This work is a part of the STW project "Integral solution for sustainable construction (IS2C, Fleur van Rossem for her support during the chip fabrication, Justyna Wiedemair for the chip design and Allison Bidulock for her support during the manuscript preparation.

1. Fabrication Chip Remarque: La puce est constituée d&#39;une électrode Ag / AgCl de travail (WE), une électrode de pseudo-référence Ag / AgCl (pseudo-RE) et une contre-électrode en platine sur une puce en verre. Le métal argent est déposé sur une lame de verre, en utilisant salle blanche norme traite 16. Il est ensuite chloruré dans 0,1 M de solution de FeCl3 pendant 30 secondes pour former une couche sur la surface AgCl. Ag / AgCl WE (aire = 9,812 mm 2) est situé au centre, entouré par l&#39;Ag / AgCl comme pseudo-RE montré à la figure 1. <ol><li> Déposer l&#39;argent métallique sur le verre pour former une électrode d&#39;argent plane. La puce fabrication étape par étape dans une salle blanche est donnée comme suit: <ol><li> Lithographie <ol><li> Pour le nettoyage de la plaquette, immerger la plaquette de verre d&#39;abord dans conc. HNO 3 salles de bain pour enlever toute contamination organique et ensuite dans 1 M KOH pour nettoyer la surface. </li><li> Appliquer une photo de réserve positive (200 nm d&#39;épaisseur) à laplaquette par centrifugation et précuites la résine à 95 ° C pendant 15 min. </li><li> Exposer la tranche à de la lumière UV pendant 5 secondes à travers un masque de verre. </li><li> Développer la résine photosensible dans une solution de révélateur. Cela permettra d&#39;exposer la zone de verre où les électrodes seront déposés et la superficie restante seront couverts par le non exposée résister. </li></ol></li><li> verre Gravure <ol><li> Immerger la plaquette de verre élaboré dans le bain de KOH pour graver la zone exposée de la vitre. </li></ol></li><li> Métal dépôt (pulvérisation) <ol><li> Dépôt d&#39;argent métallique sur la surface vitrée exposée. <ol><li> Un premier dépôt de 20 nm de titane (Ti) couche (par pulvérisation) en tant que couche d&#39;adhérence pour le verre. </li><li> Puis déposer 70 nm palladium (Pd) couche (par pulvérisation) en tant que barrière de diffusion entre l&#39;argent et Ti. </li><li> Enfin dépôt de 500 nm de métal argenté. Ceci est l&#39;épaisseur du métal déposé. La superficie de l&#39;électrode de travail est de 4 mm 2. </li><li> Retirez le remaining résister par le processus de décollage dans un bain d&#39;acétone. </li></ol></li><li> Découper la tranche dans la taille de la puce unique. La puce est maintenant prêt à être chlorée pour former une électrode Ag / AgCl sur puce. </li></ol></li></ol></li><li> Placez la puce dans un support en interne puce de polytétrafluoroéthylène conçu, comme le montre la figure 1. Le titulaire fournit des connexions électriques faciles via push-pins (ou des épingles à ressort) et contient une cellule électrochimique. </li><li> Chloridize l&#39;électrode d&#39;argent pour former une électrode Ag / AgCl sur la puce. Pour cela, verser 0,1 M solution de FeCl3 dans la cellule pendant 30 secondes. ou jusqu&#39;à ce que la couleur de l&#39;argent de l&#39;électrode devient grisâtre foncé. immersion plus est pas critique alors que la réduction du temps d&#39;immersion peut conduire à aucun dépôt de Ag / AgCl. </li><li> Rincer la puce avec de l&#39;eau déminéralisée pour nettoyer le FeCl3 puce .Le reste est maintenant prêt à être utilisé pour la mesure chronopotentiometric. </li></ol>2. Préparation d&#39;électrolyte Remarque: Les électrolytes ont été préparés avec différentes concentrations de chlorure de potassium à 0,5 M KNO 3. <ol><li> Préparer 50 ml de KCl électrolyte solution stock de 50 (0,186 g de KCl dans 50 ml de solution). </li><li> De la même solution, ajouter 2,52 g de KNO 3 pour former une solution à 0,5 M KNO 3 électrolyte fond. </li><li> Maintenir la concentration à partir de chlorure de zéro et KNO 3 à 0,5 