This work was supported by the NSF (CMMI-1351370).

1. Design Masques pour la fabrication de substrat donneur <ol><li> Concevoir un masque avec la géométrie désirée. Pour fabriquer 100 um x 100 um carrés silicium unités individuelles, établir un réseau de 100 um x 100 um carrés. </li><li> Concevoir un second masque avec une géométrie identique, avec de chaque côté s&#39;étendant sur une somme supplémentaire de 15 um. Pour le tableau de 100 um x 100 um carrés, tracer un tableau de 130 um x 130 um carrés qui peuvent couvrir les places à l&#39;étape 1.1. </li><li> Concevoir la géométrie d&#39;ancrage. Dessinez quatre 20 um x 40 um rectangles, centrés chacun sur un bord d&#39;un carré. Placez les structures ainsi que les 15 premiers um couvre l&#39;original 100 um x 100 um place dans l&#39;étape 1.1 et 25 micromètres restant s&#39;étend vers l&#39;extérieur (comme le montre la figure 2). Remarque: Toutes les formes et dimensions peuvent être utilisés aussi longtemps que les contacts d&#39;ancrage à la fois le matériau à motif et le substrat. Une extrémité de cette ancre couvre l&#39;origineal géométrie dans l&#39;étape 1.1 et l&#39;autre extrémité s&#39;étende en dehors de la géométrie à l&#39;étape 1.2. </li></ol> 2. Préparer substrat donneur récupérable <ol><li> Préparer un silicium de type p dopé sur isolant (SOI) avec plaquette 3 um d&#39;épaisseur de couche de dispositif, avec une résistance de 1 à 20 Ω • cm et la boîte épaisseur de la couche d&#39;oxyde de 1 um feuille. REMARQUE: Pour diverses applications, ces paramètres peuvent être modifiés. </li><li> Spin manteau photosensible (AZ5214, 3000 tours par minute pendant 30 secondes, 1,5 um d&#39;épaisseur) et attacher le masque conçu à l&#39;étape 1.1. </li><li> L&#39;utilisation d&#39;une gravure ionique réactive (RIE) instrument, le motif de la couche de dispositif de la plaquette SOI et retirer le masque de résine photosensible. Après cette étape, la région gravée RIE a exposé la couche d&#39;oxyde de boîte (Figure 2A). </li><li> Spin manteau photosensible (AZ5214, 3000 tours par minute pendant 30 secondes, 1,5 um d&#39;épaisseur) et le modèle avec un masque conçu à l&#39;étape 1.2. </li><li> Chauffer la plaquette à 125 ° C pendant 90 secondes sur une plaque chauffante. </li><li> Plonger la plaquette dans49% de HF pendant 50 sec pour graver la couche exposée de l&#39;oxyde de boîte de l&#39;étape 2.3. Après tout séchage, enlever le masque photosensible (figure 2B). </li><li> manteau de Spin (AZ5214, 3000 tours par minute pendant 30 secondes, 1,5 um d&#39;épaisseur) et le modèle de la conception d&#39;ancrage de l&#39;étape 1.3. </li><li> Chauffer la plaquette à 125 ° C pendant 90 secondes sur une plaque chauffante. </li><li> Immergez-vous dans 49% HF pendant 50 min. Cette étape grave la couche d&#39;oxyde de boîte restant en dessous de la couche restante du dispositif à motifs de silicium, résultant en suspension silicium unités individuelles sur la résine photosensible (Figure 2C). </li></ol> 3. Conception Masques à un timbre de Microtip <ol><li> Concevoir un masque avec un seul 100 x 100 um um carré. </li><li> Concevoir un masque avec de multiples 12 um x 12 um carrés à l&#39;intérieur de 100 um x 100 um zone. </li></ol> 4. Faire le moule pour un timbre Microtip <ol><li> Nettoyer une plaquette de silicium avec une orientation cristalline &lt;1-0-0&gt;, depos&#39;asseoir à 100 nm de nitrure de silicium en utilisant Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) équipement. </li><li> Spin manteau photosensible (AZ5214, 3000 tours par minute pendant 30 secondes, 1,5 um d&#39;épaisseur) et le modèle avec un masque conçu à l&#39;étape 3.2. </li><li> Motif de la couche de nitrure de silicium en utilisant 10:01 Buffered Oxide Etchant (BOE). </li><li> Dissoudre 80 g d&#39;hydroxyde de potassium (KOH) dans 170 ml d&#39;eau déminéralisée et 40 ml d&#39;alcool isopropylique d&#39;un mélange de bêcher (IPA). </li><li> Chauffer l&#39;, IPA, mélange d&#39;eau et de KOH