Sandia est un laboratoire multi-programme géré par Sandia Corporation, une société Lockheed Martin, pour la National Nuclear Security Administration sous contrat DE-AC04-94-AL85000. Le travail a également été soutenu par le Département américain de l&#39;énergie, Bureau des sciences fondamentales de l&#39;énergie dans le cadre du projet de recherche en petit groupe Simple chercheur (Grant No. DE-SC0002619) du Prof Violi (Université du Michigan, Ann Arbor). KRW est soutenu par le ministère de l&#39;Énergie, Bureau de la science, Programme de recherche en début de carrière sous Département de l&#39;énergie contrat DE-AC02-05CH11231 US. L&#39;Advanced Light Source est appuyé par le directeur, Bureau de la science, Bureau des sciences fondamentales de l&#39;énergie, du Département américain de l&#39;Énergie sous contrat DE-AC02-05CH11231. KKH reconnaît soutien continu d&#39;une partie de cette recherche par la DFG sous contrat KO 1363/18-3.

Une. Expériences en phase gazeuse <ol><li> Allumer la basse pression Premixed flamme <ol><li> S&#39;assurer que l&#39;eau de refroidissement s&#39;écoule à travers la paroi du brûleur et de la chambre de flamme et que la chambre de combustion est pompée vers le bas à environ 0,1 mbar. </li><li> Établir un 1 L / min de débit d&#39;argon et d&#39;un écoulement de 1,5 L / min d&#39;oxygène à travers la surface du brûleur et de maintenir une pression de 80 mbar (60 Torr) dans la chambre de combustion. </li><li> Placez l&#39;allumeur à fil chaud sur la surface du brûleur; régler le débit d&#39;hydrogène à 0,4 L / min, et activer rapidement l&#39;allumeur. </li><li> Après l&#39;allumage, éteignez l&#39;allumeur à fil chaud, et repositionner loin du brûleur. </li><li> Établir les débits désirés de l&#39;argon, de l&#39;oxygène, de l&#39;hydrogène et de combustible. Régler la pression en fonction des conditions de la flamme de la cible [habituellement 20-40 mbar (15-30 Torr)]. Remarque: Les conditions de flamme pour flammes individuels sont fournis dans la littérature originale. Par exemple, les flux pour l&#39;aliène stoechiométrique et propyne flammes sonténumérés dans Hansen et al 22. </li></ol></li><li> Acquisition de photoionisation efficacité (PIE) courbes - Analyse de l&#39;énergie <ol><li> Lorsque la pression dans la chambre d&#39;ionisation est de ≤ 10 -6 mbar, appliquer les tensions de l&#39;optique ionique du spectromètre à temps de vol, la masse et le détecteur à plaque à microcanaux et ouvrir les vannes de lignes de lumière. Remarque: antérieures expériences d&#39;étalonnage (non représentés dans la vidéo) ont été utilisés pour trouver les réglages de tension pour une performance optimale du spectromètre de masse. </li><li> Démarrez le programme d&#39;acquisition de données Labview &quot;général Interface.vi» (figure 2) et déplacer le brûleur à la position désirée à l&#39;aide de l&#39;onglet &quot;moteur&quot; dans le logiciel. Remarque: Ce code Labview a été développé à la ligne de lumière et est disponible sur demande. </li><li> Utilisez l&#39;onglet &quot;Général&quot; pour définir les paramètres de numérisation, à savoir, le nombre de pas par eV l&#39;énergie des photons. Généralement, une taille de pas de 0,05 eV estutilisé. </li><li> Utilisez l&#39;onglet &quot;SLA&quot; pour régler l&#39;énergie des photons à la valeur de départ souhaitée, et définir le «SLA énergie&quot; être &quot;actif&quot;. </li><li> Sur le panneau &quot;Control&quot;, activer &quot;K6485&quot; pour lire le photocourant mesuré par la photodiode. </li><li> Sur l&#39;onglet &quot;P7886&quot;, utiliser le bouton &quot;Définir les paramètres&quot; pour définir le nombre de balayages (normalement entre 2 19 et 2 21), le nombre de bacs (normalement 48k), et la largeur du bac (500 ps). </li><li> Entrez un chemin d&#39;accès valide et le nom, puis cliquez sur &quot;Démarrer&quot; pour lancer le processus d&#39;acquisition de données par ordinateur. </li></ol></li><li> Acquisition de spectres de masse - Brûleur de numérisation <ol><li> Appliquer les tensions pour que les balayages de l&#39;énergie à l&#39;optique ionique du spectromètre à temps de vol, la masse et le détecteur à plaque à microcanaux. </li><li> Ouvrir les vannes de lignes de lumière pour permettre au faisceau de photons dans la chambre. </li><li> Ouvrez les données acq Labviewprogramme de uisition &quot;général Interface.vi&quot;. </li><li> Utilisation de l&#39;onglet &quot;moteur&quot; dans le logiciel, utilisez le «Jogger» pour déplacer la surface du brûleur le plus près possible du cône d&#39;échantillonnage, et de définir cette position comme &quot;Origine&quot;. Définir le moteur à être «actif». </li><li> Utilisez l&#39;onglet &quot;Général&quot; pour définir les paramètres de numérisation, à savoir, le nombre de pas par mm de déplacement du brûleur. Les valeurs typiques sont de 0-5 mm en 20 étapes, 5-20 mm en 15 étapes, et de 20-30 mm en 5 étapes. </li><li> Utilisez l&#39;onglet &quot;SLA&quot; pour régler l&#39;énergie des photons à la valeur désirée. Les valeurs typiques sont de 8 à 16,65 eV. </li><li> Sur le panneau &quot;Control&quot;, activer &quot;K6485&quot; pour