M. En d&#39;autres termes ajouter 2,52 g de KNO 3 à 50 ml d&#39;eau déminéralisée. </li><li> Ajouter KCl 50 mM pour augmenter la concentration en ions chlorure (de 1 mM à 6 mM) de l&#39;électrolyte, de manière systématique, comme indiqué dans les étapes suivantes. <ol><li> Ajouter 100 pi de la KCl 50 mM dans 4,9 ml de 0,5 M KNO3 pour obtenir 1 mM [CL]. </li><li> Ajouter 104 pi de la solution à 50 mM KCl dans la solution de l&#39;étape 2.4.1 pour obtenir 2 mM [CL]. </li><li> Ajouter 108,41 pl de la solution 50 mM de KCl dans le solution de l&#39;étape 2.4.2 pour obtenir 3 mM [CL]. </li><li> Ajouter 113.19 ul de la solution à 50 mM KCl dans la solution de l&#39;étape 2.4.3 pour obtenir 4 mM [CL]. </li><li> Ajouter 118,2 pi de la solution à 50 mM KCl dans la solution de l&#39;étape 2.4.4 pour obtenir 5 mM [CL]. </li><li> Ajouter 123,3 pi de la solution à 50 mM KCl dans la solution de l&#39;étape 2.4.5 pour obtenir 6 mM [CL]. </li></ol></li></ol> 3. Dispositif expérimental Remarque: Les mesures ont été effectuées en utilisant un potentiostat (Biologic sciences Instruments, France). <ol><li> Placez la puce dans le support de la puce et connecter la borne correspondante du potentiostat. </li><li> Connecter l&#39;électrode terminale de travail du potentiostat à l&#39;électrode Ag / AgCl. </li><li> Branchez la borne d&#39;électrode de référence du potentiostat à une autre électrode Ag / AgCl. </li><li> Connecter la borne de contre-électrode du potentiostat à l&#39;électrode de platine. </li><li> Placez le compmontage expérimental Lete dans une cage de Faraday pour éviter le bruit ambiant. </li></ol> 4. Paramètres d&#39;instrument opérationnels Remarque: Les paramètres de fonctionnement de la cellule électrochimique sont commandés via l&#39;interface utilisateur du potentiostat. La réponse potentielle du Ag / AgCl WE lors d&#39;une impulsion de courant appliquée est mesurée pour différentes concentrations de l&#39;ion chlorure. <ol><li> Dans le programme de potentiostat, ouvrez le chronopotentiométrie technique et définir les paramètres de fonctionnement. <ol><li> Réglez les paramètres suivants selon les besoins: <ol><li> Courant (I s) </li><li> Durée du courant appliqué (t s) </li></ol></li><li> Commencer cette technique en cliquant sur le bouton de lecture dans le programme de potentiostat. Remarque: Le programme affiche la réponse potentiostat potentiel en fonction du temps sous l&#39;impulsion de courant appliqué. </li></ol></li></ol> 5. Les mesures et données Analysis <ol><li> Tracer la courbe d&#39;étalonnage de la durée de transition par rapport à la concentration en ions Cl dans l&#39;électrolyte. <ol><li> Changer la concentration CL dans l&#39;électrolyte KCl, systématiquement. <ol><li> Démarrer la mesure avec 5 ml de 1 mM de KCl avec 0,5 M KNO 3 fond électrolyte dans la cellule électrochimique. </li><li> Commencer l&#39;expérience chronopotentiometric en utilisant le potentiostat et à appliquer un courant de 10 mA / cm -2 pendant 10 secondes et stocker les données. </li><li> Systématiquement changer la concentration à 6 mm avec des incréments de 1 mm et de répéter les mesures. </li></ol></li><li> Stocker les données mesurées en a.mpt fichier et analyser le fichier de données dans le programme de traitement de données. <ol><li> Analyser les données en utilisant un programme de traitement de données développée en interne pour calculer la dérivée première de la réponse potentielle et de calculer le pic de la première dérivée. Le pic de la première dérivée est le temps de transition. Remarque: La morue complèteING des données programme de traitement est donné dans les informations supplémentaires d&#39;Abbas et al., 2014. </li></ol></li><li> Répéter la mesure trois fois avec de l&#39;intervalle d&#39;une heure chacun. </li><li> Ouvrir tous les fichiers de données dans le programme de traitement de données et de calculer le temps de transition pour chaque mesure. étapes de