à 80 ° C sur une plaque chauffante. </li><li> Verticalement placer la plaquette préparée dans le bécher avec le mélange de KOH pour graver le silicium exposé dans la structure cristalline (vitesse d&#39;attaque est d&#39;environ 1 pm / min). </li><li> Après le silicium exposé est entièrement gravée, retirez la plaquette de mélange KOH, graver loin le nitrure de silicium en utilisant HF, et effectuer RCA 1 et RCA 2 nettoyage (figure 3A). </li><li> Spin manteau avec SU-8 100 et le modèle avec le masque préparés à partir de l&#39;étape 3.1 avec la recette suivante: 3000 rh pendant 1 min, cuisson douce à 65 ° C pendant 10 min et 95 ° C pendant 30 min, exposer de 550 mJ / cm 2, et post-cuisson à 65 ° C pendant 1 min et 95 ° C pendant 10 min (figure 3B ). </li><li> Après le SU-8 de 100 soit complètement durci, appliquer une monocouche de (tridécafluoro-1 ,1,2,3-tétrahydro octyl)-1-trichlorosilane en laissant tomber des gouttes de 3-5 (tridécafluoro-1, 1,2,3 - tétrahydro octyl)-1-trichlorosilane dans un récipient à vide et placer la plaquette dans le pot et en appliquant le vide. </li></ol> 5. Dupliquer un timbre Microtip utilisant un moule <ol><li> Mélanger le polydiméthylsiloxane (PDMS) de base et l&#39;agent de durcissement avec le rapport de 5:1. </li><li> Dégazer le mélange en le plaçant dans une fiole à vide. </li><li> Verser une petite partie du mélange PDMS dégazé sur le moule et laissez la refusion PDMS pour obtenir une surface supérieure plane (figure 3C). </li><li> Placer le moule avec le PDMS dans le four à 70 ° C pendant 2 heures pour durcir complètement le PDMS. </li><li> Retirer le moule de l&#39;four et éplucher les PDMS off (figure 3D). </li></ol> 6. Récupérer encre du substrat donneur et imprimer sur la zone cible <ol><li> Placez le substrat donneur sur, les étapes y traduction de rotation et x motorisés équipés d&#39;un microscope. </li><li> Attacher le timbre à micropointes à un étage de translation verticale indépendante. </li><li> Sous le microscope, aligner le timbre à micropointes avec l&#39;encre de Si sur le substrat donneur en utilisant de translation et de rotation étapes. En outre, faire l&#39;alignement de basculement entre la surface de la micro-pointe et l&#39;encre de Si par une étape de réglage d&#39;inclinaison. Ensuite, mettre le timbre de micro-pointes vers le bas pour prendre contact. </li><li> Porter lentement le timbre à micropointes plus bas après le contact initial, de sorte que les petits conseils sont entièrement effondrées et toute la surface est en contact avec l&#39;encre Si le substrat donneur. </li><li> Élever rapidement la phase de z, la rupture des points d&#39;ancrage en raison de la grande surface de contact entre le tampon à micropointes et l&#39;encre de Si, à rEXTRACTION D&#39;l&#39;encre Si le substrat donneur et le joindre à la marque de micro-pointes. NOTE: Lorsque le tampon de micro-pointes est libre de toute contrainte, la micro-pointe comprimé restitue à sa forme d&#39;origine pyramidale, la prise de contact minimal avec l&#39;encre Si récupérées. </li><li> Placez le substrat du récepteur sur un x, y stade-traduction et aligner l&#39;encre Si récupérée sous le timbre de micro-pointes à l&#39;endroit désiré. </li><li> Descendez l&#39;étape de z jusqu&#39;à ce que l&#39;encre Si récupérée fait à peine contact avec le substrat du récepteur. </li><li> Après la prise de contact, soulevez lentement la phase de z pour libérer l&#39;encre Si, de l&#39;imprimer sur l&#39;endroit désiré. </li></ol> 7. Processus de collage <ol><li> Programme d&#39;un recuit thermique rapide du four à cycles de RT jusqu&#39;à 950 ° C en 90 sec, reste à 950 ° C pendant 10 min et refroidi à la température ambiante (par élimination de tout apport de chaleur dans le four). </li><li> Placer le substrat récepteur imprimé dans le four dans un environnement d&#39;air ambiant et un recuit à 950 °C pendant 10 minutes pour la liaison Si-Si ou à 360 ° C pendant 30 minutes pour la liaison Si-Au. </li></ol>

