המחברים מבקשים להודות לטים חזרה Back באוניברסיטה קליפורניה במרסד לעזרתו בפרויקט זה. NSF-מטבעות התכנית בUCM נתמכת (קא&quot;מ) בחלקה הראשונה של עבודה זו. פרס NSF-BRIGE נתמך מחברים (BND וקא&quot;מ), מתן כספים עבור עבודה זו והוצאות נסיעה לכנסים. קבוצת המחקר מבקשת להודות בראש ובראשונה הקרן הלאומי למדע למימון עבודה זו באמצעות הפרס BRIGE. חומר זה מבוסס על נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע תחת גרנט לא 1032653 עבודה.

1. הכנת NanospringCarver קבצים והחל MATLAB על מחשב LINUX השלבים הבאים מיועדים לשימוש כללי לעשות שימוש בקבצים הניתנים באינטרנט 26. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפרוק את ארכיון קובץ nanosprings.tar.gz ל&quot; הבית &quot;או אחר בספרייה מועדפת. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הורד את קובץ ארכיון nanosprings.tar.gz ממאגר האינטרנט 26. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אתר את הארכיון הוריד ולהעביר אותה לספריית עבודה מועדפת זכאית &quot;מסמכים / Nanosprings&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ לחיצה ימנית על nanosprings.tar.gz ובחר &quot;לחלץ כאן&quot; מתוך תפריט ההקשר לחץ לחיצה ימנית. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא שכל הקבצים הדרושים נמצאים בספרייה הנוכחית. רשימה של קבצים אלו, והמטרה שלהם כדלקמן: Makefile - הצליח לקמפל קובץ לnanosprings.cpp וPoint.cpp ידני Nanospinternals rings.fig -MATLAB GUI קוד Nanosprings.m -MATLAB GUI Point.cpp - נקודת הגדרה (אטום) בכיתה Point.h - נקודת כותרת (אטום) בכיתה לגלף - nanosprings עצמאי הפעלה example.par - קובץ פרמטר דוגמא glasscube.inp - קובץ נתונים glasscube nanosprings.cpp - קוד nanosprings הראשי nanosprings_diagram.jpg - דוגמא nanospring לתצוגה nanosprings.cpp משולב MATLAB - nanospringsmex.cpp nanospringsmex.mexglx - nanosprings משולב MATLAB הפעלה הערה: המשתמש צריך ליצור קובץ ההפעלה &quot;nanospringsmex.mexglx&quot; למכונה המסוימת לינוקס בשימוש (גרסת 32 סיביות בדוגמא זו). אם זה עדיין לא נעשה, לוודא גישה למהדר &quot;MEX&quot; MATLABעל ידי הקלדה בשורת הפקודה &quot;שMEX&quot; ואימות קיומה של התכנית. גם להבטיח את הגישה אל תכנית MATLAB ידי הקלדה בשורת הפקודה &quot;שmatlab&quot;. שימוש בשורת פקודה להקליד &quot;nanospringsmex.cpp MEX Point.cpp&quot; ייצור קובץ NanospringCarver &quot;nanospringsmex.mexglx&quot; משולב-MATLAB ההפעלה, כפי שמוצג בהוראות שלהלן. למרות שלא נדרשו לממשק GUI, אם ארצה בגרסה עצמאית של תכנית NanospringCarver ניתן ליצור על ידי הקלדה &quot;לעשות&quot; בשורה הפקודה. זה לקמפל nanosprings.cpp ואלמנטי תכנית Point.cpp יחד כדי ליצור קובץ ההפעלה &quot;לגלף&quot;. במדריך זה, &quot;glasscube.inp&quot; קובץ מכיל מידע מיקום ל192,000 representin סיליקון ואטומי חמצן<html> מודל זכוכית סיליקה ga, עם כל שורה המכילה קוד זיהוי אטום, סוג האטום, וx, y, z קואורדינטות של האטום. השורה הראשונה של הקובץ היא המספר הכולל אטום (192,000). הקואורדינטות האטומיות בקובץ זה הן ערכים יחסי, שאם הוא מוכפל 0.716 ייצג מרחקי ננומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על שולחן העבודה, לפתוח חלון מסוף. בגירסאות LINUX רבות להשיג זאת על ידי הלחיצה בו זמנית &quot;Ctrl&quot;, &quot;Alt&quot; ומפתחות &quot;T&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שנה את הספרייה לתיקייה שאליה קבצי פרויקט nanosprings חולצו על ידי הקלדה: מסמכי cd / Nanosprings / </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב הבא, הפעל את הפקודה כדי לקמפל את הבינארי של המערכת על ידי הקלדה: MEX nanospringsmex.cpp Point.cpp </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הבא ליזום MATLAB ידי הקלדת matlab בשורת הפקודה </li></ol> 2. שינוי ושימוש בממשק משתמש גרפי (GUI) לתכנית NanospringCarver ove_content &quot;&gt; בצע את השלבים הבאים תוך שימוש בקבצים הניתנים באינטרנט 26. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפתוח את המדריך בMATLAB על ידי לחיצה על סמל המדריך, באזור סרגל הכלים השמאלי העליון (איור 2), כדי להציג את חלון חדש עם המדריך להתחלה מהירה (איור 3). </li></ol><img alt="איור 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig2highres.jpg" width="600" /> איור 2: ממשק משתמש MATLAB מראה איך לפתוח MATLAB מדריך. <img alt="איור 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig3highres.jpg" width="600" /> איור 3: מאתחל ממשק מדריך MATLAB. <ol start="2" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בכרטיסייה &quot;GUI קיים הפתוח&quot; (איור 4) לשנות דמות קיימת. לחץ על כפתור &quot;עיון&quot; כדי לחפש GUI הקייםדמות להיות שונה. לאחר בחירת קובץ הדמות (Nanosprings.fig, לראות קופסא כחולה), לחץ על &quot;פתח&quot; על שני החלונות לתצוגת חלון חדש עם דמות GUI. אתר את הכפתורים זמינים כדי להיות מנוצלים ליצירת GUI בפנל השמאלי (איור 5). </li></ol><img alt="איור 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig4highres.jpg" width="600" /> איור 4: ממשק מדריך MATLAB מראה איך לפתוח קובץ דמות GUI הקיים. <img alt="איור 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig5highres.jpg" width="600" /> איור 