détail du calcul des temps de transition est donnée ci-dessous: <ol><li> Tracer la différence de potentiel en fonction du temps obtenu à partir des fichiers de données de mesure chronopotentiometric. </li><li> Calculer la première dérivée de la réponse potentielle. </li><li> Indiquer le maximum de la dérivée première et la durée de celui-ci. Le temps du maximum de la dérivée première est le temps de transition. </li></ol></li><li> Pour la courbe d&#39;étalonnage, tracer la racine carrée de la durée de transition par rapport à la concentration en ions Cl. </li><li> Ainsi que les données mesurées tracer la courbe théorique sur la base de l&#39;équation de sable à 25. Calculer retour du Coeffic de diffusionient du tracé de données. <ol><li> Dans le tracé de données mesurée entre le temps de transition et la [CL] prendre un point quelconque de la ligne et enregistrer la valeur du temps de transition et la [CL]. L&#39;équation de sable est donnée comme suit: τ = (FC * / 2j (1-t Cl -)) 2 Dπ Ici, C * est la concentration en vrac d&#39;ions Cl, F est la constante de Faraday, j est la densité de courant, t Cl - est le nombre de transport et D est le coefficient de diffusion. Négliger les t Cl - car il est proche de zéro pour une plus grande concentration de l&#39;électrolyte de fond. </li><li> La variable ne reste dans l&#39;équation de sable dans le coefficient de diffusion; mettre la valeur du temps de transition, la concentration en ions chlorure et le courant appliqué à l&#39;équation de sable à obtenir la valeur du coefficient de diffusion. </li></ol></li></ol></li><li> Drift mesure <ol><li> Verser 5 ml de 1 mM de KCl dans lePile électrochimique. </li><li> Dans le potentiostat, régler le courant demandé à être 10 heures -2 et heure à 10 sec. </li><li> Mesurer la réponse potentielle pendant 2 semaines avec trois mesure chaque jour avec un intervalle de trois heures entre les mesures. </li><li> Actualiser l&#39;électrolyte, à savoir, 1 mM de KCl, tous les jours avant d&#39;effectuer les mesures. </li><li> Tracer le temps de transition au cours de deux semaines de mesures. La variation de la durée de transition par jour est la dérive de la réponse de temps de transition. </li></ol></li><li> Effet de l&#39;électrode de pseudo-référence sur les mesures de temps de transition Note: Plusieurs pseudo-références comme un fil Ag / AgCl, un fil de platine et un fil d&#39;acier sont testés pour mesurer le temps de transition. <ol><li> Verser 4 mM de KCl électrolyte dans la cellule électrochimique. </li><li> Utilisez Ag / AgCl comme électrode pseudo-référence et le connecter à la borne d&#39;électrode de référence du potentiostat. En raison de l&#39;impulsion de courant anodique du Cl &amp; #713; ions sont épuisées près de l&#39;électrode de travail Ag / AgCl. </li><li> Effectuez la mesure chronopotentiometric en appliquant une densité de courant de 15 Am -2 pendant 10 sec. </li><li> Répéter les mesures de platine comme électrode pseudo-référence et enregistrer les données. </li><li> Répéter les mesures avec la barre d&#39;acier comme une électrode pseudo-référence et enregistrer les données. </li><li> Tracer le temps de transition mesurée pour différentes électrodes pseudo-référence utilisés. </li><li> Répétez l&#39;ensemble complet de mesure avec 5 mM de KCl et tracer le temps de transition en utilisant différentes électrodes pseudo-référence. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Le temps de transition est le moment de flexion; il est théoriquement indépendant du ie potentiel de référence, l&#39;électrode de référence. Par conséquent, tout fil métallique peut être utilisé comme une électrode de pseudo-référence pour les mesures de temps de transition. Contrairement à la mesure potentiométrique existant d&#39;ions chlorures dans le béton ce procédé permet une longue durée et sans étalonnage mesure. En outre, la sensibilité et la plage de détection de concentration ...

