Les auteurs tiennent à remercier Joseph et Matthew Muskin Ragusa à l&#39;Université de l&#39;Illinois à Urbana-Champaign pour fournir des images en coupe des structures 3D montrées dans la figure 1D.

1. Préparation de la solution prépolymère <ol><li> Mix poly (éthylène glycol) diacrylate (PEG-DA) (poids moléculaire moyen ~ 575, Sigma-Aldrich) et de poly (éthylène glycol) (PEG) (poids moléculaire moyen ~ 200, Sigma-Aldrich) à un rapport de 1:2 poids. </li><li> Ajouter 0,67% en poids. photo-initiateur (phénylbis (2,4,6-triméthylbenzoyl) phosphine, Sigma-Aldrich). La solution doit être maintenue dans un environnement sombre partir de ce point. </li><li> Ajouter à 0,05% en poids. photo-absorption (Soudan I, Sigma-Aldrich). </li><li> Mélanger la solution pendant 24 heures à température ambiante en utilisant un agitateur magnétique. </li></ol> 2. Configuration d&#39;une imprimante de bureau 3D numérique utilisant un projecteur de données <ol><li> Placez un projecteur de données numériques sur une position plane et stable, et le connecter à un ordinateur avec Microsoft PowerPoint installé. </li><li> Placer une lentille convexe droite en avant de la lentille de sortie de faisceau du projecteur numérique. Choisissez une lentille convexe pour rendre le plan focal d&#39;environ 10 cm de la proprojecteur. (Résolution optique devient plus petit pour une lentille à focale plus courte, mais il faut réserver de l&#39;espace pour les composants optiques.) </li><li> Placer un miroir après la lentille convexe sur le trajet du faisceau à 45 ° d&#39;angle pour diriger le faisceau vers le bas. </li><li> Placer un porte-échantillon dans le plan focal du faisceau projeté. Le porte-échantillon doit être fixée à une platine de translation par lequel la position verticale du support d&#39;échantillon est contrôlée. </li><li> Placer un bain de résine sous le porte-échantillon. </li></ol> 3. Conception et fabrication de tubes de gel <ol><li> Déterminer diamètre, épaisseur de paroi, et la hauteur du tube de gel à fabriquer. </li><li> Dessiner des images en coupe du tube de gel. Les images doivent être en blanc sur fond noir. Insérez l&#39;image dans ces diapositives Microsoft PowerPoint. </li><li> Démarrer le diaporama dans Microsoft PowerPoint et projeter une image. Placer le porte-échantillon dans le plan focal par réglage de la position verticale à l&#39;aide attsouffrait scène. </li><li> Passez à une &quot;factice&quot; image en noir afin qu&#39;il n&#39;y aura pas de polymérisation indésirable tout en mettant solution de prépolymère. </li><li> Verser la solution de prépolymère bain de résine. Remplir le bain jusqu&#39;à ce que la solution couvre légèrement le porte-échantillon. Maintenant, il est prêt pour l&#39;objet 3D impression. </li><li> Basculer sur la diapositive contenant la première image en section transversale du tube de gel pour polymériser la première couche. Gardez projeter l&#39;image pendant 8 secondes et revenir au &quot;blackout&quot; slide. </li><li> Tournez le bouton sur la scène linéaire par ¼ de tour (~ 160 um) pour abaisser le porte-échantillon. Maintenant résine fraîche coule pour couvrir la couche polymérisée premier. </li><li> Projeter l&#39;image en coupe à nouveau pour polymériser la seconde couche au-dessus de l&#39;instance une. Répéter les étapes 3.6 à 3.8 jusqu&#39;à ce que le tube de gel de la hauteur désirée est fabriqué. </li><li> Une fois que toutes les couches sont complètes, soulever le porte-échantillon de la solution de prépolymère, et récupérer l&#39;échantillon fabriqué avec soin à l&#39;aide d&#39;un rasoir blade. </li><li> Rincer l&#39;échantillon dans l&#39;acétone pendant environ 3 heures, puis laisser sécher pendant ~ 1 heure. </li></ol> 4. Gonflement expérimental pour la Formation de Structures prescrits par l&#39;instabilité élastique <ol><li> Préparez de l&#39;eau-huile liquide à double couche dans un plat en verre transparent. </li><li> Fixer l&#39;échantillon sec sur un porte-échantillon en utilisant la super glue. </li><li> Retourner le support d&#39;échantillon de sorte que l&#39;échantillon est à l&#39;envers. Immerger l&#39;échantillon dans le bain de liquide eau-huile. Approcher l&#39;échantillon à l&#39;interface eau-huile à partir de la couche d&#39;huile. L&#39;échantillon commence à gonfler lorsque l&#39;échantillon en contact avec la surface de l&#39;eau alors que le substrat de base de la pièce sur laquelle le tube de gel a été fixé séjourné dans la couche huileuse supérieure. De cette façon, l&#39;eau peut diffuser dans la paroi du tube permettant à l&#39;échantillon gonfler avant que la base de contrainte se détend en mouillant. Surveiller le changement de modèle que les houles du tube de gel en utilisant un appareil photo numérique. </li></ol>