lire le photocourant mesuré par la photodiode. </li><li> Sur l&#39;onglet &quot;P7886&quot;, utiliser le bouton &quot;Définir les paramètres&quot; pour démarrer un sous-VI (figure 3) pour définir le nombre de balayages, c&#39;est à dire, le nombre de spectres de masse Added au-dessus de l&#39;autre à chaque position de brûleur (normalement comprise entre 2 19 et 2 21), le nombre de bacs (normalement 48k), et la largeur du bac (500 ps). </li><li> Fournir un chemin de fichier valide et le nom, puis cliquez sur &quot;Démarrer&quot; pour commencer le processus d&#39;acquisition de données automatisée. </li></ol></li></ol><img alt="Figure 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig2highres.jpg" width="500" /> Figure 2. D&#39;interface utilisateur graphique du programme d&#39;acquisition de données. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51369/51369fig2highres.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig3highres.jpg" width="500" /> Figure 3. Graphique utilisateur interface de paramètres d&#39;entrée multicanaux scaler. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51369/51369fig3highres.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> 2. Expériences aérosols <ol><li> Allumage de la pression atmosphérique à court flamme flux Opposé <ol><li> Assurez-vous que l&#39;eau de refroidissement circule dans le brûleur, que les points de vente de réactifs sont env. 10 mm, et que la chambre de combustion est pompée jusqu&#39;à la pression minimale réalisable (~ 2 mbar). </li><li> Remplir la chambre de combustion avec de l&#39;argon et amener la pression jusqu&#39;à environ 860 mbar (650 Torr). </li><li> Placez la bobine d&#39;allumage env. dans le centre des deux sorties du brûleur. </li><li> Définissez les flux de gaz comme suit (Ar devrait déjà être coule parce qu&#39;il a été utilisé pour remplir la chambre): flux de Oxydant: O 2 de 0,3 L / min et Ar 1,6 L / min; flux oxydant coflow: Ar 2,5 L / min; flux de carburant: H 2 0,3 L / min, Ar 2,5 L / min; flux de carburant coflow: Ar2,5 L / min. </li><li> Ouvrir les vannes d&#39;hydrogène et d&#39;oxygène, et de passer immédiatement à la bobine d&#39;allumage. </li><li> Une fois la flamme est allumée, éteignez la bobine d&#39;allumage, et le retirer. </li><li> Établir les débits désirés de l&#39;oxygène, de l&#39;argon, et du carburant. Éteignez le flux d&#39;hydrogène, et régler la pression et la séparation de sortie réactif aux valeurs souhaitées pour cible flamme. Remarque: Les débits d&#39;écoulement pour la flamme de propane, qui est montrée dans la vidéo, sont fournies Skeen et al 4. </li></ol></li><li> Acquisition d&#39;un spectre de masse des aérosols <ol><li> Appliquer les tensions appropriées à l&#39;optique d&#39;ions et le détecteur de l&#39;AMS. Remarque: Les réglages de tension pour une performance optimale ont été trouvés dans les précédents essais et d&#39;étalonnage, qui ne sont pas présentées dans la vidéo. </li><li> Ouvrez le programme d&#39;acquisition de données Labview &quot;General Interface Opposé-Flow.vi&quot;. Remarque: Ce VI est une modification de la &quot;General Interface.vi&quot;, dans lequel la commande de moteur a été mis à jourrépondre aux nouveaux besoins. </li><li> Utilisez l&#39;application &quot;Jogger&quot; sur l&#39;onglet &quot;moteur&quot; pour traduire le brûleur opposé flux de sorte que la microsonde de quartz est à la position la plus proche de la sortie de flux de carburant (figure 4). Alors que dans cette position, réinitialiser la position de pas du moteur à zéro. Cette procédure définit la position &quot;origine&quot;. </li><li> Ouvrez lentement la vanne à boule quart de tour permettant l&#39;écoulement de la ligne de flamme échantillonnage dans le système (ADL) lentille aérodynamique. Confirmer que la pression à la sortie de l&#39;ADL est proche de 1 x 10 2 mbar. </li><li> Utilisez l&#39;onglet &quot;Général&quot; pour définir les paramètres de numérisation, à savoir, le nombre de pas par mm de déplacement du brûleur (balayage du brûleur) ou l&#39;énergie des photons (de balayage de l&#39;énergie). </li><li> Utilisez l&#39;onglet &quot;SLA&quot; pour définir l&#39;énergie du photon désirée, et utiliser l&#39;onglet &quot;moteur&quot; pour déplacer le brûleur à la position du brûleur désiré. </li><li> Utilisez l&#39;onglet &quot;P7886&quot; et &quot;Set Paramètres &quot;bouton y pour régler les paramètres d&#39;acquisition. </li><li> Définir &quot;Moteur&quot; (balayage du brûleur) ou &quot;SLA énergie&quot; (balayage de l&#39;énergie) à être «actif». </li><li> Insérez un chemin de fichier valide et nom dans les champs appropriés, puis cliquez sur &quot;Démarrer&quot;. Les spectres de masse des aérosols sont maintenant prises automatiquement. </li></ol></li></ol><img alt="Figure 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig4highres.jpg" width="500" /> Figure 4. D&#39;interface utilisateur graphique pour le mouvement du brûleur pour l&#39;ensemble de flamme opposé à écoulement. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51369/51369fig4highres.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a>