Un capteur d&#39;ions chlorure par rapport à la mesure du temps de transition d&#39;une électrode Ag / AgCl est présentée. Le but est d&#39;éviter les dérives inhérentes au cours de la surveillance continue à long terme des ions chlorure dans l&#39;électrolyte. Chronopotentiometric mesure, qui est une méthode de mesure dynamique, d&#39;une électrode Ag / AgCl est utilisé à cet effet. Ici, un taux de variation du potentiel d&#39;une électrode Ag / AgCl est mesurée pendant une impulsion (impulsion galvanostatique). L&#39;avantage de cette approche est démontrée en éludant l&#39;électrode de référence liquide jonction et à la place utiliser un fil métallique comme électrode pseudo-référence, permettant ainsi la détection de CL concentration des ions de long terme (années) et dans des applications in situ, comme mesure à l&#39;intérieur de structures en béton. Les ions chlorure dans les structures en béton est l&#39;une des principales causes de la dégradation de 1,2. Il initie la corrosion par piqûres dans le renforcement en acier d&#39;unrésultats ème à l&#39;échec final de la structure 3. Par conséquent, la mesure des ions Cl dans le béton est inévitable de prévoir le cycle de vie du service et la maintenance d&#39;une structure 4,5. Des principes de détection différents ont été rapportés pour la mesure des ions chlorures dans le béton comme électrochimique 6,7, 8,9 optique et électromagnétique 10,11. Cependant, les méthodes optiques et électromagnétiques ont des configurations volumineuses, sont difficiles à intégrer en tant que système autonome et avoir des problèmes avec la sélectivité 12. Dans la technique électrochimique, la mesure potentiométrique d&#39;une électrode Ag / AgCl est l&#39;état de la 6,7,13 d&#39;approche de l&#39;art. Malgré des résultats prometteurs, cette approche est limitée à la mesure l&#39;échelle du laboratoire depuis les dérives de potentiel de référence et de diffusion des résultats de baisse potentielle des données erronées 14,15. Une approche de temps de transition basée sur la mesure électrochimique dynamique (DEM) pourrait atténuer le problème en raison du potentieldériver 16. Dans le DEM, la réponse d&#39;un système à un stimulus appliqué est mesurée 17-19. L&#39;exemple d&#39;un tel système est la chronopotentiométrie. Ici, une impulsion de courant appliquée est utilisée comme stimulus d&#39;appauvrissement d&#39;ions à proximité de la surface de l&#39;électrode et la réponse mesurée est le potentiel correspondant. Un courant anodique à une électrode Ag / AgCl initie une réaction faradique (Ag + cl <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/53312/arrow.jpg" /> AgCl + e) ​​qui entraîne une diminution des ions Cl près de la surface de l&#39;électrode. La variation de potentiel est fonction du courant appliqué et de la concentration des ions sélectifs (12,20) dans l&#39;électrolyte. Le moment où ces ions épuiser complètement proximité de l&#39;électrode de surface le taux de variation de la hausse potentiels rapidement, donnant un point 21 d&#39;inflexion. Le point sur la courbe de réponse en temps potentiel (chronopotentiogramme) inflexion indique le temps de transition et peut être déterminée à partir de lamaximale de la première dérivée de la réponse potentielle 22. Le temps de transition est une caractéristique de la concentration en ions. Cette approche a été utilisée pour déterminer la concentration des ions différents 17 et le pH des électrolytes 23,24. Dans le cas d&#39;une électrode Ag / AgCl en tant qu&#39;électrode de travail (dans laquelle le courant est appliqué) appauvrissant les ions seront ions chlorure 17. mesure donc sa date de transition permettra de déterminer sa concentration.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1009">
	<tbody>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:373px;">Platinum wire (&#8805;99.99% trace metals)</td>
			<td style="width:292px;">Sigma Aldrich, the Netherlands</td>
			<td style="width:172px;">EP1330-1EA</td>
			<td style="width:172px;"></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Potassium chloride (BioXtra, &#8805;99.0%)</td>
			<td>Sigma Aldrich, the Netherlands</td>
			<td>P9333-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Potassium hydroxide (90% pure reagent grade)</td>
			<td>Sigma Aldrich, the Netherlands</td>
			<td>484016-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Ferric chloride&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich, the Netherlands</td>
			<td>451649-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">potassium nitrate (&#62; 99% reagent grade)&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich, the Netherlands</td>
			<td>P6083-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Ag/AgCl liquid junction reference electrode&#160;</td>
			<td>BASi, USA</td>
			<td>model MF-2079</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">VSP potentiostat</td>
			<td>Biologic Science Instruments, France</td>
			<td>VSP 300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Steel wire</td>
			<td>Microlab TU Delft</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Silver wire&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich, the Netherlands</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