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	<li>Timoshenko, S. P., Gere, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Theory of Elastic Stability. , (1961).</li><li>Sharon, E., Marder, M., Swinney, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Leaves+Flowers+and+Garbage+Bags:+Making+Waves.">Leaves Flowers and Garbage Bags: Making Waves.</a> American Scientist. 92, 254-261 (2004).</li><li>K&#252;cken, M., Newell, 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=Fingerprint+formation.">Fingerprint formation.</a> Journal of Theoretical Biology. 235, 71-83 (2005).</li><li>Liang, H., Mahadevan, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+shape+of+a+long+leaf.">The shape of a long leaf.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 106, 22049-22054 (2009).</li><li>Bayer, S. A., Altman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The human brain during the second trimester. , (2005).</li><li>Trujillo, V., Kim, J., Hayward, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creasing+instability+of+surface-attached+hydrogels.">Creasing instability of surface-attached hydrogels.</a> Soft Matter. 4, 564 (2008).</li><li>Breid, D., Crosby, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+stress+state+on+wrinkle+morphology.">Effect of stress state on wrinkle morphology.</a> Soft Matter. 7, 4490 (2011).</li><li>Mora, T., Boudaoud, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Buckling+of+swelling+gels.">Buckling of swelling gels.</a> The European Physical Journal E. 20, 119-124 (2006).</li><li>DuPont, S. J., Cates, R. S., Stroot, P. G., Toomey, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Swelling-induced+instabilities+in+microscale,+surface-confined+poly(N-isopropylacryamide)+hydrogels.">Swelling-induced instabilities in microscale, surface-confined poly(N-isopropylacryamide) hydrogels.</a> Soft Matter. 6, 3876-3882 (2010).</li><li>Dervaux, J., Couder, Y., Guedeau-Boudeville, M. -. A., Ben Amar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+Transition+in+Artificial+Tumors:+From+Smooth+Buckles+to+Singular+Creases.">Shape Transition in Artificial Tumors: From Smooth Buckles to Singular Creases.</a> Physical Review Letters. 107, 018103 (2011).</li><li>Jang, J. -. H., Koh, C. Y., Bertoldi, K., Boyce, M. C., Thomas, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combining+Pattern+Instability+and+Shape-Memory+Hysteresis+for+Phononic+Switching.">Combining Pattern Instability and Shape-Memory Hysteresis for Phononic Switching.</a> Nano Letters. 9, 2113-2119 (2009).</li><li>Lee, H., Zhang, J., Jiang, H., Fang, N. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prescribed+Pattern+Transformation+in+Swelling+Gel+Tubes+by+Elastic+Instability.">Prescribed Pattern Transformation in Swelling Gel Tubes by Elastic Instability.</a> Physical Review Letters. 108, 214304 (2012).</li><li>Sun, C., Fang, N., Wu, D. M., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Projection+micro-stereolithography+using+digital+micro-mirror+dynamic+mask.">Projection micro-stereolithography using digital micro-mirror dynamic mask.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 121, 113-120 (2005).</li><li>Muskin, J., Ragusa, M., Gelsthorpe, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-Dimensional+Printing+Using+a+Photoinitiated+Polymer.">Three-Dimensional Printing Using a Photoinitiated Polymer.</a> Journal of Chemical Education. 87, 512-514 (2010).</li></ol>

Aucun conflit d&#39;intérêt déclaré.