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	<li>Hansen, N., Cool, T. A., Westmoreland, P. R., Kohse-H&#246;inghaus, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+contributions+of+flame-sampling+molecular-beam+mass+spectrometry+to+a+fundamental+understanding+of+combustion+chemistry.">Recent contributions of flame-sampling molecular-beam mass spectrometry to a fundamental understanding of combustion chemistry.</a> Progress in Energy and Combustion Science. 35, 168-191 (2009).</li><li>Taatjes, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging"+combustion+chemistry+via+multiplexed+synchrotron-photoionization+mass+spectrometry.">Imaging" combustion chemistry via multiplexed synchrotron-photoionization mass spectrometry.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 10, (1039).</li><li>Leone, S. R., Ahmed, M., Wilson, K. 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Les auteurs n&#39;ont rien à révéler.

La combinaison décrite de flamme échantillonnage et VUV base synchrotron à photon unique ionisation à la spectrométrie de masse offre un regard approfondi sur la composition chimique des flammes actuellement possibles modèle en laboratoire. Le spectromètre de masse permet de détecter universel de toutes les espèces de flamme échantillonnées simultanément avec une sensibilité élevée (plage ppm) sur une large plage dynamique. Instrumental pour le succès de cette technique est l&#39;utilisation de photons VUV synchrotron généré, dont les énergies peuvent facilement être à l&#39;écoute, pour assurer une bonne sélectivité entre les isomères et le contrôle de la fragmentation. Ce dernier facteur est important lors de l&#39;analyse de mélanges complexes. Les capacités de l&#39;expérience décrite sont inégalées par chromatographie en phase gazeuse, qui est couramment utilisé pour la séparation d&#39;isomères, et par des techniques d&#39;ionisation classiques utilisant des électrons énergétiques. Limites de la technique basée synchrotron proviennent du fait que, surtout pour les grands rapports masse sur charge, many différents isomères sont envisageables, qui ne peut donc pas être identifié de manière unique, et leurs contributions ne peuvent pas être séparés de manière fiable 1. Les résultats expérimentaux, sous la forme de compositions de flamme-isomère résolu, peuvent donner de meilleurs modèles cinétiques de la chimie de combustion à un niveau moléculaire exceptionnellement détaillée. Les expériences décrites sont très compliquées et une description des procédures de dépannage est au-delà de ce qui peut être documenté dans la vidéo et / ou la section du protocole de ce manuscrit. Ce fait est également vrai pour les procédures d&#39;analyse des données. Les modifications apportées à la configuration expérimentale sont normalement effectuées hors ligne entre le «temps de faisceau&quot; alloué. Étant donné que l&#39;importance de ces expériences est de déterminer la quantité de produits intermédiaires de combustion, il est très important d&#39;avoir des flammes stables et reproductibles. En outre, il est nécessaire de choisir judicieusement les énergies de photons et les autres paramètres de numérisation pour obtenir unn ensemble adéquat de données expérimentales qui est suffisant pour une détermination fiable de la structure de la flamme. Les expériences de flamme effectuées à la source de lumière avancée ont contribué avec succès à démêler la chimie de la formation de benzène dans les flammes hydrocarbures 7. Un rôle important de radicaux stabilisés par résonance en tant que précurseurs a été établie, par exemple, avec l&#39;identification du propargyle, un groupe allyle, et i-C 4 H 5 radicaux. Parce que la formation de benzène est pensé pour être que la première étape dans le processus global de suie formation, des efforts supplémentaires sont en cours à l&#39;Advanced Light Source pour identifier la composition chimique des particules de suie flamme échantillonnée. Par rapport aux expériences précédentes suie-échantillonnage 28 plus, cette expérience aérosol d&#39;échantillonnage nouvellement créé permet d&#39;enregistrer proche seuil spectres de masse, ce qui signifie que l&#39;énergie du photon peut être réglé avec précision to être que légèrement au-dessus des énergies d&#39;ionisation des composants, évitant ainsi la fragmentation. En outre, les fragmentations sont également largement évités en utilisant le procédé de vaporisation éclair sur le bloc de cuivre à température contrôlée. Cependant, l&#39;expérience est actuellement limitée par ne pas être en mesure de fournir des données quantitatives. En outre, les spectres de masse ne sont pas enregistrées particules spécifique, mais la moyenne sur de nombreuses particules probablement variable dans la composition et la taille. En outre, la condensation peut se produire, et ne dans la sonde d&#39;échantillonnage, ce qui complique l&#39;identification des espèces associées à des particules dans la flamme. En outre, les espèces détectées doivent être suffisamment volatils pour être vaporisé à la température du bloc de cuivre (300-400 ° C) sous vide. Néanmoins, les données qualitatives précoce suggère que les compositions d&#39;espèces précurseurs de suie sont fonction de la structure chimique du combustible et que les mécanismes de suie précurseur de formation de cinétique sont entraînés par opposition à Thermodynamically. Les aérosols masse efforts de spectrométrie sont actuellement à un stade précoce, et les connaissances acquises à ce jour d&#39;identifier plus de possibilités de recherche. Les futurs travaux sur les processus de formation de suie est susceptible de se concentrer sur la chimie au-delà du premier cycle aromatique, à savoir, la formation de l&#39;indène, le naphtalène, l&#39;anthracène, etc, et leurs isomères. Le but ultime est de comprendre la chimie (et physique) de création de particules, et de développer un modèle prédictif qui permet de décrire l&#39;ensemble du processus de suie formation (à partir de l&#39;oxydation de carburant à la coagulation des particules).