5: ממשק מדריך MATLAB מראה כלים לשינוי דמות GUI קיימים. <ol start="3" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על מנת להפעיל את הממשק הגרפי, לחץ על &quot;הפעל&quot; תחת &quot;תפריט כלים &quot;. לאחר מכן, לחץ על &quot;כן&quot; כאשר חלון מוקפץ מבקש אם לשמור את הדמות לפני ההפעלה. חלון חדש מציג ממשק גרפי שונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במידת צורך, ליצור GUI אחר לחומר ספציפי שונה באמצעות ממשק גרפי זה כדוגמא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להגדיר את דוגמא הריצה, לחץ ראשון על הכפתור &quot;בחר קובץ מודל קלט&quot; בחלק העליון של GUI ולנווט לקובץ &quot;glasscube.inp&quot;. בחר את קובץ ולחץ על &quot;פתח&quot; כדי לסגור את חלון הגלישה. הקובץ שנבחר הקלט והדרך אליו אמורים להופיע בחלון GUI לימין ללחצן &quot;קובץ מודל קלט נבחרים&quot; (איור 6). </li></ol><img alt="איור 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig6highres.jpg" width="600" /> איור 6: צילום מסך של שימוש GUI כדי ליצור מודל nanospring סיליקה דוגמא. <ol start="6" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב הבא, להשתמש בלחצן &quot;העיון&quot; בסעיף &quot;מודל פלט&quot; כדי לעיין ולבחור את הספרייה כדי להציל את מודל פלט ל. ודא שספריית הפלט נבחרה באופן פעיל על מנת שהריצה יהיה פעילה, למרות שיש את ספריית פלט כבר מופיעה בחלון המצורף לזכותו של לחצן זה. הערה: ערך &quot;מראש פרמטרי המרחק מינימאלי&quot; מופיע (0.209311 באיור 6) חושבה במיוחד עבור &quot;glasscube.inp&quot; קובץ הקלט הניתן בדוגמא זו, ויש להשאיר כמו שהוא. ערך זה עשוי להיות מחושב לפי צורך בשימוש הראשון של קובץ קלט שונה על ידי הזנת ערך של &quot;0&quot; במיקום זה לפני הפעלת המודל. בדוגמא זו, כל ערכי הפרמטרים הם ביחידות יחסי כדי להתאים את הקלט אטומי מערכת קואורדינטות. אם מוכפל 0.716 ערכי הפרמטרים ייצג מרחקי ננומטר. &lt;/ Li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הדוגמא באמצעות פרמטרי האביב נתון של r = 1.0, R = 5.0, p = 1.5, ו- D = 0.209311 ידי לחיצה על הכפתור &quot;הפעל&quot; GUI. צפה במשוב מלרוץ בחלון MATLAB הפיקוד (איור 7). במשוב, לבדוק שהפרמטרים האביב אשרו, כי קובץ נתוני קלט נקרא בהצלחה, והתוצאות נשמרות בקובץ הפלט בשם &quot;מודל&quot; מתוארות. </li></ol><img alt="איור 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig7highres.jpg" width="500" /> איור 7: משוב חלון MATLAB פיקוד מריצת Nanosprings מבוסס GUI. הערה: בדוגמא לעיל, &quot;המודל&quot; הקובץ מכיל 5176 אטומים המרכיבים את האביב הרצוי, אחד בכל שורה, בשורה הראשונה נותנת את המספר הכולל של האטומיםבקובץ. כל שורת הגדרת אטום כוללת זיהוי אטום, סוג אטום, וx, y, z קואורדינטות של אטום ש. <ol start="8" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שממשק GUI הוא סופי, לבצע עוקבים על ידי לחיצה ימנית על &quot;Nanosprings.m&quot; בMATLAB &quot;תיקייה נוכחית&quot; חלון, ובחירה באפשרות &quot;הפעל&quot; כדי להעלות את ממשק GUI ישירות. הערה: אזכור שונה המפורטות 27-31 לקבלת מידע נוסף על MATLAB מדריך וממשק המדריך הבסיסי. </li></ol> 3. תוצאות האימות NanospringCarver בVisualizer קוד פתוח 19 השלבים הבאים מיועדים לשימוש כללי לדמיין ולאמת את דגמי אביב פלט שנוצרו על ידי NanospringCarver. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בNanospringCarver MATLAB GUI כפי שתואר לעיל כדי ליצור קבצים לקלט לתכנית להדמיה 19. בעת הפעלת התכנית להדמיה, להשתמש &quot;coordin הנקודהאכלתי קובץ &quot;אפשרות קלט, להבחין בין סוגי אטום על ידי צבע, ובחר גבול רשת ציר לשדה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד מרחקים בדגמי האביב ולהפוך את תיעוד שלהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשוות את הנתונים שנמדדו נגד ממדי אביב רצויים ומאמת את נכונות מודל האביב. </li></ol> 4. שימוש תוצאות NanospringCarver במתיחת MD סימולציות של Nanosprings השלבים הבאים מסוכמים עבור משתמש שימוש כללי בדגמי האביב נוצרו על ידי NanospringCarver כקלט לקוד MD קוד פתוח קונבנציונלי 32. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הורד את הגרסה העדכנית ביותר של הקוד הפתוח תכנית MD LAMMPS. עיין בתיעוד המקוון הרלוונטי למדריכים ודוגמאות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבוע את הממדים של מודל nanospring הרצוי כדי להכין מודל הזכוכית המתאים הראשוני סיליקה בתפזורת, כפי שדווח לפני 18. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור מודל nanospring הרצוי באמצעות NanospringCarver MATLAB GUI (ראה Section 2 לעיל). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע סימולציות מתיחה על nanospring הרצוי, על ידי מתיחת המודל axially 11,13,23. להפיק וידאו נציג של מודל nanospring להיות מתוח (ראה איור 8, בהמשך, ואנימצית איור 1) להדמיה וניתוח. תוצאות מדעיות לגבי התנהגות לחץ המתח והנוקשות של מספר דגמי nanospring תחת מתח דווחו במקומות אחרים 23. </li></ol><img alt="איור 8" fo:content-width="4in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig8highres.jpg" width="400" /> איור 8: מסך של nanospring סיליקה במהלך הסימולציה מתיחה (ראה גם אנימציה איור 1).