dynamic electrochemical measurement of chloride ions

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver chloride electrode is used extensively for potentiometric measurement of chloride ions concentration in electrolyte. In this measurement, long-term and continuous monitoring is limited due to the inherent drift and the requirement of a stable reference electrode. We utilized the chronopotentiometric approach to minimize drift and avoid the use of a conventional reference electrode. A galvanostatic pulse is applied to an Ag/AgCl electrode which initiates a faradic reaction depleting the Cl&#713; ions near the electrode surface. The transition time, which is the time to completely deplete the ions near the electrode surface, is a function of the ion concentration, given by the Nernst equation. The square root of the transition time is in linear relation to the chloride ion concentration. Drift of the response over two weeks is negligible (59 &#181;M/day) when measuring 1 mM [Cl&#713;]using a current pulse of 10 Am-2. This is a dynamic measurement where the moment of transition time determines the response and thus is independent of the absolute potential. Any metal wire can be used as a pseudo-reference electrode, making this approach feasible for long-term measurement inside concrete structures.

L&#39;électrode Ag / AgCl est fabriqué sur une puce en verre (figure 1) en utilisant un processus de salle blanche standard. La configuration de mesure chronopotentiometric (figure 2) a été utilisé et la réponse a été mesurée en utilisant un potentiostat. Pour observer l&#39;effet de la concentration en ions Cl sur la période de transition, des solutions contenant 4, 5 et 6 mM de Cl ions à 0,5 M KNO3 fond sont mesurées (Fig...

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Dynamic Electrochemical Measurement of Chloride Ions

Dynamic measurement of chloride ions is presented. Transition time of an Ag/AgCl electrode, during a chronopotentiometric technique, can give the concentration of chloride ions in electrolyte. This method does not require a stable conventional reference electrode.

Dynamic électrochimique Mesure des ions chlorure

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver ...

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Electrochemical Analyses and Redox Titration

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11.3K vues.  University of Twente. Dynamic measurement of chloride ions is presented. Transition time of an Ag/AgCl electrode, during a chronopotentiometric technique, can give the concentration of chloride ions in electrolyte. This method does not require a stable conventional reference electrode.

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Activating Molecules, Ions, and Solid Particles with Acoustic Cavitation

The chemical and physical effects of ultrasound arise not from a direct interaction of molecules with sound waves, but rather from the acoustic cavitation: the nucleation, growth, and implosive collapse of microbubbles in liquids submitted to power ultrasound. The violent implosion of bubbles leads to the formation of chemically reactive species and to the emission of light, named sonoluminescence. In this manuscript, we describe the techniques allowing study of extreme intrabubble conditions and chemical reactivity of acoustic cavitation in solutions. The analysis of sonoluminescence spectra of water sparged with noble gases provides evidence for nonequilibrium plasma formation. The photons and the "hot" particles generated by cavitation bubbles enable to excite the non-volatile species in solutions increasing their chemical reactivity. For example the mechanism of ultrabright sonoluminescence of uranyl ions in acidic solutions varies with uranium concentration: sonophotoluminescence dominates in diluted solutions, and collisional excitation contributes at higher uranium concentration. Secondary sonochemical products may arise from chemically active species that are formed inside the bubble, but then diffuse into the liquid phase and react with solution precursors to form a variety of products. For instance, the sonochemical reduction of Pt(IV) in pure water provides an innovative synthetic route for monodispersed nanoparticles of metallic platinum without any templates or capping agents. Many studies reveal the advantages of ultrasound to activate the divided solids. In general, the mechanical effects of ultrasound strongly contribute in heterogeneous systems in addition to chemical effects. In particular, the sonolysis of PuO2 powder in pure water yields stable colloids of plutonium due to both effects.

Acoustic cavitation in liquids submitted to power ultrasound creates transient extreme conditions inside the collapsing bubbles, which are the origin of unusual chemical reactivity and light emission, known as sonoluminescence. In the presence of noble gases, nonequilibrium plasma is formed. The "hot" particles and the photons generated by collapsing bubbles are able to excite species in solution.

Activation de molécules, des ions et des particules solides avec cavitation acoustique

The chemical and physical effects of ultrasound arise not from a direct interaction of molecules with sound waves, but rather from the acoustic ...