<ol>
	<li>Stix, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+&#8220;Point+one.">Toward &#8220;Point one.</a> Sci Am. Feb. , 90-95 (1995).</li><li>Appenzeler, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Man+Who+Dared+to+Think+Small.">The Man Who Dared to Think Small.</a> Science. 254, 1300-1301 (1991).</li><li>Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals+of+Microfabrications+The+Science+of+Miniaturization.">Fundamentals of Microfabrications The Science of Miniaturization.</a> , (2002).</li><li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Lithography.">Soft Lithography.</a> Angew Chem Int Ed. 38, 551-575 (1998).</li><li>Judy, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microelectromechanical+systems+(MEMS)+fabrication,+design+and+applications.">Microelectromechanical systems (MEMS) fabrication, design and applications.</a> Smart Mater Struct. 10, 1134-1154 (2001).</li><li>Jain, V. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Micromanufacturing Process. , (2012).</li><li>Keum, H., 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=Silicon+micro-masonry+using+elastomeric+stamps+for+three-dimensional+microfabrication.">Silicon micro-masonry using elastomeric stamps for three-dimensional microfabrication.</a> J Micromech Microeng. 22, 55018 (2012).</li><li>Keum, H., Chung, H., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+Contact+at+The+Interface+between+Silicon+and+Transfer-Printed+Gold+Films+by+Eutectic+Joining.">Electrical Contact at The Interface between Silicon and Transfer-Printed Gold Films by Eutectic Joining.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 5, 6061 (2013).</li><li>Keum, H., Seong, M., Sinha, S., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrostatically+Driven+Collapsible+Au+Thin+Films+Assembled+Using+Transfer+Printing+for+Thermal+Switching.">Electrostatically Driven Collapsible Au Thin Films Assembled Using Transfer Printing for Thermal Switching.</a> Appl Phys Lett. 100, 211904 (2012).</li><li>Klaassen, E. H., 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=Silicon+fusion+bonding+and+deep+reactive+ion+etching:+a+new+technology+for+microstructures.">Silicon fusion bonding and deep reactive ion etching: a new technology for microstructures.</a> Sens Actuators A. 52, 132-139 (1996).</li><li>Barth, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+fusion+bonding+for+fabrication+of+sensors+actuators+and+microstructures.">Silicon fusion bonding for fabrication of sensors actuators and microstructures.</a> Sens Actuators. A21 - A23, 919-926 (1990).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Micro-maçonnerie, présenté sur la figure 4, comprend la liaison par fusion du silicium dans une étape de liaison matérielle. La liaison par fusion du silicium est obtenue en plaçant l&#39;échantillon dans un four de recuit thermique rapide (RTA four) et en chauffant l&#39;échantillon à 950 ° C pendant 10 min. Cette condition de recuit à la fois adoptable entre Si - Si et Si - SiO 2 liaison 10,11. En variante, l&#39;Au collée avec une bande de Si que l&#39;on trouve sur ...