<ol>
	<li>Gao, P. X., 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=Conversion+of+zinc+oxide+nanobelts+into+superlattice-structured+nanohelices.">Conversion of zinc oxide nanobelts into superlattice-structured nanohelices.</a> Science. 309 (5741), 1700-1704 (2005).</li><li>McIlroy, D. N., Zhang, D., Kranov, Y., Norton, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanosprings.">Nanosprings.</a> Appl. Phys. Lett. 79 (10), 1540-1542 (2001).</li><li>He, Y., 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=Multilayered+Si/Ni+nanosprings+and+their+magnetic+properties.">Multilayered Si/Ni nanosprings and their magnetic properties.</a> Small. 3 (1), 153-160 (2007).</li><li>Cammarata, R. C., Sieradzki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+and+interface+stresses.">Surface and interface stresses.</a> Annu. Rev. Mater. Sci. 24 (1), 215-234 (1994).</li><li>Becker, N., 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=Molecular+nanosprings+in+spider+capture-silk+threads.">Molecular nanosprings in spider capture-silk threads.</a> Nat. Mater. 2 (4), 278-283 (2003).</li><li>Singh, J. P., Liu, D. -. L., Ye, D. -. X., Picu, R. C., Lu, T. -. M., Wang, G. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-coated+Si+springs:+nanoelectromechanical+actuators.">Metal-coated Si springs: nanoelectromechanical actuators.</a> Appl. Phys. Lett. 84 (18), 3657-3659 (2004).</li><li>Kim, K. J., Park, K., Lee, J., Zhang, Z. M., King, W. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotopographical+imaging+using+a+heated+atomic+force+microscope+cantilever+probe.">Nanotopographical imaging using a heated atomic force microscope cantilever probe.</a> Sens. Actuators A-Phys. 136 (1), 95-103 (2007).</li><li>Dobrokhotov, V., 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=ZnO+coated+nanospring-based+chemiresistors.">ZnO coated nanospring-based chemiresistors.</a> J. Appl. Phys. 111 (4), 044311-044318 (2012).</li><li>Sai, V. V. R., 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=Chapter+1:+Bio+Sensors,+Diagnostics+&amp;+Imaging.">Chapter 1: Bio Sensors, Diagnostics &amp; Imaging.</a> Nanotechnology 2010: Bio Sensors, Instruments, Medical, Environment and Energy. , 19 (2010).</li><li>Sai, V. V. R., 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=Silica+nanosprings+coated+with+noble+metal+nanoparticles:+highly+active+SERS+substrates.">Silica nanosprings coated with noble metal nanoparticles: highly active SERS substrates.</a> J. Phys. Chem. C. 115 (2), 453-459 (2010).</li><li>Fonseca, d. a., Galv&#227;o, A. F., S, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+of+nanosprings.">Mechanical properties of nanosprings.</a> Phys. Rev.Lett. 92 (17), 175502-175505 (2004).</li><li>Zhang, G., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+characteristics+of+nanoscale+springs.">Mechanical characteristics of nanoscale springs.</a> J. Appl. Phys. 95 (1), 267-271 (2004).</li><li>Fonseca, d. a., Malta, A. F., Galv&#227;o, C. P., S, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+of+amorphous+nanosprings.">Mechanical properties of amorphous nanosprings.</a> Nanotechnology. 17 (22), 5620-5626 (2006).</li><li>Mohedas, I., Garcia, A. P., Buehler, 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=Nanomechanics+of+biologically+inspired+helical+silica+nanostructures.">Nanomechanics of biologically inspired helical silica nanostructures.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part N: J. Nanoengineering and Nanosystems. 224 (3), 93-100 (2010).</li><li>Chang, I. L., Yeh, M. -. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+atomistic+study+of+nanosprings.">An atomistic study of nanosprings.</a> J. Appl. Phys. 104 (2), 0243051-0243056 (2008).</li><li>Poggi, M. 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=Measuring+the+compression+of+a+carbon+nanospring.">Measuring the compression of a carbon nanospring.</a> Nano Lett. 4 (6), 1009-1016 (2004).</li><li>Chen, X., 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=Mechanics+of+a+carbon+nanocoil.">Mechanics of a carbon nanocoil.</a> Nano Lett. 3 (9), 1299-1304 (2003).</li><li>D&#225;vila, L. P., 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=Transformations+in+the+medium-range+order+of+fused+silica+under+high+pressure.">Transformations in the medium-range order of fused silica under high pressure.</a> Phys. Rev. Lett. 91 (20), 2055011-2055014 (2003).</li><li>. Nick Gnedin&#8217;s Ionization FRont Interactive Tool (IFrIT) v. 3.2.8 - A general purpose visualization software [Internet] Available from: <a target="_blank" href="https://sites.google.com/site/ifrithome/">https://sites.google.com/site/ifrithome/</a> (2013)</li><li>Silva, E. C. C. M., Tong, L., Yip, S., Van Vliet, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Size+effects+on+the+stiffness+of+silica+nanowires.">Size effects on the stiffness of silica nanowires.</a> Small. 2 (2), 239-243 (2006).</li><li>D&#225;vila, L. P., Leppert, V. J., Bringa, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanical+behavior+and+nanostructure+of+silica+nanowires+via+simulations.">The mechanical behavior and nanostructure of silica nanowires via simulations.</a> Scripta Mater. 60 (10), 843-846 (2009).</li><li>Doblack, B. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The structure and properties of silica glass nanostructures using novel computational systems [thesis]. , 55-55 (2013).</li><li>Nanospring Models via MATLAB and NanospringCarver. Davila group website [Internet] Available from: <a target="_blank" href="https://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/nanospring-models-via-matlab-nanospringcarver-dissemination-of-research-results-and-products">https://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/nanospring-models-via-matlab-nanospringcarver-dissemination-of-research-results-and-products</a> (2013)</li><li>. Blinkdagger - An Engineering and MATLAB blog [Internet] Available from: <a target="_blank" href="https://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/nanospring-models-via-matlab-nanospringcarver-dissemination-of-research-results-and-products">https://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/nanospring-models-via-matlab-nanospringcarver-dissemination-of-research-results-and-products</a> (2014)</li></ol>