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Chimie

Measurement of Particle Size Distribution in Turbid Solutions by Dynamic Light Scattering Microscopy

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a technique used to measure the size distribution of polymer solutions or colloidal particles. Although this technique is widely used for the assessment of polymer solutions, it is difficult to measure the particle size in concentrated solutions due to the multiple scattering effect or strong light absorption. Therefore, the concentrated solutions should be diluted before measurement. Implementation of the confocal optical component in a dynamic light scattering microscope1 helps to overcome this barrier. Using such a microscopic system, both transparent and turbid systems can be analyzed under the same experimental setup without a dilution. As a representative example, a size distribution measurement of a temperature-responsive polymer solution was performed. The sizes of the polymer chains in an aqueous solution were several tens of nanometers at a temperature below the lower critical solution temperature (LCST). In contrast, the sizes increased to more than 1.0 &#181;m when above the LCST. This result is consistent with the observation that the solution turned turbid above the LCST.

A protocol for the direct measurement of particle size distribution in concentrated solutions using dynamic light scattering microscopy is presented.

Mesure de la distribution granulométrique en turbides Solutions par Dynamic Light Scattering Microscopie

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a ...

Fabrication and Testing of Photonic Thermometers

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being leveraged for developing sophisticated photonic sensors. Silicon photonic sensors seek to exploit the strong confinement of light in nano-waveguides to transduce changes in physical state to changes in resonance frequency. In the case of thermometry, the thermo-optic coefficient, i.e., changes in refractive index due to temperature, causes the resonant frequency of the photonic device such as a Bragg grating to drift with temperature. We are developing a suite of photonic devices that leverage recent advances in telecom compatible light sources to fabricate cost-effective photonic temperature sensors, which can be deployed in a wide variety of settings ranging from controlled laboratory conditions, to the noisy environment of a factory floor or a residence. In this manuscript, we detail our protocol for the fabrication and testing of photonic thermometers.

We describe the process of fabrication and testing of photonic thermometers.

Fabrication et essai de thermomètres photoniques

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being ...

Electrochemical Impedance Spectroscopy as a Tool for Electrochemical Rate Constant Estimation

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). In the case of fast reversible electrochemical processes, current is predominantly affected by the rate of diffusion, which is the slowest and limiting stage. EIS is a powerful technique that allows separate analysis of stages of charge transfer that have different AC frequency response. The capability of the method was used to extract the value of charge transfer resistance, which characterizes the rate of charge exchange on the electrode-solution interface. The application of this technique is broad, from biochemistry up to organic electronics. In this work, we are presenting the method of analysis of organic compounds for optoelectronic applications.

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) of species that undergo reversible oxidation or reduction in solution was used for determination of rate constants of oxidation or reduction.

Spectroscopie d’impédance électrochimique comme outil d’Estimation constante taux électrochimique

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). ...

Preparation of Stable Bicyclic Aziridinium Ions and Their Ring-Opening for the Synthesis of Azaheterocycles

Bicyclic aziridinium ions were generated by the removal of an appropriate leaving group through internal nucleophilic attack by nitrogen atom in the aziridine ring. The utility of bicyclic aziridinium ions, specifically 1-azoniabicyclo[3.1.0]hexane and 1-azoniabicyclo[4.1.0]heptane tosylate highlighted in the aziridine ring openings by the nucleophile with the release of the ring strain to yield the corresponding ring-expanded azaheterocycles such as pyrrolidine, piperidine and azepane with diverse substituents on the ring in regio- and stereospecific manner. Herein, we report a simple and convenient method for the preparation of the stable 1-azabicyclo[4.1.0]heptane tosylate followed by selective ring opening via a nucleophilic attack either at the bridge or at the bridgehead carbon to yield piperidine and azepane rings, respectively. This synthetic strategy allowed us to prepare biologically active natural products containing piperidine and azepane motif including sedamine, allosedamine, fagomine and balanol in highly efficient manner.

Bicyclic aziridinium ions such as 1-azoniabicyclo[4.1.0]heptane tosylate were generated from 2-[4-tolenesulfonyloxybutyl]aziridine, which was utilized for the preparation of substituted piperidines and azepanes via regio- and stereospecific ring-expansion with various nucleophiles. This highly efficient protocol allowed us to prepare diverse azaheterocycles including natural products such as fagomine, febrifugine analogue and balanol.

Préparation des Ions Aziridinium bicycliques Stable et leur ouverture pour la synthèse de Azaheterocycles

Bicyclic aziridinium ions were generated by the removal of an appropriate leaving group through internal nucleophilic attack by nitrogen atom in the ...

