either polymer foams or single layer graphene oxide. These materials consist primarily of individual graphene sheets connected through covalently bound carbon linkers. They maintain the favorable properties of graphene such as high surface area and high electrical and thermal conductivity, combined with tunable pore morphology and exceptional mechanical strength and elasticity. This flexible synthetic method can be extended to the fabrication of polymer/carbon nanotube (CNT) and polymer/graphene oxide (GO) composite materials. Furthermore, additional post-synthetic functionalization with anthraquinone is described, which enables a dramatic increase in charge storage performance in supercapacitor applications.

This video method describes the synthesis of high surface area, monolithic 3D graphene-based materials derived from polymer precursors as well as single layer graphene oxide.

Síntesis y funcionalización de 3D Materiales Nano-grafeno: grafeno aerogeles y grafeno Asambleas Macro

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. ...

Non-aqueous Electrode Processing and Construction of Lithium-ion Coin Cells

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational analysis. Testing of lithium-ion batteries in an academic setting has taken on several forms, but at the most basic level lies the coin cell construction. In traditional LIB electrode preparation, a multi-phase slurry composed of active material, binder, and conductive additive is cast out onto a substrate. An electrode disc can then be punched from the dried sheet and used in the construction of a coin cell for electrochemical evaluation. Utilization of the potential of the active material in a battery is critically dependent on the microstructure of the electrode, as an appropriate distribution of the primary components are crucial to ensuring optimal electrical conductivity, porosity, and tortuosity, such that electrochemical and transport interaction is optimized. Processing steps ranging from the combination of dry powder, wet mixing, and drying can all critically affect multi-phase interactions that influence the microstructure formation. Electrochemical probing necessitates the construction of electrodes and coin cells with the utmost care and precision. This paper aims at providing a step-by-step guide of non-aqueous electrode processing and coin cell construction for lithium-ion batteries within an academic setting and with emphasis on deciphering the influence of drying and calendaring.

Non-aqueous electrode processing is central to the construction of coin cells and the evaluation of new electrode chemistries for lithium-ion batteries. A step-by-step guide to the basic practices needed as an electrochemical engineer working with batteries in an academic experimental setting is furnished.

Procesamiento de electrodos no acuoso y Construcción de células de iones de litio de la moneda

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational ...

A 3D-printed Chamber for Organic Optoelectronic Device Degradation Testing

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, using 3D-printing. As these types of devices are sensitive to moisture and oxygen, such a chamber can aid researchers in characterizing the electronic and stability properties. The chamber is intended to be used as a temporary, reusable, and stable environment with controlled properties (including humidity, gas introduction, and temperature). It can be used to protect air-sensitive materials or to expose them to contaminants in a controlled way for degradation studies. To characterize the properties of the chamber, we outline a simple procedure to determine the water vapor transmission rate (WVTR) using relative humidity as measured by a standard humidity sensor. This standard operating procedure, using a 50% infill density of polylactic acid (PLA), results in a chamber that can be used for weeks without any significant loss of device properties. The versatility and ease of use of the chamber allows it to be adapted to any characterization condition that requires a compact-controlled atmosphere.

Here, we present a protocol for the design, manufacture, and use of a simple, versatile 3D-printed and controlled atmospheric chamber for the optical and electrical characterization of air-sensitive organic optoelectronic devices.

Una cámara 3D impreso para dispositivos optoelectrónicos orgánicos degradación pruebas

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, ...

Three-electrode Coin Cell Preparation and Electrodeposition Analytics for Lithium-ion Batteries

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and subsequent safety issues becomes increasingly important. In a Li-ion cell setup, the voltage measurement across the positive and negative terminals inherently includes the effect of the cathode and anode which are coupled and sum to the total cell performance. Accordingly, the ability to monitor the degradation aspects associated with a specific electrode is extremely difficult because the electrodes are fundamentally coupled. A three-electrode setup can overcome this problem. By introducing a third (reference) electrode, the influence of each electrode can be decoupled, and the electrochemical properties can be measured independently. The reference electrode (RE) must have a stable potential that can then be calibrated against a known reference, for example, lithium metal. The three-electrode cell can be used to run electrochemical tests such as cycling, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Three-electrode cell EIS measurements can elucidate the contribution of individual electrode impedance to the full cell. In addition, monitoring the anode potential allows the detection of electrodeposition due to lithium plating, which can cause safety concerns. This is especially important for the fast charging of Li-ion batteries in electric vehicles. In order to monitor and characterize the safety and degradation aspects of an electrochemical cell, a three-electrode setup can prove invaluable. This paper aims to provide a guide to constructing a three-electrode coin cell setup using the 2032-coin cell architecture, which is easy to produce, reliable, and cost-effective.

Three-electrode cells are useful in studying the electrochemistry of lithium-ion batteries. Such an electrochemical setup allows the phenomena associated with the cathode and anode to be decoupled and examined independently. Here, we present a guide for construction and use of a three-electrode coin cell with emphasis on lithium plating analytics.

Moneda de tres electrodos célula preparación y análisis de electrodeposición para baterías de iones de litio

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and ...

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D materials is still in nascent stages, scientists cannot fully rely on traditional semiconductor techniques for related research. Delicate processes from locating the materials to electrode definition need to be well controlled. In this article, a universal fabrication protocol required in manufacturing nanoscale electronics, such as 2D quasi-heterojunction bipolar transistors (Q-HBT), and 2D back-gated transistors are demonstrated. This protocol includes the determination of material position, electron beam lithography (EBL), metal electrode definition, et al. A step by step narrative of the fabrication procedures for these devices are also presented. Furthermore, results show that each of the fabricated devices has achieved high performance with high repeatability. This work reveals a comprehensive description of process flow for preparing 2D nano-electronics, enables the research groups to access this information, and pave the way toward future electronics.

The article aims to introduce a standard and reliable fabrication procedure for the development of future low dimensional nanoelectronics.

Un método estándar y fiable para la fabricación nanoelectrónica bidimensional

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of data that can be obtained from an individual sample and renders it difficult to produce statistically relevant data for unique and rare materials. Resonant cavity dielectric spectroscopy is a non-destructive, contactless technique which can simultaneously interrogate both sides of a sheeted material and provide measurements which are suitable for statistical interpretations. This offers analysts the ability to quickly discriminate between sheeted materials based on composition and storage history. In this methodology article, we demonstrate how contactless resonant cavity dielectric spectroscopy may be used to differentiate between paper analytes of varying fiber species compositions, to determine the relative age of the paper, and to detect and quantify the amount of post-consumer waste (PCW) recycled fiber content in manufactured office paper.

A protocol for the non-destructive analysis of the fiber content and relative age of paper.

Desarrollo del método para estudios espectroscópicos dieléctricos de cavidad resonante sin contacto de papel celulósico

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...