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

שינוי של הגישה המקורית כדי ליצור מבני nanohelical הובילו לפיתוח של שני קודים שונים כדי לאפשר יצירה של שתי nanoribbons וnanosprings ממודל MD זכוכית סיליקה בתפזורת ראשונית. האימות של המודלים nanoribbon סיליקה וnanospring נרדפה באמצעות חבילות תוכנה שונות 19-20, שאשרו את הדיוק ממדי שלהם בתוך י?...

A correction was made to <a href="/video/51372">Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization</a>. Online article is missing its 29th author reference.
The reference section has added:
29. MathWorks. Use and create MATLAB MEX-files [Internet]. [Massachusetts]: MathWorks; [cited 2013 May 30]. Available from: http://
www.mathworks.com/help/matlab/call-mex-files-1.html (2014).

A correction was made to <a href="/video/51372">Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization</a>. Online article is missing its 29th author reference.

Erratum: Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

ננו סליל מיוצר בדרך כלל במעבדה תוך שימוש בטכניקות בתצהיר אדים כימיים 1-2, ואילו גישות חדשות דווחו בספרות 3. בפרט nanosprings וnanoribbons נחקרו בגלל התכונות הייחודיות והיישומים המבטיחים בחיישנים, אופטיקה, והתקני אלקטרו-מכאניים וfluidic 4-7. שיטות סינתזה דווחו לייצר סיליקה (SiO 2) nanoribbons, מה שהופך את המבנים האלה יחידות אבן בניין פוטנציאליות למערכות היררכיות. סינתזת רומן של nanosprings סיליקה 3D הרחיבה את היישומים שלהם לchemiresistors כאשר מצופה בתחמוצת האבץ 8 או חלקיקים עבור יישומי אבחון 9-10. מחקרי ניסויים על התכונות מכאניות של nanosprings סיליקה וnanoribbons נדירים, בעיקר בשל מגבלות הנוכחיות בשיטות מניפולציה והבדיקה וequipmeNT. חקירות לnanomechanics של ננו וnanosprings כבר דיווחו על שימוש בתאוריה וסימולציות 11-14. סימולציות כ -13 התמקדו בהתנהגות nanomechanical של nanosprings אמורפי, כי הם יכולים לחקור את המשטרים אינם נגישים באופן מלא באמצעות ניסויים. מחקרים האטומיסטית של nanosprings המתכתי דווחו בספרות כדי לחקור את תלות הגודל של תכונות אלסטיות 15, ולאחרונה nanomechanics של ננו גבישי סיליקה סליל 14. בדיקה ניסיונית של מבני nanospring גם בוצעה בחומרים שונים כגון ננו פחמן סליל ו nanocoils פחמן 16-17. למרות הידע שנאסף עד כה, הבנה של התכונות מכאניות של ננו הרומן אלה מלאים יותר נחוצה למאמצי ייצור nanodevice עתיד. מחקרי MD של g סיליקהילדה nanohelices (סיליקה אינם גבישי) הם עדיין די מוגבל, הדוגמנות האטומיסטית של מבנים כאמור מחייבת יצירת קודים מותאמים אישית. אין שיטות אלטרנטיביות אחרות של יצירת המודלים MD סליל זכוכית סיליקה זוהו עד כה על חיפוש בספרות האחרונה. בעבודה זו, מלמטה למעלה לדוגמנות האטומיסטית של ננו זכוכית סיליקה סליל כולל nanosprings וnanoribbons חתירה לסימולציות nanomechanical MD בקנה מידה גדולה בעתיד. הגישה הכללית כרוכה ביצירת מודל זכוכית MD &quot;בתפזורת&quot; סיליקה כפי שדווח בעבר 18, וגילוף החוצה ננו סליל שונים ממדגם &quot;בתפזורת&quot; זה באמצעות שני קודי מחשב חזקים וישימה פותחו למטרה זו. שני פרוצדורות חישוביות מציעות דרך ייחודית ליצירת מודלים nanoribbon וnanospring ביעילות רבה ובפירוט האטומיסטית; מבנים אלה מתאימים לסימולציות האטומיסטית בקנה מידה גדולה.בנוסף, ממשק משתמש גרפי מותאם אישית משמש כדי להקל על יצירה ויזואליזציה של מבני הסליל. מבנו של המודל &quot;בתפזורת&quot; זכוכית סיליקה נוצרים בתחילה בטמפרטורת חדר. סימולציות MD בקנה מידה גדולה שנערכו למטרה זו באמצעות Garofalini interatomic פוטנציאל דומה למחקרים קודמים 18, שהוא יעיל יחסית המחשוב ומתאים למערכות גדולות. המבנה הראשוני הזכוכית &quot;בתפזורת&quot; סיליקה מורכבת ממודל קובייה (14.3 x 14.3 x 14.3 ננומטר 3) המכיל 192,000 אטומים. מודל זכוכית סיליקה &quot;בתפזורת&quot; הוא equilibrated ב 300 K ל0.5 nsec להשיג את המצב ההתחלתי באמצעות תנאי שפה מחזוריות. שתי פרוצדורות חישוביות מתוכננות ומנוצלות כדי ליצור מודלים nanoribbon סיליקה וnanospring האטומיסטית. השיטה הראשונה כוללת גילוף החוצה nanoribbons סיליקה מהמבנה &quot;בתפזורת&quot; באמצעות המשוואות פרמטרית שמגדירות סליל, והגיאומטריה שלו (המגרש, רדיוס של סליל, ורדיוס תיל). הליך זה כולל שימוש בשפת AWK תכנות, מערכת ההפעלה לינוקס, ותוכנת הדמיה קוד פתוח 19. ההליך החוזר והנשנה הכללי כדי ליצור מודלים האטומיסטית של nanoribbons כולל: (1) בחירת אטום במודל זכוכית סיליקה &quot;בתפזורת&quot;, (2) חישוב המרחק מהאטום נבחר לנקודה במרחב בפונקצית סליל מוגדרת מראש, (3) השוואת מרחק זה לרדיוס של nanoribbon הרצוי, ו- (4) השלכת או שמירה על האטום במודל נתוני תפוקה. תיאור צעד אחר צעד מפורט לשיטה זו כלול בקודי Scalable הקוד פתוח נוסף