Systèmes micro-électromécaniques (MEMS), tels que la miniaturisation des grandes machines 3D ordinaires, sont indispensables pour faire progresser les technologies modernes en offrant des améliorations de performance et de réduction des coûts de fabrication 1,2. Cependant, le taux actuel de l&#39;avancement technologique dans les MEMS ne peut être maintenue sans innovations continues dans les technologies de fabrication 3-6. Microfabrication monolithique commune se fonde principalement sur les processus couche par couche développés pour la fabrication de circuits intégrés (IC). Cette méthode a très bien réussi à permettre la production de masse de dispositifs MEMS de haute performance. Toutefois, en raison de sa complexité couche par couche et de la nature électrochimique soustractive, la fabrication de structures en forme de diversement et des dispositifs MEMS 3D, alors que dans le macromonde facile, est très difficile à réaliser en utilisant cette microfabrication monolithique. Pour permettre plus de souplesse microfabrication 3D avec la complexité moins de processus, nous DEVEloppé un additif stratégie de microfabrication 3D (appelée «micro / nano-maçonnerie &#39;), qui implique un assemblage de matériaux micro / nanométriques à base d&#39;impression-transfert en conjonction avec des techniques thermiques rapides de liaison de matériau recuit à extension. impression de transfert est une méthode pour transférer des matériaux à micro-solide (&#39;encres solides ») à partir d&#39;un substrat où ils sont générés ou cultivées sur un substrat différent en utilisant adhérence à sec contrôlée de timbres élastomères. La procédure typique de micro-maçonnerie commence par l&#39;impression par transfert. Encres solides préfabriqués sont transfert imprimé à l&#39;aide d&#39;un timbre à micropointes qui est une forme avancée de timbres élastomères et les structures imprimées sont ensuite recuites utilisant le recuit thermique rapide (RTA) pour améliorer encre et encre de-adhérence au substrat. Cette approche de fabrication permet la construction de structures micrométriques inhabituelles et des dispositifs qui ne peuvent être satisfaites en utilisant d&#39;autres métho existantds 7. Micro-maçonnerie propose plusieurs caractéristiques intéressantes ne sont pas présents dans d&#39;autres méthodes: (a) la capacité d&#39;intégrer les encres solides fonctionnelles et structurelles de matériaux différents pour assembler capteurs MEMS et actionneurs tout intégré dans la structure 3D; (B) les interfaces des encres solides assemblés peuvent fonctionner comme des contacts électriques et thermiques 9,10; (C) la résolution spatiale de l&#39;ensemble peut être élevé (~ 1 um) en utilisant des procédés lithographiques hautement évolutives et bien compris pour générer encres solides et les étapes mécaniques très précises pour impression par transfert 7; et (d) des encres solides fonctionnelles et structurelles peuvent être intégrés sur deux substrats rigides et flexibles dans des géométries planes ou curvilignes.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="758">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:217px;">Name of Material / Equipment</td>
			<td style="width:97px;">Company</td>
			<td style="width:97px;"></td>
			<td style="width:347px;">Comments / Description</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Az 5214</td>
			<td>Clariant</td>
			<td></td>
			<td>1.5 mm thick photoresist</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Su8-100</td>
			<td>Microchem</td>
			<td></td>
			<td>100 mm Photoresist used in mold</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sylgard 184</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td></td>
			<td>PDMS mixed to fabricate stamp</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hydrofluoric Acid</td>
			<td>Honeywell</td>
			<td></td>
			<td>Acid to etch silicon oxide layer</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Silicon on insulator</td>
			<td>Ultrasil</td>
			<td></td>
			<td>Donor substrate was fabricated</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">trichlorosilane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Chemical used to help pealing of PDMS from mold</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