Un gonflement de l&#39;hydrogel tubulaire contrainte sur le substrat, la stabilité ne dépend que de t / h et flambage ne ​​dépend que de h / D 12. Quatre groupes d&#39;échantillons (I-IV) avec différents niveaux d&#39;épaisseur normalisée t / h ont été fabriqués avec le groupe I étant plus épaisse et le groupe IV étant plus mince. Chaque groupe se compose de quatre échantillons (i-iv) avec différents niveaux de hauteur normalisée h / D, avec l&#39;échantillon i étant plus courte et l&#39;échantillon iv être plus grand. Dimensions des échantillons fabriqués sont présentés dans le tableau 1. Groupe I et II sont conçus pour rester stables pendant le gonflement, tandis que le groupe III et IV sont conçus pour se déformer et transformer lors du gonflement. Pour les échantillons de flambage, Buckling mode devrait diminuer avec la hauteur de l&#39;échantillon. figure 3A montre les résultats expérimentaux. En théorie prédit, les échantillons du groupe I et II sont restées stables et sont restés circulaire sur le gonflement, tandis que les échantillons du groupe III et IV sont tous passés par l&#39;instabilité élastique et bouclée. En outre, les échantillons avec la même h / D affiché similaire mode de flambement. Figure 3B compare observés expérimentalement modes de flambement d&#39;échantillons dans le groupe III et IV de prédiction théorique. Nous pouvons voir que les échantillons avec la même h / D présentent le même post-flambage tendances, indépendamment de l&#39;épaisseur et que les résultats expérimentaux sont en bon accord avec la théorie. Nous présentons comment mettre en place un système de bureau 3D simple d&#39;impression utilisant une disponible dans le commerce numérique du projecteur de données. L&#39;approche proposée repose sur photodurcissement de polymère à construct structures 3D, et par conséquent, tous les polymères photodurcissables peuvent être également utilisés en général, dans la mesure où le photo-initiateur a une absorbance dans la gamme de longueur d&#39;onde appropriée visible. Notez que de nombreux photoinitiateurs disponibles dans le commerce sont conçus pour les ultra-violets (UV) des longueurs d&#39;onde, mais le photo-initiateur utilisé ici a une absorbance relativement plus élevé aux longueurs d&#39;onde supérieures à 400 nm. Offrant un moyen facile et rapide pour fabriquer des objets en 3D, cette méthode trouve de nombreuses applications dans divers domaines, y compris mécanique des matériaux souples comme démontré ici.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nom du réactif </td><td> Entreprise </td><td> Numéro de catalogue </td><td> Commentaires (optionnel) </td></tr><tr><td> Poly (éthylène glycol) diacrylate </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 437441 </td><td> Mw ~ 575 </td></tr><tr><td> Poly (éthylène glycol) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> P3015 </td><td> Mw ~ 200 </td></tr><tr><td> phénylbis (2,4,6-triméthylbenzoyl) phosphine </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 511447 </td><td> Photo-initiateur </td></tr><tr><td> Soudan I </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 103624 </td><td> Photo-absorbeur </td></tr><tr><td> Les données numériques projecteur </td><td> Viewsonic </td><td> PJD6221 </td><td></td></tr><tr><td> Lentille convexe </td><td> Thorlabs </td><td> LA1145 </td><td> f = 75,0 mm </td></tr><tr><td> Mirrou </td><td></td><td></td><td> 4 &quot;tranche de silicium </td></tr><tr><td> Stade Manuel </td><td> Velmex </td><td> A2506DE-S2.5 </td><td></td></tr></tbody></table>

micro 3d printing using a digital projector and its application in the study of soft materials mechanics