החומר. בשיטה זו, כמה nanoribbons סיליקה נוצרו באמצעות גובה צליל שונה, רדיוס של ערכי סליל ורדיוס nanoribbon, שנמדדו לאחר מכןלדיוק נגד ערכי ממדים הרצויים עם ניתוח מולקולרי ותוכנה להדמיה 19-20. מודלים האטומיסטית של nanoribbons סיליקה נוצרו בגיאומטריות תפקודיות (ערכים גבוהים של המגרש וערכים נמוכים של רדיוס nanoribbon). חפצים מסוימים, מורכב מאטומים לא נכללו בטעות, שהוביל למשטח nanoribbon פחות חלק, נצפו בערכי רדיוס nanoribbon הגבוהים ביותר וערכי המגרש נמוכים מאוד. שיטות דומות שימשו בתהליך של יצירת ננו-חוטי סיליקה 21-23. השיטה השנייה המוצגת כאן כוללת גילוף החוצה nanosprings סיליקה ממבנה סיליקה &quot;בתפזורת&quot; על ידי יישום שיטות סינון מראש כדי להגביר את היעילות, בנוסף למשוואות המתמטיות לסליל. הליך זה נדרש יצירת קוד C ++ חזק יותר, כדי לאפשר גמישות רבה יותר בדוגמנות ננו הסליל אלה. שיטת איטרטיבי כדי ליצור atomis<html> מודלים טיקים של nanosprings כוללים: (1) השלכת כל האטומים מובטח ליפול מחוץ למסלול הסליל, (2) deterministically בחירת נקודה בדרך הסליל, (3) להשוות את כל האטומים במרחק מסוים לנבחרה נקודה זו, ו( 4 ) השלכת או אחסון כל אטום במודל נתוני תפוקה. תיאור צעד-אחר-צעד לשיטה זו נכללה גם בקודי הקוד הפתוח Scalable משלימה חומר. בשיטה זו, מספר דגמי nanospring סיליקה התקבלו עם ממדים מגוונים (רדיוס תיל, רדיוס של סליל, ומגרש של nanospring) כ שמוצג באיור 1. המודלים nanospring סיליקה מאוד מדויקת התקבלו ביעילות בשיטה זו, ללא עדות לחפצים שנמצאו בערכים קיצוניים המגרש (נמוכים וגבוהים) לnanospring. היצירה ושימוש בממשק המשתמש הגרפי לשיטה זו מתוארת בסעיף הפרוטוקול. בעמודים = &quot;תמיד&quot;&gt; <img alt="איור 1" fo:content-width="4in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig1highres.jpg" width="400" /> איור 1:. מבנה סליל כללי מראה ממדים אופייניים, שבו r, R ו- p מייצגים את רדיוס התיל, רדיוס של סליל, ומגרש בהתאמה H מציין את הגובה הכולל של מבנה סליל 23. פרוטוקול זה מתאר כיצד להכין את קבצי NanospringCarver, פועל 24 MATLAB על מחשב LINUX 25, ולהשתמש בממשק משתמש גרפי להכנת דגמי nanospring האטומיסטית. מודלים זמינים בעבר אלו משמשים כבסיס לדינמיקה מולקולרית חדשה (MD) סימולציות 23 בדרך למחקר חדשנות חומרים. הליך צעד-אחר-צעד הכללי כדי ליצור מודלים nanospring האטומיסטית כרוך בשימוש במרכיבים הבאים: (א) NanospringCarver (. V 0.5 בטא) קוד (פתוח-חמוץce בשפת C ++), (ב) מודל זכוכית סיליקה בתפזורת (קובץ קלט), () ממשק ג MATLAB GUI וקבצים קשורים, ו() תוכנת ד MATLAB (גרסה 7) שימוש ברישיון מקומי על מחשב LINUX. פריטים (א) - (ג) לעיל (קוד NanospringCarver, מודל זכוכית סיליקה, קבצי MATLAB GUI) הם להורדה בחינם באינטרנט 26. MATLAB (מטריקס מעבדה) הוא שפה ברמה גבוהה לחישוב מספרי, הדמיה, ופיתוח יישומים מ -24 MathWorks, המשמש בעיקר להדמיה וניתוח של נתונים, עיבוד תמונה, וביולוגיה חישובית.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>MATLAB numerical computing software</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td><a href="http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html">http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html</a></td>
			<td>See Protocol Introduction and Reference [24]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanospringCarver program code and files</td>
			<td>UC Merced - open source</td>
			<td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td>
			<td>See Protocol Section 1 (Step 1.2) and Reference [26]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB GUI files</td>
			<td>UC Merced - open source</td>
			<td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td>
			<td>See Protocol Section 1 (Step 1.2) and Reference [26]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atomistic bulk glass input file</td>
			<td>UC Merced - open source</td>
			<td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td>
			<td>See Protocol Section 1 (Step 1.2) and Reference [26]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IFrIT visualization software</td>
			<td>Open source software</td>
			<td><a href="http://sites.google.com/site/ifrithome/">http://sites.google.com/site/ifrithome/</a></td>
			<td>See Protocol Section 3 and Reference [19]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LAMMPS molecular dynamics software</td>
			<td>Open source software</td>
			<td><a href="http://www.lammps.sandia.gov/">http://www.lammps.sandia.gov/</a></td>
			<td>See Protocol Section 4 and Reference [32]</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