L&#39;établissement d&#39;un mécanisme cohérent et prédictif pour les processus de croissance moléculaire et la formation de suie est l&#39;un des plus grands défis de la recherche combustion chimie 8,9. Les procédés de combustion représentent plus de la moitié de la pollution de l&#39;air de particules fines (PM 2,5 - particules fines définies par un diamètre aérodynamique ≤ 2,5 microns), et, pour réduire les émissions de ces sous-produits de combustion indésirables, il est important de connaître leurs identités, les concentrations et cheminements de formation 10. La nature des sous-produits de combustion est influencé par le carburant et les conditions dans lesquelles il est brûlé. De nombreuses études ont lié les émissions de combustion des effets aigus sur l&#39;environnement et la santé 11-13. Par exemple, des particules de combustion générés ont une forte influence sur la qualité de l&#39;air, de la visibilité atmosphérique, et l&#39;équilibre radiatif de l&#39;atmosphère de la terre. On suppose que la composition chimique du peigne aéroportéparticules de ustion généré détermine leur toxicité, qui est souvent associée à des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Cette dernière espèce sont considérés comme étant des précurseurs moléculaires de la suie, et ils sont formés dans des processus de combustion incomplète. Encore une fois, pour identifier ces processus est toujours un problème difficile. D&#39;une manière générale, les réactions de combustion, qui sont à l&#39;origine de ces émissions, suivent décomposition de carburant compliqué et voies d&#39;oxydation, impliquant de nombreuses espèces réactives différentes. Ils sont reliés au sein d&#39;un réseau de centaines ou même des milliers de réactions dont les taux dépendent de la température et de la pression 14,15. Laminaire, prémélange, flammes plates brûleur stabilisé, qui peuvent être établis à des pressions aussi faibles que 20-80 mbar (15-60 Torr), représentent l&#39;un des environnements de combustion classiques couramment utilisés pour démêler ce réseau chimique complexe et d&#39;enquêter sur le polluant un potentiel dey sachant carburant prototype 16. Dans cette configuration, le carburant et le comburant sont mélangés déjà quand elles atteignent le front de flamme; ainsi, le taux de combustion est dominée par des procédés chimiques et non par mélange. Par l&#39;exploitation de ces flammes à une pression sub-atmosphérique, l&#39;épaisseur physique de la région de réaction est augmentée, ce qui permet d&#39;améliorer la résolution spatiale de la température et de gradients de concentration avec des techniques à base de laser ou de la sonde à l&#39;échantillonnage 1,17. Afin d&#39;analyser précisément la composition chimique de ces flammes, un outil d&#39;analyse est nécessaire que fournit la détection universelle de toutes les espèces simultanément, une haute sensibilité et une gamme dynamique, une bonne sélectivité entre les isomères, et le contrôle de la fragmentation moléculaire. Une percée dans la recherche de combustion chimie a été réalisé avec l&#39;utilisation de la spectrométrie de masse flamme-échantillonnage des sources de lumière synchrotron où accordable vide-UV (VUV) rayonnement est utilisé pour près-threShold photon unique ionisation 5,6. Dans les expériences de la flamme à l&#39;Advanced Light Source (ALS) du Laboratoire national Lawrence Berkeley, qui sont présentés dans la vidéo qui l&#39;accompagne, des échantillons de gaz sont retirés dans les flammes de prémélange par un cône de quartz, développée dans le vide élevé, et ionisés par VUV photons 1,5. Le dispositif expérimental est schématisé sur la figure 1. La clé du succès de cette expérience a été la capacité de régler l&#39;énergie des photons ionisants dans une gamme appropriée pour minimiser ou même éviter photofragmentation et pour permettre isomère spécificité 1,3 , 5,18. Comme le montre la vidéo, l&#39;efficacité de la photo-ionisation (PIE) courbes peuvent être enregistrées en réglant l&#39;énergie du photon 19, ce qui nous permet d&#39;identifier les espèces isomères spécifiques dans le mélange de la flamme compliqué. Les courbes de PIE pour les espèces individuelles ont généralement des caractéristiques distinctes, à savoir, les seuils d&#39;ionisation, des formes et des intensités. La vidéo d&#39;unLSO montre l&#39;approche expérimentale utilisée pour déterminer les profils en mole fraction des différents constituants en fonction de la distance à la surface du brûleur. Ces expériences de combustion à base de SLA ont porté sur des procédés de formation de suie dans les flammes d&#39;hydrocarbures et de l&#39;oxydation de oxygénés, de nouvelle génération, des carburants bio-dérivée 1,20. En ce qui concerne le problème de suie formation, les expériences ont montré beaucoup de nouvelles idées. En résumé, il est maintenant bien entendu que la structure chimique du combustible influe sur l&#39;identité (et de la quantité) des molécules précurseurs et que par conséquent, de nombreuses voies différentes peuvent contribuer à la première étape du processus global de formation de suie de 7,21. Aperçu encore plus profondément dans la chimie suie formation ont été acquises lors de l&#39;identification des composants chimiques des nanoparticules de suie de flamme généré avec un spectromètre de masse aérosol à base de SLA. Dans cette nouvelle expérience, qui est explained dans la seconde moitié de la vidéo, non-prémélangée (diffusion) flammes sont utilisés. Le montage expérimental est également représenté sur la Figure 1. Dans cette configuration, une flamme est établie à la pression atmosphérique proche de la [933 mbar (700 Torr)] entre deux jets laminaires opposés de carburant et de comburant. Parce que les jets de combustible et de comburant restent séparés en dehors de la zone de réaction, cette configuration offre une bonne occasion d&#39;examiner les processus de croissance moléculaire. particules de flamme généré sont retirés de la flamme à l&#39;aide d&#39;une microsonde de quartz et par la suite porté avec un système de lentilles aérodynamique sur une cible de cuivre chauffée, où les particules clignotent vaporiser et se brisent en leurs constituants individuels. Ces blocs de construction moléculaires sont ensuite ionisés par les photons VUV de l&#39;ALS, et les ions correspondants sont sélectionnés masse 4. Pas tout le travail nécessaire peut être montré dans la vidéo, mais les données d&#39;aérosols suggèrent que les mécanismes de suie formation pourraient être kineticall<html> y et pas thermodynamiquement contrôlé. En outre, les données indiquent également que le largement acceptée H-abstraction-C 2 H 2-plus (HACA) mécanisme, dans lequel les petites espèces aromatiques poussent aux hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP grands) par une séquence répétitive de H-abstraction et C 2 H 2 réactions d&#39;addition, ne peuvent pas expliquer tous les constituants de particules observées. Combiné avec la vidéo, le protocole suivant détaille les procédures d&#39;acquisition de données. <img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig1highres.jpg" width="500" /> Figure 1. Schéma du faisceau moléculaire flamme d&#39;échantillonnage et d&#39;aérosols expériences de spectrométrie de masse à l&#39;Advanced Light Source du Lawrence Berkeley National Laboratory. Avec des autorisations de Réf. 2 et 4.9fig1highres.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:71px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">flame-sampling mass spectrometer</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>custom-built</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">aerosol mass spectrometer</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>custom-built</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