Flambage est un sujet classique en mécanique. Bien que le flambage a été longuement étudié comme l&#39;un des principaux modes de défaillance structurale 1, il a récemment attiré l&#39;attention nouvelle que d&#39;un mécanisme unique de transformation motif. La nature est pleine de ces exemples où une foule de motifs exotiques sont formés par 2-5 instabilité mécanique. Inspiré par ce mécanisme élégant, de nombreuses études ont démontré la création et la transformation de modèles utilisatrices de matériaux souples tels que des élastomères et des hydrogels 6-11. Gonflement des gels présentent un intérêt particulier, car ils peuvent déclencher spontanément instabilité mécanique pour créer des motifs différents sans avoir besoin d&#39;une force externe 6-10. Récemment, nous avons rapporté la démonstration d&#39;un contrôle total sur flambage modèle de micro-échelle en utilisant des gels tubulaires projection de micro-stéréolithographie (PμSL), une technologie de fabrication en trois dimensions (3D) capable de convertir rapidement des modèles 3D générés par ordinateur iobjets nto physiques à haute résolution 12,13. Nous présentons ici une méthode simple pour mettre en place un système simplifié PμSL l&#39;aide d&#39;un commerce numérique du projecteur de données pour étudier l&#39;enflure provoquée par l&#39;instabilité de flambement pour la transformation modèle contrôlé. Une imprimante de bureau 3D simple est construit en utilisant un hors-la-étagère de données numériques de projecteur et simples tels que des composants optiques d&#39;une lentille convexe et d&#39;un miroir 14. Transversales images extraites d&#39;un modèle 3D est projeté sur la surface de résine photosensible à la suite, la polymérisation d&#39;une résine liquide dans une structure solide 3D désirée de manière couche par couche. Même avec cette configuration simple et processus facile, arbitraires objets 3D peuvent être facilement fabriqués avec une résolution sub-100 um. Cette imprimante de bureau 3D offre des possibilités à l&#39;étude de la mécanique des matériaux souples en offrant une excellente occasion d&#39;explorer différentes géométries 3D. Nous utilisons ce système pour fabricate structure tubulaire en forme d&#39;hydrogel avec des dimensions différentes. Fixée sur le fond du substrat, le gel se développe tubulaire contrainte inhomogène lors de gonflement, ce qui donne lieu à une instabilité au flambage. Différents motifs ondulés apparaissent le long de la circonférence du tube lorsque les structures de gel subir de flambage. L&#39;expérience montre que la circonférence de flambage en mode souhaité peut être créée d&#39;une manière commandée. Transformation de modèle en trois dimensions structurés gels tubulaires a des répercussions importantes non seulement en mécanique et sciences des matériaux, mais aussi dans beaucoup d&#39;autres domaines émergents tels que matamaterials accordables.