scalable nanohelices for predictive studies and enhanced 3d visualization

חומרים דמויי קפיץ נמצאים בכל מקום בטבע ועניין בננוטכנולוגיה לקצירת אנרגיה, אחסון מימן, ויישומי חישה ביולוגיים. לסימולציות חזויה, זה הפך להיות יותר ויותר חשוב להיות מסוגל מודל מבנה nanohelices מדויק. כדי לחקור את ההשפעה של מבנה המקומי על המאפיינים של גיאומטריות המורכבות אלה יש לפתח מודלים מציאותיים. עד כה, חבילות תוכנה שלא מוגבלות ביצירת מודלים סליל האטומיסטית. עבודה זו מתמקדת בייצור דגמים האטומיסטית של זכוכית סיליקה (SiO 2) nanoribbons וnanosprings לדינמיקה מולקולרית הדמיות (MD). באמצעות מודל MD זכוכית סיליקה &quot;בתפזורת&quot;, שתי פרוצדורות חישוביות כדי ליצור את הצורה של nanoribbons וnanosprings בדיוק מוצגים. השיטה הראשונה מעסיקה תוכנה בשפת תכנות וקוד פתוח AWK לגלף ביעילות בצורות שונות של nanoribbons סיליקה מאנימודל nitial בתפזורת, באמצעות ממדים רצויים ומשוואות פרמטרית להגדיר סליל. בשיטה זו, יכולה להיות שנוצרה nanoribbons סיליקה האטומיסטית מדויקת לטווח ערכי המגרש ומידות. השיטה השנייה כרוכה קוד חזק יותר המאפשר גמישות במבני nanohelical דוגמנות. גישה זו משתמשת בקוד C ++ במיוחד שנכתב ליישום שיטות סינון מראש, כמו גם את המשוואות המתמטיות לסליל, וכתוצאה מכך דיוק ויעילות רבים יותר בעת יצירת המודלים nanospring. שימוש בקודים אלה, מוגדרים היטב וnanoribbons מדרגי וnanosprings המתאימה לסימולציות האטומיסטית ניתן ליצור באופן יעיל. ערך מוסף בשני קודי הקוד פתוח הוא שהם יכולים להיות מותאמים ללשכפל את מבני סליל שונים, בלתי תלויים בחומר. בנוסף, ממשק MATLAB משתמש גרפי (GUI) משמש כדי לשפר את הלמידה באמצעות הדמיה ואינטראקציה של משתמש כללי עם חלי האטומיסטיתמבני קאל. אחד יישומים של שיטות אלה הוא המחקר שנערך לאחרונה של nanohelices באמצעות סימולציות MD למטרות קצירת אנרגיה מכאניות.