micro-masonry for 3d additive micromanufacturing

Impression par transfert est une méthode pour transférer des matériaux micro / nanométriques solides (appelés «encres») à partir d&#39;un substrat où ils sont générés à un substrat différent en utilisant des tampons élastomères. impression de transfert permet l&#39;intégration de matériaux hétérogènes pour fabriquer des structures ou des systèmes fonctionnels sans exemple que l&#39;on trouve dans les appareils de pointe récents, tels que les cellules solaires flexibles et extensibles et les tableaux LED. Lors de l&#39;impression de transfert présente des caractéristiques uniques de la capacité d&#39;assemblage matériel, l&#39;utilisation de couches adhésives ou la modification de surface tels que le dépôt de l&#39;auto-assemblage monocouche (SAM) sur des substrats pour l&#39;amélioration des processus d&#39;impression entrave sa grande capacité d&#39;adaptation à micro-assemblage de microsystème électromécanique (MEMS) structures et des dispositifs. Pour pallier cet inconvénient, nous avons développé un mode avancé de l&#39;impression de transfert qui assemble déterministe objets micrométriques individuels uniquement par le contrôle de la zone de contact de surfacesans aucune altération de la surface. L&#39;absence d&#39;une couche adhésive ou d&#39;une autre modification, et les procédés de liaison de matériau ultérieures assurer non seulement une liaison mécanique, mais aussi la connexion électrique et thermique entre les matériaux assemblés, qui s&#39;ouvre en outre diverses applications dans la construction de l&#39;adaptation dans des dispositifs MEMS inhabituelles.

Micro-maçonnerie permet l&#39;intégration de matériaux hétérogènes pour générer des structures MEMS qui sont très difficile ou impossible à réaliser par des procédés de microfabrication monolithiques. Afin de démontrer sa capacité, une structure (appelée «micro théière &#39;) est fabriqué uniquement à travers des micro-maçonnerie. Figure 4A est une image de microscope optique des encres de silicium fabriquées sur un substrat donneur. Les encres sont conçues disques de dimensions ...

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Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Cet article introduit un additif stratégie de microfabrication 3D (appelé «micro-maçonnerie») pour la fabrication flexible de microsystème électromécanique (MEMS) de structures et de dispositifs. Cette approche implique le transfert assemblage à base de matériaux d&#39;impression micro / nanométriques en conjonction avec des techniques thermiques rapides de liaison de matériau recuit à extension.

Micro-maçonnerie pour la 3D Additif Microfabrication

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

micro-masonry-for-3d-additive-micromanufacturing

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10.3K vues.  University of Illinois at Urbana-Champaign.  Cet article introduit un additif stratégie de microfabrication 3D (appelé «micro-maçonnerie») pour la fabrication flexible de microsystème électromécanique (MEMS) de structures et de dispositifs. Cette approche implique le transfert assemblage à base de matériaux d'impression micro / nanométriques en conjonction avec des techniques thermiques rapides de liaison de matériau recuit à extension. 

Vidéo: Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

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

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

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

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

Recherche

Ingénierie

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing applications.&#160; For predictive simulations, it has become increasingly important to be able to model the structure of nanohelices accurately.&#160; To study the effect of local structure on the properties of these complex geometries one must develop realistic models.&#160; To date, software packages are rather limited in creating atomistic helical models.&#160; This work focuses on producing atomistic models of silica glass (SiO2) nanoribbons and nanosprings for molecular dynamics (MD) simulations. Using an MD model of &#8220;bulk&#8221; silica glass, two computational procedures to precisely create the shape of nanoribbons and nanosprings are presented.&#160; The first method employs the AWK programming language and open-source software to effectively carve various shapes of silica nanoribbons from the initial bulk model, using desired dimensions and parametric equations to define a helix.&#160; With this method, accurate atomistic silica nanoribbons can be generated for a range of pitch values and dimensions.&#160; The second method involves a more robust code which allows flexibility in modeling nanohelical structures.&#160; This approach utilizes a C++ code particularly written to implement pre-screening methods as well as the mathematical equations for a helix, resulting in greater precision and efficiency when creating nanospring models.&#160; Using these codes, well-defined and scalable nanoribbons and nanosprings suited for atomistic simulations can be effectively created.&#160; An added value in both open-source codes is that they can be adapted to reproduce different helical structures, independent of material.&#160; In addition, a MATLAB graphical user interface (GUI) is used to enhance learning through visualization and interaction for a general user with the atomistic helical structures.&#160; One application of these methods is the recent study of nanohelices via MD simulations for mechanical energy harvesting purposes.