Un système simple PμSL l&#39;aide d&#39;un hors-the-shelf de données numériques projecteur est illustré à la figure 1. Une lentille convexe ayant une longueur focale de 75 mm concentre le faisceau d&#39;éclairage dans la zone de petit 2 cm sur 2 cm. Résultant dans le plan-résolution optique est d&#39;environ 45 um. Résolution verticale est déterminée par le niveau de précision de la platine de translation. Épaisseur de la couche des structures faites pour cette étude est de 160 um. Chaque couche a été polymérisé pendant 8 sec éclairement lumineux. Une structure 3D représentant fabriquée par le système est représenté sur la figure 1D. Ces objets se compose de 58 couches de PEGDA. Nous avons préparé photodurcissable hydrogel PEGDA. Réticulation faible, gonflement donc important, d&#39;hydrogel PEGDA a été obtenue en ajoutant non-réticulation PEG dans la solution de prépolymère. Sens de la longueur du rapport de gonflement de l&#39;hydrogel ainsi obtenu est PEGDA 1,5, ce qui correspond à une expansion volumétrique supérieure à 300%. &gt; Une série de tubes d&#39;hydrogel PEGDA ont été conçus et fabriqués sur la base de nos 12 théorie. Nous avons placé un échantillon à l&#39;envers et mettre dans le bain avec de l&#39;eau recouvert d&#39;une couche d&#39;huile sur le dessus, comme illustré dans la figure 2A. Selon les paramètres dimensionnels, des tubes circulaires soit demeurée stable ou a transformé en un motif ondulé comme le montre la figure 2B. La grande variété de gonflement modèle de différents échantillons a été capturée par un appareil photo numérique et présenté sur la figure 3A. <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig1.jpg" /> Figure 1. Une projection bureau micro-stéréolithographie système (a) Représentation schématique (b) le système réel (c) vue en gros plan de composants (d) représentatives des structures 3D. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig1large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir la figure</a> . tente &quot;fo: keep-together.within pages =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig2.jpg" /> Figure 2. (A) Montage expérimental pour tube d&#39;hydrogel gonflant (b) Tube d&#39;hydrogel contrainte se transforme en différents modèles. La barre d&#39;échelle indique 5 mm. <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig3.jpg" /> Figure 3. (A) Structure formée par un gonflement expérience. L&#39;axe vertical indique t / h (donc la stabilité), et l&#39;axe horizontal indique h / D (donc flambage). La barre d&#39;échelle indique 5 mm. (B) Flambage ne ​​dépend que de h / D. Résultat expérimental est en bon accord avec la prédiction théorique. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig3large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir la figure</a> . <table border="1"><tbody><tr><td colspan="2"> Exemple &lt;/ Strong&gt; </td><td> D (pm) </td><td> t (pm) </td><td> h (um) </td></tr><tr><td rowspan="4"> Je </td><td> Je </td><td> 9300 ± 420 </td><td> 760 ± 40 </td><td> 840 ± 40 </td></tr><tr><td> ii </td><td> 9700 ± 420 </td><td> 1040 ± 40 </td><td> 1060 ± 40 </td></tr><tr><td> iii </td><td> 9700 ± 420 </td><td> 1210 ± 40 </td><td> 1340 ± 40 </td></tr><tr><td> iv </td><td> 9700 ± 420 </td><td> 1660 ± 40 </td><td> 1680 ± 40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> II </td><td> Je </td><td> 9000 ± 420 </td><td> 480 ± 40 </td><td> 880 ± 40 </td></tr><tr><td> ii </td><td> 9000 ± 420 </td><td&gt; 660 ± 40 </td><td> 1060 ± 40 </td></tr><tr><td> iii </td><td> 9500 ± 420 </td><td> 740 ± 40 </td><td> 1350 ± 40 </td></tr><tr><td> iv </td><td> 9200 ± 420 </td><td> 970 ± 40 </td><td> 1650 ± 40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> III </td><td> Je </td><td> 8900 ± 420 </td><td> 160 ± 40 </td><td> 790 ± 40 </td></tr><tr><td> ii </td><td> 8900 ± 420 </td><td> 300 ± 40 </td><td> 1020 ± 40 </td></tr><tr><td> iii </td><td> 9100 ± 420 </td><td> 380 ± 40 </td><td> 1330 ± 40 </td></tr><tr><td> iv </td><td> 9000 ± 420 </td><td> 490 ± 40 </td><td> 1630 ± 40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> IV </td><td> Je </td><td> 8900 ± 420 </td><td> 140 ± 40 </td><td> 780 ± 40 </td></tr><tr><td> ii </td><td> 8800 ± 420 </td><td> 190 ± 40 </td><td> 1010 ± 40 </td></tr><tr><td> iii </td><td> 9300 ± 420 </td><td> 230 ± 40 </td><td> 1340 ± 40 </td></tr><tr><td> iv </td><td> 8900 ± 420 </td><td> 290 ± 40 </td><td> 1650 ± 40 </td></tr></tbody></table> Dimensions de la table exemples 1. Mesurée au microscope optique. Erreurs indiquent l&#39;incertitude de mesure.

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Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

Nous démontrons la transformation du modèle contrôlé tubes de gel de gonflement par l&#39;instabilité élastique. Une simple projection de micro-lithographie stéréo configuration est construit en utilisant un hors-la-étagère de données numériques de projecteur pour fabriquer des structures en trois dimensions de façon polymères couche par couche. Gonflement des tubes d&#39;hydrogel sous contrainte mécanique afficher différents modes de flambement périphériques en fonction de la dimension.

Micro 3D Impression à l&#39;aide d&#39;un projecteur numérique et son application dans l&#39;étude de la mécanique des matériaux souples

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new ...