flame experiments at the advanced light source: new insights into soot formation processes

Les protocoles expérimentaux suivants et la vidéo qui l&#39;accompagne sont concernés par les expériences de flamme qui sont effectuées à la Chemical Dynamics Beamline de l&#39;Advanced Light Source (ALS) de Lawrence Berkeley National Laboratory 1-4. Cette vidéo montre comment les structures chimiques complexes des flammes de modèle à partir des laboratoires sont analysés par spectrométrie de masse flamme échantillonnage avec synchrotron généré accordable vide-UV (VUV) rayonnement. Cette approche expérimentale combine des capacités d&#39;isomères-résolution avec une sensibilité élevée et une large gamme dynamique 5,6. La première partie de la vidéo décrit les expériences impliquant brûleur stabilisé, à pression réduite (20-80 mbar) prémélangées laminaires flammes. Une petite combustible hydrocarboné a été utilisé pour la flamme choisi pour démontrer l&#39;approche expérimentale générale. On montre comment les profils des espèces sont acquises en fonction de la distance de la surface du brûleur et de la façon dont l&#39;accordabilité du VUVl&#39;énergie des photons est avantageusement utilisée pour identifier de nombreux intermédiaires de combustion en fonction de leurs énergies d&#39;ionisation. Par exemple, cette technique a été utilisée pour étudier les aspects en phase gazeuse des processus suie formation, et la vidéo montre comment les radicaux de résonance stabilisée, tels que C 3 H 3, C 3 H 5, et i-C 4 H 5, sont identifiés comme intermédiaires importants 7. Le travail a été axé sur les processus de formation de suie, et, du point de vue chimique, ce processus est très intrigante parce que les structures chimiques contenant des millions d&#39;atomes de carbone sont assemblés à partir d&#39;une molécule de carburant possédant seulement quelques atomes de carbone en seulement quelques millisecondes. La deuxième partie de la vidéo met en évidence une nouvelle expérience, dans laquelle une flamme de diffusion à écoulement opposé aérosol et la spectrométrie de masse en fonction de synchrotron sont utilisées pour étudier la composition chimique des particules de suie générée par combustion 4. Les résultats expérimentaux indiquent tchapeau le mécanisme largement acceptée H-abstraction-C 2 H 2-plus (HACA) n&#39;est pas le processus de croissance moléculaire seul responsable de la formation des grandes hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) observés.