Accurate modeling of nanohelical structures is important for predictive simulation studies leading to novel nanotechnology applications.&#160; Currently, software packages and codes are limited in creating atomistic helical models.&#160; We present two procedures designed to create atomistic nanohelical models for simulations, and a graphical interface to enhance research through visualization.

Nanohelices évolutives pour les études de prévision et le renforcement de la visualisation 3D

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

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

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

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

Roman 3D / VR environnement interactif pour MD simulations, visualisation et d&#39;analyse

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

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

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

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

Tomographie à dispersion d&#39;énergie de rayons X pour la 3D élémentaire Cartographie des nanoparticules individuelles

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

3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy

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

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

Impression 3D des modèles biomoléculaires pour la recherche et la pédagogie

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

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

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

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

Une chambre 3D-imprimés pour dispositif optoélectronique organique stable de dégradation

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

Multi-material Ceramic-Based Components &#8211; Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM - T3DP)

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three dimensions for the geometry and one degree of freedom concerning the material properties at each position) the Thermoplastic 3D-Printing (CerAM -&#160;T3DP) was developed. It is a direct AM technology which allows the AM of multi-material components. To demonstrate the advantages of this technology black-and-white zirconia components were additively manufactured and co-sintered defect-free.
Two different pairs of black and white zirconia powders were used to prepare different thermoplastic suspensions. Appropriate dispensing parameters were investigated to manufacture single-material test components and adjusted for the additive manufacturing of multi-color zirconia components.

Multi-material Ceramic-Based Components &amp;#8211; Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM - T3DP)

Here we describe a protocol for additively manufacturing black-and-white zirconia components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM -&#160;T3DP) and co-sintering defect-free.

Composants de base de céramique multi-matériaux – additif de fabrication des composants de la zircone en noir et blanc par impression 3D thermoplastique (CerAM - T3DP)

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three ...

Additive Manufacturing of Functionally Graded Ceramic Materials by Stereolithography

An additive manufacturing technology is applied to obtain functionally graded ceramic parts. This technology, based on digital light processing/stereolithography, is developed within the scope of the CerAMfacturing European research project. A three-dimensional (3-D) hemi-maxillary bone-like structure is 3-D printed using custom aluminum oxide polymeric mixtures. The powders and mixtures are fully analyzed in terms of rheological behavior in order to ensure proper material handling during the printing process. The possibility to print functionally graded materials using the Admaflex technology is explained in this document. Field-emission scanning electron microscopy (FESEM) show that the sintered aluminum oxide ceramic part has a porosity lower than 1% and no remainder of the original layered structure is found after analysis.

This manuscript describes the processing of single multifunctional ceramic components (e.g., combinations of dense-porous structures) additively manufactured by stereolithography.

Fabrication additive des matériaux céramiques fonctionnellement classés par stéréolithographie

An additive manufacturing technology is applied to obtain functionally graded ceramic parts. This technology, based on digital light ...

Manufacturing, Control, and Performance Evaluation of a Gecko-Inspired Soft Robot

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with slopes of up to 84&#176;. The manufacturing method is valid for the fast pneunet bending actuators in general and might, therefore, be interesting for newcomers to the field of actuator manufacturing. The control of the robot is achieved by means of a pneumatic control box that can provide arbitrary pressures and can be built by only using purchased components, a laser cutter, and a soldering iron. For the walking performance of the robot, the pressure-angle calibration plays a crucial role. Therefore, a semi-automated method for the pressure-angle calibration is presented. At high inclines (&#62; 70&#176;), the robot can no longer reliably fix itself to the walking plane. Therefore, the gait pattern is modified to ensure that the feet can be fixed on the walking plane.

This protocol provides a detailed list of steps to be performed for the manufacturing, control and evaluation of the climbing performance of a gecko-inspired soft robot.

Évaluation de la fabrication, du contrôle et de la performance d’un robot soft inspiré par Gecko

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with ...

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 ...