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Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and non-destructively reveals the hydrogen density distribution at surfaces, at interfaces, and in the volume of solid materials with high depth resolution. The technique applies a 15N ion beam of 6.385 MeV provided by an electrostatic accelerator and specifically detects the 1H isotope in depths up to about 2 &#956;m from the target surface. Surface H coverages are measured with a sensitivity in the order of ~1013 cm-2 (~1% of a typical atomic monolayer density) and H volume concentrations with a detection limit of ~1018 cm-3 (~100 at. ppm). The near-surface depth resolution is 2-5 nm for surface-normal 15N ion incidence onto the target and can be enhanced to values below 1 nm for very flat targets by adopting a surface-grazing incidence geometry. The method is versatile and readily applied to any high vacuum compatible homogeneous material with a smooth surface (no pores). Electrically conductive targets usually tolerate the ion beam irradiation with negligible degradation. Hydrogen quantitation and correct depth analysis require knowledge of the elementary composition (besides hydrogen) and mass density of the target material. Especially in combination with ultra-high vacuum methods for in-situ target preparation and characterization, 1H(15N,&#945;&#947;)12C NRA is ideally suited for hydrogen analysis at atomically controlled surfaces and nanostructured interfaces. We exemplarily demonstrate here the application of 15N NRA at the MALT Tandem accelerator facility of the University of Tokyo to (1) quantitatively measure the surface coverage and the bulk concentration of hydrogen in the near-surface region of a H2 exposed Pd(110) single crystal, and (2) to determine the depth location and layer density of hydrogen near the interfaces of thin SiO2 films on Si(100).

We illustrate the application of 1H(15N,&#945;&#947;)12C resonant nuclear reaction analysis (NRA) to quantitatively evaluate the density of hydrogen atoms on the surface, in the volume, and at an interfacial layer of solid materials. The near-surface hydrogen depth profiling of a Pd(110) single crystal and of SiO2/Si(100) stacks is described.

Quantification des concentrations d&#39;hydrogène dans des surfaces et interfaces des couches et des matériaux en vrac par le biais de profils en profondeur avec l&#39;analyse de la réaction nucléaire

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

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Ingénierie

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify their influence on void formation in composite parts. Wicking in a fibrous medium described by the Washburn equation was considered equivalent to a flow under the effect of capillary pressure according to the Darcy law. Experimental tests for the characterization of wicking were conducted with both carbon and flax fiber reinforcement. Quasi-unidirectional fabrics were then tested by means of a tensiometer to determine the morphological and wetting parameters along the fiber direction. The procedure was shown to be promising when the morphology of the fabric is unchanged during capillary wicking. In the case of carbon fabrics, the capillary pressure can be calculated. Flax fibers are sensitive to moisture sorption and swell in water. This phenomenon has to be taken into account to assess the wetting parameters. In order to make fibers less sensitive to water sorption, a thermal treatment was carried out on flax reinforcements. This treatment enhances fiber morphological stability and prevents swelling in water. It was shown that treated fabrics have a linear wicking trend similar to those found in carbon fabrics, allowing for the determination of capillary pressure.

An experimental method to measure geometrical parameters and the apparent advancing contact angles describing capillary wicking in unidirectional synthetic and natural fabrics is proposed. These parameters are mandatory for the determination of the capillary pressures that must be taken into account for liquid composite molding (LCM) applications.

Wicking Tests pour unidirectionnels Tissus: Mesures de Capillaire paramètres pour évaluer la pression capillaire dans les processus Liquid Composite Molding

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the manifold requirements during processing and application of such complex fluids. In this investigation, measuring protocols for a conclusive assessment of different process relevant rheological parameters have been evaluated. This includes the determination of yield stress, viscosity, wall slip velocity, structural recovery after large deformation and elongation at break as well as tensile force during filament stretching.
The importance of concomitant video recordings during parallel-plate rotational rheometry for a significant determination of rheological quantities is demonstrated. The deformation profile and flow field at the sample edge can be determined using appropriate markers. Thus, measurement parameter settings and plate roughness values can be identified for which yield stress and viscosity measurements are possible. Slip velocity can be measured directly and measuring conditions at which plug flow, shear banding or sample spillover occur can be identified clearly. 
Video recordings further confirm that the change in shear moduli observed during three stage oscillatory shear tests with small deformation amplitude in stage I and III but large oscillation amplitude in stage II can be directly attributed to structural break down and recovery. For the pastes investigated here, the degree of irreversible, shear-induced structural change increases with increasing deformation amplitude in stage II until a saturation is reached at deformations corresponding to the crossover of G' and G'', but the irreversible damage is independent of the duration of large amplitude shear. 
A capillary breakup elongational rheometer and a tensile tester have been used to characterize deformation and breakup behavior of highly filled pastes in uniaxial elongation. Significant differences were observed in all experiments described above for two commercial screen-printing silver pastes used for front side metallization of Si-solar cells.