Un spectre typique de la masse de gaz de flamme dans l&#39;échantillon provenant du brûleur prémélangé à basse pression est représenté sur la Figure 5. L&#39;identité des espèces contribuant au signal et sont révélées par la photoionisation l&#39;efficacité de la flamme dans l&#39;échantillon (PIE) de courbes pour chaque masse-à- charge (m / z) rapport et leur comparaison aux énergies d&#39;ionisation connus spécifique-isomères et les courbes de PIE. Des exemples typiques de courbes de flamme PIE-échantillonnés sont présentés sur la figure 6 pour m / z = 39 (C 3 H 3) et 41 (C 3 H 5). Les données sont tirées d&#39;un propyne flamme stoechiométrique 22. Le signal est identifié sans ambiguïté par leur seuil d&#39;ionisation caractéristiques sont créés à partir des radicaux allyle et propargyle résonante stabilisées. Pour beaucoup de valeurs m / z, plusieurs isomères sont systématiquement identifiés en observant plusieurs seuils. De nombreux exemples ont été discutés en détail dans la littérature, par exemple, m / z= 40 (allène et propyne), 44 (alcool vinylique et de l&#39;acétaldéhyde), 54 (1,3-butadiène, le 1-butyne, 2-butyne et), ou 78 (fulvène et benzène) 23-27. <img alt="Figure 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig5highres.jpg" width="500" /> Figure 5. Spectre de masse à temps de vol. Enregistré avec des photons de 9,9 eV à 1,25 mm de distance du brûleur pré-mélangé à basse pression dans un stoechiométrique propyne-O 2 flamme. Tous les pics peuvent être facilement affectés à divers intermédiaires de combustion comme indiqué dans l&#39;étape suivante. <img alt="Figure 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig6highres.jpg" width="500" /> Figure 6. Flame-échantillonné courbes de rendement de photoionisation pour m / z = 39 et 41. Résonante Les radicaux stabilisés propargyle et unllyl peut clairement être identifié sur la base des seuils d&#39;ionisation observés. Une fois que la composition d&#39;isomères est connue, les spectres de masse sont pris à différentes énergies de photons et de l&#39;intérieur des positions différentes dans la flamme, comme décrit ci-dessus dans la section protocole, afin de permettre la détermination de profils de fraction molaire spécifique-isomères de chaque espèce en tant que fonction de la distance à partir de la surface du brûleur. Les profils en moles fraction représentative de fulvène et du benzène dans un propyne flamme stoechiométrique du brûleur prémélangé à basse pression sont présentés sur la figure 7 22. Pour chaque flamme, typiquement un total de 40 à 50 moles-profils individuels fraction sont déterminées pour les espèces allant de m / z = 1 (atome H) à m / z = 78 (benzène et / ou fulvène), voire plus, en fonction des buts scientifiques. Ces profils de fractions molaires sont ensuite utilisés pour évaluer les capacités prédictives des modèles de combustion chimie et de validate eux. <img alt="Figure 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig7highres.jpg" width="500" /> Figure 7. Des profils de fractions molaires expérimentales. Profils de fulvène et du benzène dans un propyne flamme stoechiométrique du brûleur prémélangé à basse pression. Un spectre de masse de l&#39;aérosol typique est représenté sur la figure 8. Elle a été prise à partir de l&#39;intérieur d&#39;un propane-diffusion écoulement opposé flamme. Le signal d&#39;ions a été observée pour les espèces à rapports m / z allant de 150 à 600, avec un pic au voisinage de m / z = 226. Il est au-delà des capacités expérimentales actuelles afin d&#39;identifier toutes les espèces observées dans le spectre de masse ou à démêler leurs voies de formation possibles. En prenant par exemple les spectres de masse en fonction de la distance de la sortie de carburant comme décrit ci-dessus (et illustré dans la vidéo) fournit des profils résolus spatialement. Un représentantsentatif exemple est représenté sur la figure 8 de l&#39;entrée pour les m / z = 256 (C 20 H 16) espèces. Des profils similaires peuvent être obtenus pour l&#39;une des autres espèces, ce qui peut par conséquent être utilisé en tant que cibles de validation pour tout modèle combustion-chimie. <img alt="Figure 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig8highres.jpg" width="500" /> Figure 8. Flamme-échantillonné aérosol spectre de masse de propane-2 O diffusion de flux opposition flamme. L&#39;entrée indique un représentant profil résolution spatiale pour les C 20 H 16 espèces à m / z = 256.

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Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

l&#39;échantillonnage des gaz de la flamme l&#39;échelle du laboratoire avec une analyse en ligne de l&#39;ensemble des espèces par spectrométrie de masse est une méthode puissante pour étudier le mélange complexe de composés chimiques se produisant au cours de processus de combustion. Couplé avec ionisation douce accordable par rayonnement ultraviolet sous vide synchrotron généré, cette technique fournit des informations isomère résolu et potentiellement libre fragment spectres de masse.