המודלים האטומיים nanoribbon נוצרו עם הליך החישוב הראשון (קוד nanoribbons) והממדים הקשורים בם מוצגים באיור 9. דגמי nanospring וכתוצאה מכך באמצעות הליך החישוב השני (nanosprings קוד) וממדים הקשורים מוצגים באיור 10. <im...

Watch this Scientific Journal Video about Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization at JoVE.com

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

מודלים מדויקים של מבני nanohelical חשוב למחקרי הדמיה חזוי מובילים ליישומי ננו-טכנולוגיה חדשניות. נכון לעכשיו, חבילות תוכנה וקודים מוגבלות ביצירת מודלים סליל האטומיסטית. אנו מציגים שני הליכים שנועדו ליצור מודלים nanohelical האטומיסטית לסימולציות, וממשק גרפי כדי לשפר את המחקר באמצעות הדמיה.

Nanohelices להרחבה עבור חיזוי מחקרים ויזואליזציה 3D משופר

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

scalable-nanohelices-for-predictive-studies-enhanced-3d

Research

JoVE Journal

Engineering

10.4K Views.  University of California Merced.  מודלים מדויקים של מבני nanohelical חשוב למחקרי הדמיה חזוי מובילים ליישומי ננו-טכנולוגיה חדשניות. נכון לעכשיו, חבילות תוכנה וקודים מוגבלות ביצירת מודלים סליל האטומיסטית. אנו מציגים שני הליכים שנועדו ליצור מודלים nanohelical האטומיסטית לסימולציות, ו?...

Video: Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

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.

ברזולוציה גבוהה, במהירות גבוהה, הדמיה וידאו תלת ממדית עם טכניקות הקרנה הדיגיטלי פרינג&#39;

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

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we present the fabrication protocol for a multilayered SAW acoustic counterflow device. The device is fabricated starting from a lithium niobate (LN) substrate onto which two interdigital transducers (IDTs) and appropriate markers are patterned. A polydimethylsiloxane (PDMS) channel cast on an SU8 master mold is finally bonded on the patterned substrate. Following the fabrication procedure, we show the techniques that allow the characterization and operation of the acoustic counterflow device in order to pump fluids through the PDMS channel grid. We finally present the procedure to visualize liquid flow in the channels. The protocol is used to show on-chip fluid pumping under different flow regimes such as laminar flow and more complicated dynamics characterized by vortices and particle accumulation domains.

In this video we first describe fabrication and operation procedures of a surface acoustic wave (SAW) acoustic counterflow device. We then demonstrate an experimental setup that allows for both qualitative flow visualization and quantitative analysis of complex flows within the SAW pumping device.

ייצור, תפעול ויזואליזציה זרימה במיקרופלואידיקה אקוסטית-נגדית Surface--מונע גל אקוסטי

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we ...

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.

רומן 3D / VR הסביבה אינטראקטיבית לMD סימולציות, ויזואליזציה וניתוח

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

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to a different substrate by utilizing elastomeric stamps. Transfer printing enables the integration of heterogeneous materials to fabricate unexampled structures or functional systems that are found in recent advanced devices such as flexible and stretchable solar cells and LED arrays. While transfer printing exhibits unique features in material assembly capability, the use of adhesive layers or the surface modification such as deposition of self-assembled monolayer (SAM) on substrates for enhancing printing processes hinders its wide adaptation in microassembly of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. To overcome this shortcoming, we developed an advanced mode of transfer printing which deterministically assembles individual microscale objects solely through controlling surface contact area without any surface alteration. The absence of an adhesive layer or other modification and the subsequent material bonding processes ensure not only mechanical bonding, but also thermal and electrical connection between assembled materials, which further opens various applications in adaptation in building unusual MEMS devices.

This paper introduces a 3D additive micromanufacturing strategy (termed &#8216;micro-masonry&#8217;) for the flexible fabrication of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. This approach involves transfer printing-based assembly of micro/nanoscale materials in conjunction with rapid thermal annealing-enabled material bonding techniques.

מיקרו בנייה לMicromanufacturing 3D תוסף

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

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules is reported. The entire sequence of relevant experimental steps is described, involving the fabrication of nanostructured substrates using electron beam lithography, immobilization of biomolecules on the substrates, and their characterization utilizing surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). Three different designs of nano-biological systems are employed, including protein A, glucose binding protein, and a dopamine binding DNA aptamer. In the latter two cases, the binding of respective ligands, D-glucose and dopamine, is also included. The three kinds of biomolecules are immobilized on nanostructured substrates by different methods, and the results of SERS imaging are reported. The capabilities of SERS to detect vibrational modes from surface-immobilized proteins, as well as to capture the protein-ligand and aptamer-ligand binding are demonstrated. The results also illustrate the influence of the surface nanostructure geometry, biomolecules immobilization strategy, Raman activity of the molecules and presence or absence of the ligand binding on the SERS spectra acquired.

We describe the fabrication and characterization of nano-biological systems interfacing nanostructured substrates with immobilized proteins and aptamers. The relevant experimental steps involving lithographic fabrication of nanostructured substrates, bio-functionalization, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) characterization, are reported. SERS detection of surface-immobilized proteins, and probing of protein-ligand and aptamer-ligand binding is demonstrated.