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &amp;#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

A protocol for a robust and application relevant rheological characterization of highly concentrated suspensions is presented. Silver pastes used for screen-printing application in solar cell production are employed as model systems.

Défis à rhéologique Caractérisation des concentrés - Suspensions très Une étude de cas pour la sérigraphie argent Pastes

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the ...

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection molding inserts with micro surface features. The Soft Tooling inserts are manufactured by Digital Light Processing (vat photo polymerization) using a photopolymer that can withstand relatively high temperaturea. The part manufactured here has four tines with an angle of 60&#176;. Micro pillars (&#216;200 &#181;m, aspect ratio of 1) are arranged on the surfaces by two rows. Polyethylene (PE) injection molding with the soft tooling inserts is used to fabricate the final parts. This method demonstrates that it is feasible to obtain injection-molded parts with microstructures on complex geometry by additive manufactured inserts. The machining time and cost is reduced significantly compared to conventional tooling processes based on computer numerical control (CNC) machining. The dimensions of the micro features are influenced by the applied additive manufacturing process. The lifetime of the inserts determines that this process is more suitable for pilot production. The precision of the inserts production is limited by the additive manufacturing process as well.

A protocol for fabricating injection molding inserts for complex geometry with micro features on surfaces employing Additive Manufacturing (AM) is presented.

Une chaîne de processus doux outillage de moulage par Injection d’un composant 3D avec Micro piliers

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection ...

Studying Large Amplitude Oscillatory Shear Response of Soft Materials

We investigate the sequence of physical processes exhibited during large amplitude oscillatory shearing (LAOS) of polyethylene oxide (PEO) in dimethyl sulfoxide (DMSO) and xanthan gum in water &#8212; two concentrated polymer solutions used as viscosifiers in foods, enhanced oil recovery, and soil remediation. Understanding the nonlinear rheological behavior of soft materials is important in the design and controlled manufacturing of many consumer products. It is shown how the response to LAOS of these polymer solutions can be interpreted in terms of a clear transition from linear viscoelasticity to viscoplastic deformation and back again during a period. The LAOS results are analyzed via the fully quantitative Sequence of Physical Processes (SPP) technique, using free MATLAB-based software. A detailed protocol of performing a LAOS measurement with a commercial rheometer, analyzing nonlinear stress responses with the freeware, and interpreting physical processes under LAOS is presented. It is further shown that, within the SPP framework, a LAOS response contains information regarding the linear viscoelasticity, the transient flow curves, and the critical strain responsible for the onset of nonlinearity.

We present a detailed protocol outlining how to perform nonlinear oscillatory shear rheology on soft materials, and how to run the SPP-LAOS analysis to understand the responses as a sequence of physical processes.

Étudier la réponse de grande Amplitude oscillatoire des matériaux souples

We investigate the sequence of physical processes exhibited during large amplitude oscillatory shearing (LAOS) of polyethylene oxide (PEO) in dimethyl ...

Multimodal 3D Printing of Phantoms to Simulate Biological Tissue

Biomedical optical imaging is playing an important role in diagnosis and treatment of various diseases. However, the accuracy and the reproducibility of an optical imaging device are greatly affected by the performance characteristics of its components, the test environment, and the operations. Therefore, it is necessary to calibrate these devices by traceable phantom standards. However, most of the currently available phantoms are homogeneous phantoms that cannot simulate multimodal and dynamic characteristics of biological tissue. Here, we show the fabrication of heterogeneous tissue-simulating phantoms using a production line integrating a spin coating module, a polyjet module, a fused deposition modeling (FDM) module, and an automatic control framework. The structural information and the optical parameters of a &#34;digital optical phantom&#34; are defined in a prototype file, imported to the production line, and fabricated layer-by-layer with sequential switch between different printing modalities. Technical capability of such a production line is exemplified by the automatic printing of skin-simulating phantoms that comprise the epidermis, dermis, subcutaneous tissue, and an embedded tumor.

Spin coating, polyjet printing, and fused deposition modeling are integrated to produce multilayered heterogeneous phantoms that simulate structural and functional properties of biological tissue.

Impression 3D multimodale de fantômes pour simuler les tissus biologiques

Biomedical optical imaging is playing an important role in diagnosis and treatment of various diseases. However, the accuracy and the reproducibility of ...