Les expériences de la flamme à l&#39;Advanced Light Source: nouvelles perspectives sur les processus d&#39;établissement de la suie

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

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Research

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Engineering

12.7K vues.  Sandia National Laboratories.  l'échantillonnage des gaz de la flamme l'échelle du laboratoire avec une analyse en ligne de l'ensemble des espèces par spectrométrie de masse est une méthode puissante pour étudier le mélange complexe de composés chimiques se produisant au cours de processus de combustion. Couplé avec ionisation douce accordable par rayonnement ultraviolet sous vide synchrotron généré, cette technique fournit des informations isomère résolu et potentiellement l...

Vidéo: Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

Base de silicium polycristallin à couche mince des cellules solaires avec plasmonique amélioré par Light-piégeage

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

Recherche

Ingénierie

Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

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

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

Résolution angulaire spectroscopie de photoémission à très basse température

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

Integrating a Triplet-triplet Annihilation Up-conversion System to Enhance Dye-sensitized Solar Cell Response to Sub-bandgap Light

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents and hence higher efficiencies. Photon up-conversion by way of triplet-triplet annihilation (TTA-UC) is an attractive technique for using these otherwise wasted low energy photons to produce photocurrent, while not interfering with the photoanodic performance in a deleterious manner. Further to this, TTA-UC has a number of features, distinct from other reported photon up-conversion technologies, which renders it particularly suitable for coupling with DSC technology. In this work, a proven high performance TTA-UC system, comprising a palladium porphyrin sensitizer and rubrene emitter, is combined with a high performance DSC (utilizing the organic dye D149) in an integrated device. The device shows an enhanced response to sub-bandgap light over the absorption range of the TTA-UC sub-unit resulting in the highest figure of merit for up-conversion assisted DSC performance to date.

An integrated device, incorporating a dye-sensitized solar cell and triplet-triplet annihilation up-conversion unit was produced, affording enhanced light harvesting, from a wider section of the solar spectrum. Under modest irradiation levels a significantly enhanced response to low energy photons was demonstrated, yielding a record figure of merit for dye-sensitized solar cells.

L&#39;intégration d&#39;un système Annihilation Up-conversion triplet triplet visant à accroître à colorant cellule solaire réponse au sous-bande interdite Lumière

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents ...

Failure Analysis of Batteries Using Synchrotron-based Hard X-ray Microtomography

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent of lithium-ion batteries, researchers have known that the lithium metal anode has the highest theoretical energy density of any anode material. However, rechargeable batteries containing a lithium metal anode are not widely used in consumer products because the growth of lithium dendrites from the anode upon charging of the battery causes premature cell failure by short circuit. Lithium dendrites can also form in commercial lithium-ion batteries with graphite anodes if they are improperly charged. We demonstrate that lithium dendrite growth can be studied using synchrotron-based hard X-ray microtomography. This non-destructive imaging technique allows researchers to study the growth of lithium dendrites, in addition to other morphological changes inside batteries, and subsequently develop methods to extend battery life.

Synchrotron-based hard X-ray microtomography is used to image the electrochemical growth of dendrites from a lithium metal electrode through a solid polymer electrolyte membrane.

Analyse de défaillance des piles Utilisation de base-Synchrotron microtomographie rayons X durs

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent ...

Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is reported. The measurements were demonstrated at the 1-BM bending magnet beamline of the Advanced Photon Source (APS) at Argonne National Laboratory (ANL). By using a 2-D checkerboard &#960;/2 phase-shift grating, transverse coherence lengths were obtained along the vertical and horizontal directions as well as along the 45&#176; and 135&#176; directions to the horizontal direction. Following the technical details specified in this paper, interferograms were measured at different positions downstream of the phase grating along the beam propagation direction. Visibility values of each interferogram were extracted from analyzing harmonic peaks in its Fourier Transformed image. Consequently, the coherence length along each direction can be extracted from the evolution of visibility as a function of the grating-to-detector distance. The simultaneous measurement of coherence lengths in four directions helped identify the elliptical shape of the coherence area of the Gaussian-shaped X-ray source. The reported technique for multiple-direction coherence characterization is important for selecting the appropriate sample size and orientation as well as for correcting the partial coherence effects in coherence scattering experiments. This technique can also be applied for assessing coherence preserving capabilities of X-ray optics.

The measurement protocol and data analysis procedure are given for obtaining transverse coherence of a synchrotron radiation X-ray source along four directions simultaneously using a single 2-D checkerboard phase grating. This simple technique can be applied for complete transverse coherence characterization of X-ray sources and X-ray optics.