Disentangling High Strength Copolymer Aramid Fibers to Enable the Determination of Their Mechanical Properties

Traditionally, soft body armor has been made from poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA) and ultra-high molecular weight polyethylene. However, to diversify the fiber choices in the United States body armor market, copolymer fibers based on the combination of 5-amino-2-(p-aminophenyl) benzimidazole (PBIA) and the more conventional PPTA were introduced. Little is known regarding the long-term stability of these fibers, but as condensation polymers, they are expected to have potential sensitivity to moisture and humidity. Therefore, characterizing the strength of the materials and understanding their vulnerability to environmental conditions is important for evaluating their use lifetime in safety applications. Ballistic resistance and other critical structural properties of these fibers are predicated on their strength. To accurately determine the strength of the individual fibers, it is necessary to disentangle them from the yarn without introducing any damage. Three aramid-based copolymer fibers were selected for the study. The fibers were washed with acetone followed by methanol to remove an organic coating that held the individual fibers in each yarn bundle together. This coating makes it difficult to separate single fibers from the yarn bundle for mechanical testing without damaging the fibers and affecting their strength. After washing, fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy was performed on both washed and unwashed samples and the results were compared. This experiment has shown that there are no significant variations in the spectra of poly(p-phenylene-benzimidazole-terephthalamide-co-p-phenylene terephthalamide) (PBIA-co-PPTA1) and PBIA-co-PPTA3 after washing, and only a small variation in intensity for PBIA. This indicates that the acetone and methanol rinses are not adversely affecting the fibers and causing chemical degradation. Additionally, single fiber tensile testing was performed on the washed fibers to characterize their initial tensile strength and strain to failure, and compare those to other reported values. Iterative procedural development was necessary to find a successful method for performing tensile testing on these fibers.

The primary goal of the study is to develop a protocol to prepare consistent specimens for accurate mechanical testing of high strength copolymer aramid fibers, by removing a coating and disentangling the individual fiber strands without introducing significant chemical or physical degradation.

Démêler les fibres d’aramide de copolymère haute résistance afin de permettre la détermination de leurs propriétés mécaniques

Traditionally, soft body armor has been made from poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA) and ultra-high molecular weight polyethylene. However, to ...

Electrochemical Roughening of Thin-Film Platinum Macro and Microelectrodes

This protocol demonstrates a method for electrochemical roughening of thin-film platinum electrodes without preferential dissolution at grain boundaries of the metal. Using this method, a crack free, thin-film macroelectrode surface with up to 40 times increase in active surface area was obtained. The roughening is easy to do in a standard electrochemical characterization laboratory and incudes the application of voltage pulses followed by extended application of a reductive voltage in a perchloric acid solution. The protocol includes the chemical and electrochemical preparation of both a macroscale (1.2 mm diameter) and microscale (20 &#181;m diameter) platinum disc electrode surface, roughening the electrode surface and characterizing the effects of surface roughening on electrode active surface area. This electrochemical characterization includes cyclic voltammetry and impedance spectroscopy and is demonstrated for both the macroelectrodes and the microelectrodes. Roughening increases electrode active surface area, decreases electrode impedance, increases platinum charge injection limits to those of titanium nitride electrodes of same geometry and improves substrates for adhesion of electrochemically deposited films.

This protocol demonstrates a method for electrochemical roughening of thin-film platinum electrodes without preferential dissolution at grain boundaries. The electrochemical techniques of cyclic voltammetry and impedance spectroscopy are demonstrated to characterize these electrode surfaces.

Roughening électrochimique de macro et microélectrodes de platine de film mince

This protocol demonstrates a method for electrochemical roughening of thin-film platinum electrodes without preferential dissolution at grain boundaries ...

Asymmetric Thermoelectrochemical Cell for Harvesting Low-grade Heat under Isothermal Operation

Low-grade heat is abundantly available in the environment as waste heat. The efficient conversion of low-grade heat into electricity is very difficult. We developed an asymmetric thermoelectrochemical cell (aTEC) for heat-to-electricity conversion under isothermal operation in the charging and discharging processes without exploiting the thermal gradient or the thermal cycle. The aTEC is composed of a graphene oxide (GO) cathode, a polyaniline (PANI) anode, and 1M KCl as the electrolyte. The cell generates a voltage due to the pseudocapacitive reaction of GO when heating from room temperature (RT) to a high temperature (TH, ~40-90 &#176;C), and then current is successively produced by oxidizing PANI when an external electrical load is connected. The aTEC demonstrates a remarkable temperature coefficient of 4.1 mV/K and a high heat-to-electricity conversion efficiency of 3.32%, working at a TH = 70 &#176;C with a Carnot efficiency of 25.3%, unveiling a new promising thermoelectrochemical technology for low-grade heat recovery.