In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication of Asymmetric Crossbars Based on Mixed-Phased a-VOx

Resistive switching crossbar architecture is highly desired in the field of digital memories due to low cost and high-density benefits. Different materials show variability in resistive switching properties due to the intrinsic nature of the material used, leading to discrepancies in the field because of underlying operation mechanisms. This highlights a need for a reliable technique to understand mechanisms using nanostructural observations. This protocol explains a detailed process and methodology of in&#160;situ nanostructural analysis as a result of electrical biasing using transmission electron microscopy (TEM). It provides visual and reliable evidence of underlying nanostructural changes in real time memory operations. Also included is the methodology of fabrication and electrical characterizations for asymmetric crossbar structures incorporating amorphous vanadium oxide. The protocol explained here for vanadium oxide films can be easily extended to any other materials in a metal-dielectric-metal sandwiched structure. Resistive switching crossbars are predicted to serve the programmable logic and neuromorphic circuits for next-generation memory devices, given the understanding of the operation mechanisms. This protocol reveals the switching mechanism in a reliable, timely, and cost-effective way in any type of resistive switching materials, and thereby predicts the device&#39;s applicability.

In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication of Asymmetric Crossbars Based on Mixed-Phased a-VOx

Presented here is a protocol for analyzing nanostructural changes during in&#160;situ biasing with transmission electron microscopy (TEM) for a stacked metal-insulator-metal structure. It has significant applications in resistive switching crossbars for the next generation of programmable logic circuits and neuromimicking hardware, to reveal their underlying operation mechanisms and practical applicability.

Microscopie électronique de transmission in situ avec biais et fabrication de barres transversales asymétriques basées sur la phase mixte a-VOx

Resistive switching crossbar architecture is highly desired in the field of digital memories due to low cost and high-density benefits. Different ...

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).

Impression 3D - Évaluation des émissions de particules d’un stylo d’impression 3D

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

Pneumatically Driven Microfluidic Platform for Micro-Particle Concentration

The present article introduces a method for fabricating and operating a pneumatic valve to control particle concentration using a microfluidic platform. This platform has a three-dimensional (3D) network with curved fluid channels and three pneumatic valves, which create networks, channels, and spaces through duplex replication with polydimethylsiloxane (PDMS). The device operates based on the transient response of a fluid flow rate controlled by a pneumatic valve in the following order: (1) sample loading, (2) sample blocking, (3) sample concentration, and (4) sample release. The particles are blocked by thin diaphragm layer deformation of the sieve valve (Vs) plate and accumulate in the curved microfluidic channel. The working fluid is discharged by the actuation of two on/off valves. As a result of the operation, all particles of various magnifications were successfully intercepted and disengaged. When this technology is applied, the operating pressure, the time required for concentration, and the concentration rate may vary depending on the device dimensions and particle size magnification.

The present protocol describes a pneumatic microfluidic platform that can be used for efficient microparticle concentration.

Plate-forme microfluidique à entraînement pneumatique pour la concentration de microparticules

The present article introduces a method for fabricating and operating a pneumatic valve to control particle concentration using a microfluidic platform. ...

Microfluidic Acoustophoresis for Flowthrough Separation of Gram-Negative Bacteria using Aptamer Affinity Beads

This article describes the fabrication and operation of microfluidic acoustophoretic chips using a microfluidic acoustophoresis technique and aptamer-modified microbeads that can be used for the fast, efficient isolation of Gram-negative bacteria from a medium. This method enhances the separation efficiency using a mix of long, square microchannels. In this system, the sample and buffer are injected into the inlet port through a flow controller. For bead centering and sample separation, AC power is applied to the piezoelectric transducer via a function generator with a power amplifier to generate acoustic radiation force in the microchannel. There is a bifurcated channel at both the inlet and outlet, enabling simultaneous separation, purification, and concentration. The device has a recovery rate of &gt;98% and purity of 97.8% up to a 10x dose concentration. This study has demonstrated a recovery rate and purity higher than the existing methods for separating bacteria, suggesting that the device can separate bacteria efficiently.

This paper describesthe fabrication and operation of microfluidic acoustophoretic chips using the microfluidic acoustophoresis technique and aptamer-modified microbeads that can be used for fast, efficient isolation of Gram-negative bacteria from a medium.