Mesure de faisceau de rayons X Cohérence le long de plusieurs directions à l&#39;aide de 2-D Damier Phase caillebotis

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data acquisition times with high spatial resolution. In the electronics industry there is serious interest in performing failure analysis on 3D microelectronic packages, many which contain multiple levels of high-density interconnections. Often in tomography there is a trade-off between image resolution and the volume of a sample that can be imaged. This inverse relationship limits the usefulness of conventional computed tomography (CT) systems since a microelectronic package is often large in cross sectional area 100-3,600 mm2, but has important features on the micron scale. The micro-tomography beamline at the Advanced Light Source (ALS), in Berkeley, CA USA, has a setup which is adaptable and can be tailored to a sample&#39;s properties, i.e., density, thickness, etc., with a maximum allowable cross-section of 36 x 36 mm. This setup also has the option of being either monochromatic in the energy range ~7-43 keV or operating with maximum flux in white light mode using a polychromatic beam. Presented here are details of the experimental steps taken to image an entire 16 x 16 mm system within a package, in order to obtain 3D images of the system with a spatial resolution of 8.7 &#181;m all within a scan time of less than 3 min. Also shown are results from packages scanned in different orientations and a sectioned package for higher resolution imaging. In contrast a conventional CT system would take hours to record data with potentially poorer resolution. Indeed, the ratio of field-of-view to throughput time is much higher when using the synchrotron radiation tomography setup. The description below of the experimental setup can be implemented and adapted for use with many other multi-materials.

For this study synchrotron radiation micro-tomography, a non-destructive three-dimensional imaging technique, is employed to investigate an entire microelectronic package with a cross-sectional area of 16 x 16 mm. Due to the synchrotron&#39;s high flux and brightness the sample was imaged in just 3 min&#160;with an 8.7 &#181;m spatial resolution.

Utilisation de rayonnement synchrotron Microtomographie d&#39;enquêter sur Multi-échelle Forfaits microélectroniques en trois dimensions

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

Fabrication d&#39;impression de gros hétérojonction cellules solaires et<em&gt; In Situ</em&gt; Morphologie Caractérisation

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a microfluidic chamber assembled in the specimen holder for Transmission Electron Microscopy (TEM) and STEM. The microfluidic system consists of two silicon microchips supporting thin Silicon Nitride (SiN) membrane windows. This article describes the basic steps of sample loading and data acquisition. Most important of all is to ensure that the liquid compartment is correctly assembled, thus providing a thin liquid layer and a vacuum seal. This protocol also includes a number of tests necessary to perform during sample loading in order to ensure correct assembly. Once the sample is loaded in the electron microscope, the liquid thickness needs to be measured. Incorrect assembly may result in a too-thick liquid, while a too-thin liquid may indicate the absence of liquid, such as when a bubble is formed. Finally, the protocol explains how images are taken and how dynamic processes can be studied. A sample containing AuNPs is imaged both in pure water and in saline.

This protocol describes the operation of a liquid flow specimen holder for scanning transmission electron microscopy of AuNPs in water, as used for the observation of nanoscale dynamic processes.

L&#39;étude des processus dynamiques de Nano-objets de taille dans le liquide en utilisant la transmission de microscopie électronique à balayage

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional component that should have high electrical conductivity, high mechanical properties, and high productivity.
In this regard, a carbon fiber/epoxy resin composite can be an ideal material to replace the conventional graphite bipolar plate, which often leads to the catastrophic failure of the entire system because of its inherent brittleness. Though the carbon/epoxy composite has high mechanical properties and is easy to manufacture, the electrical conductivity in the through-thickness direction is poor because of the resin-rich layer that forms on its surface. Therefore, an expanded graphite coating was adopted to solve the electrical conductivity issue. However, the expanded graphite coating not only increases the manufacturing costs but also has poor mechanical properties.
In this study, a method to expose fibers on the composite surface is demonstrated. There are currently many methods that can expose fibers by surface treatment after the fabrication of the composite. This new method, however, does not require surface treatment because the fibers are exposed during the manufacture of the composite. By exposing bare carbon fibers on the surface, the electrical conductivity and mechanical strength of the composite are increased drastically.

A protocol to expose bare fibers on the composite surface by eliminating resin rich area is presented. The fibers are exposed during fabrication of the composites, not by the post surface treatment. The exposed carbon composites exhibit high electrical conductivity in the through-thickness direction and high mechanical property.

Mise en œuvre expérimentale d’une nouvelle méthode de Fabrication Composite : exposer nus fibres sur la Surface Composite par la méthode de la couche molle

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder microdiffraction two-dimensional (2D) maps at beamline 12.3.2 of the Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory. Measurements can be performed on any sample that is less than 10 cm x 10 cm x 5 cm, with a flat exposed surface. The experimental geometry is calibrated using standard materials (elemental standards for XRF, and crystalline samples such as Si, quartz, or Al2O3 for diffraction). Samples are aligned to the focal point of the x-ray microbeam, and raster scans are performed, where each pixel of a map corresponds to one measurement, e.g., one XRF spectrum or one diffraction pattern. The data are then processed using the in-house developed software XMAS, which outputs text files, where each row corresponds to a pixel position. Representative data from moissanite and an olive snail shell are presented to demonstrate data quality, collection, and analysis strategies.

We describe a beamline setup meant to carry out rapid two-dimensional x-ray fluorescence and x-ray microdiffraction mapping of single crystal or powder samples using either Laue (polychromatic radiation) or powder (monochromatic radiation) diffraction. The resulting maps give information about strain, orientation, phase distribution, and plastic deformation.