Low-grade heat is abundant, but its efficient recovery is still a great challenge. We report an asymmetric thermoelectrochemical cell using graphene oxide as a cathode and polyaniline as an anode with KCl as the electrolyte. This cell works under isothermal heating, exhibiting a high heat-to-electricity conversion efficiency in low-temperature regions.

Cellule thermoélectrochimique asymétrique pour la récolte de chaleur de qualité inférieure dans le cadre de l'opération isothermale

Low-grade heat is abundantly available in the environment as waste heat. The efficient conversion of low-grade heat into electricity is very difficult. We ...

Fabrication of Thin Film Silver/Silver Chloride Electrodes with Finely Controlled Single Layer Silver Chloride

This paper aims to present a protocol to form smooth and well-controlled films of silver/silver chloride (Ag/AgCl) with designated coverage on top of thin film silver electrodes. Thin film silver electrodes sized 80 &#181;m x 80 &#181;m and 160 &#181;m x 160 &#181;m were sputtered on quartz wafers with a chromium/gold (Cr/Au) layer for adhesion. After passivation, polishing and cathodic cleaning processes, the electrodes underwent galvanostatic oxidation with consideration of Faraday&#39;s Law of Electrolysis to form smooth layers of AgCl with a designated degree of coverage on top of the silver electrode. This protocol is validated by inspection of scanning electron microscope (SEM) images of the surface of the fabricated Ag/AgCl thin film electrodes, which highlights the functionality and performance of the protocol. Sub-optimally fabricated electrodes are fabricated as well for comparison. This protocol can be widely used to fabricate Ag/AgCl electrodes with specific impedance requirements (e.g., probing electrodes for impedance sensing applications like impedance flow cytometry and interdigitated electrode arrays).

This paper aims to present a method to form smooth and well-controlled films of silver chloride (AgCl) with designated coverage on top of thin film silver electrodes.

Fabrication d’électrodes de chlorure d’argent/argent à couches minces de chlorure d’argent à couche unique

This paper aims to present a protocol to form smooth and well-controlled films of silver/silver chloride (Ag/AgCl) with designated coverage on top of thin ...

Probing Surface Electrochemical Activity of Nanomaterials using a Hybrid Atomic Force Microscope-Scanning Electrochemical Microscope (AFM-SECM)

Scanning electrochemical microscopy (SECM) is used to measure the local electrochemical behavior of liquid/solid, liquid/gas and liquid/liquid interfaces. Atomic force microscopy (AFM) is a versatile tool to characterize micro- and nanostructure in terms of topography and mechanical properties. However, conventional SECM or AFM provides limited laterally resolved information on electrical or electrochemical properties at nanoscale. For instance, the activity of a nanomaterial surface at crystal facet levels is difficult to resolve by conventional electrochemistry methods. This paper reports the application of a combination of AFM and SECM, namely, AFM-SECM, to probe nanoscale surface electrochemical activity while acquiring high-resolution topographical data. Such measurements are critical to understanding the relationship between nanostructure and reaction activity, which is relevant to a wide range of applications in material science, life science and chemical processes. The versatility of the combined AFM-SECM is demonstrated by mapping topographical and electrochemical properties of faceted nanoparticles (NPs) and nanobubbles (NBs), respectively. Compared to previously reported SECM imaging of nanostructures, this AFM-SECM enables quantitative assessment of local surface activity or reactivity with higher resolution of surface mapping.

Probing Surface Electrochemical Activity of Nanomaterials using a Hybrid Atomic Force Microscope-Scanning Electrochemical Microscope AFM-SECM

Atomic force microscopy (AFM) combined with scanning electrochemical microscopy (SECM), namely, AFM-SECM, can be used to simultaneously acquire high-resolution topographical and electrochemical information on material surfaces at nanoscale. Such information is critical to understanding heterogeneous properties (e.g., reactivity, defects, and reaction sites) on local surfaces of nanomaterials, electrodes and biomaterials.

Sondage de l’activité électrochimique de surface des nanomatériaux à l’aide d’un microscope électrochimique hybride à force atomique-microscope à balayage (AFM-SECM)

Scanning electrochemical microscopy (SECM) is used to measure the local electrochemical behavior of liquid/solid, liquid/gas and liquid/liquid interfaces. ...