משטח משופר ראמאן ספקטרוסקופיה איתור של מולקולות ביולוגיות באמצעות EBL מצעי Nanostructured המפוברק

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

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.

3D הדפסה של מודלים Biomolecular למחקר פדגוגיה

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

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a polymer film. This paper also presents a low-cost, vacuum-free fabrication method for this novel TE; the approach combines lithography, electroplating, and imprint transfer (LEIT) processing. The embedded nature of the EMTEs offers many advantages, such as high surface smoothness, which is essential for organic electronic device production; superior mechanical stability during bending; favorable resistance to chemicals and moisture; and strong adhesion with plastic film. LEIT fabrication features an electroplating process for vacuum-free metal deposition and is favorable for industrial mass production. Furthermore, LEIT allows for the fabrication of metal mesh with a high aspect ratio (i.e., thickness to linewidth), significantly enhancing its electrical conductance without adversely losing optical transmittance. We demonstrate several prototypes of flexible EMTEs, with sheet resistances lower than 1 &#937;/sq and transmittances greater than 90%, resulting in very high figures of merit (FoM) &#8211; up to 1.5 x 104 &#8211; which are amongst the best values in the published literature.

This protocol describes a solution-based fabrication strategy for high-performance, flexible, transparent electrodes with fully-embedded, thick metal mesh. Flexible transparent electrodes fabricated by this process demonstrate among the highest reported performances, including ultra-low sheet resistance, high optical transmittance, mechanical stability under bending, strong substrate adhesion, surface smoothness, and environmental stability.

מדרגית פתרון פתרון עיבוד מעובד עבור ביצועים גבוהים, גמיש, אלקטרודות שקוף עם רשת Embedded מתכת

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

Scalable Quantum Integrated Circuits on Superconducting Two-Dimensional Electron Gas Platform

To form a coherent quantum transport in hybrid superconductor-semiconductor (S-Sm) junctions, the formation of a homogeneous and barrier-free interface between two different materials is necessary. The S-Sm junction with high interface transparency will then facilitate the observation of the induced hard superconducting gap, which is the key requirement to access the topological phases (TPs) and observation of exotic quasiparticles such as Majorana zero modes (MZM) in hybrid systems. A material platform that can support observation of TPs and allows the realization of complex and branched geometries is therefore highly demanding in quantum processing and computing science and technology. Here, we introduce a two-dimensional material system and study the proximity induced superconductivity in semiconducting two-dimensional electron gas (2DEG) that is the basis of a hybrid quantum integrated circuit (QIC). The 2DEG is a 30 nm thick In0.75Ga0.25As quantum well that is buried between two In0.75Al0.25As barriers in a heterostructure. Niobium (Nb) films are used as the superconducting electrodes to form Nb- In0.75Ga0.25As -Nb Josephson junctions (JJs) that are symmetric, planar and ballistic. Two different approaches were used to form the JJs and QICs. The long junctions were fabricated photolithographically, but e-beam lithography was used for short junctions&#8217; fabrication. The coherent quantum transport measurements as a function of temperature in the presence/absence of magnetic field B are discussed. In both device fabrication approaches, the proximity induced superconducting properties were observed in the In0.75Ga0.25As 2DEG. It was found that e-beam lithographically patterned JJs of shorter lengths result in observation of induced superconducting gap at much higher temperature ranges. The results that are reproducible and clean suggesting that the hybrid 2D JJs and QICs based on In0.75Ga0.25As quantum wells could be a promising material platform to realize the real complex and scalable electronic and photonic quantum circuitry and devices.

Quantum integrated circuits (QICs) consisting of array of planar and ballistic Josephson junctions (JJs) based on In0.75Ga0.25As two-dimensional electron gas (2DEG) is demonstrated. Two different methods for fabrication of the two-dimensional (2D) JJs and QICs are discussed followed by the demonstration of quantum transport measurements in sub-Kelvin temperatures.

שילוב מדרגי של מעגלים קוונטית משולבים בפלטפורמת גז אלקטרונים דו מימדית

To form a coherent quantum transport in hybrid superconductor-semiconductor (S-Sm) junctions, the formation of a homogeneous and barrier-free interface ...

Scalable Stamp Printing and Fabrication of Hemiwicking Surfaces

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. This wetting phenomenon is important in many technical fields ranging from physiology to aerospace engineering. Currently, several different techniques exist for fabricating hemiwicking structures. These conventional methods, however, are often time consuming and are difficult to scale-up for large areas or are difficult to customize for specific, nonhomogeneous patterning geometries. The presented protocol provides researchers with a simple, scalable, and cost-effective method for fabricating micro-patterned hemiwicking surfaces. The method fabricates wicking structures through the use of stamp printing, polydimethylsiloxane (PDMS) molding, and thin-film surface coatings. The protocol is demonstrated for hemiwicking with ethanol on PDMS micropillar arrays coated with a 70 nm thick aluminum thin-film.

A simple protocol is provided for the fabrication of hemiwicking structures of varying sizes, shapes, and materials. The protocol uses a combination of physical stamping, PDMS molding, and thin-film surface modifications via common materials deposition techniques.

חותמת מדרגי והדפסת פבריקציה נוספת של Hemiwicking משטחים

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. ...

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).

הדפסה בתלת-ממד - הערכת פליטות חלקיקים של עט הדפסה בתלת-ממד

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