Grazie a Scienze XG per le donazioni generose di carta grafene. Grazie al Dr. C. Friedrich generosamente per averci permesso di usare l&#39;apparecchiatura micro-perforazione. Un ringraziamento particolare viene esteso a Tayloria Adams per raccontare il video.

1. Realizzare un laminato elettrodo / isolamento Struttura 3D <ol><li> Per uno strato di grafene 6, 5 dispositivo di strato di nastro, tagliare la carta grafene con un bisturi o simili lama di rasoio e righello dritto taglio in sei 0,7 centimetri x 1,5 centimetri rettangoli e usare le forbici per tagliare il nastro biadesivo sensibile alla pressione in cinque 1,3 centimetri x ~ 5 centimetri strisce. NOTA: Come mostrato nella Figura 1a, questo produce un elettrodo 3 terra, 3 dispositivo elettrodo di segnale AC. Il 7 millimetri di larghezza condurre strato è abbastanza stretto per adattarsi su un vetrino, ma abbastanza largo per una facile foratura. La lunghezza di 2 millimetri non rompere facilmente dopo l&#39;uso ripetuto e ha spazio sufficiente per collegare i fili di rame. La profondità del dispositivo è limitata dalla profondità fresa. </li><li> Disporre il primo strato di carta grafene su un vetrino pulito. Lentamente coprire una estremità della carta grafene con una striscia di nastro, lasciando un margine ~ 2 mm a garantire l&#39;isolamento tra i due strati di carta grafene adiacenti (Figura 1b </strong&gt;). </li><li> Il secondo strato di carta grafene sulla parte superiore del nastro offset al primo strato di carta grafene (Figura 1a). Applicare una pressione moderata (pressione uniforme con il pollice, ~ 100 N oltre lo 0,7 cm 2 area) dopo l&#39;aggiunta di ogni strato condurre per garantire una buona tenuta tra gli strati. </li><li> Ripetere i punti 1.2 e 1.3 per i restanti strati, lasciando sia la parte superiore e strati inferiori della carta grafene. Tagliare lungo la linea tratteggiata mostrata in Figura 1b per rimuovere il nastro in eccesso dai bordi del dispositivo lasciando un piccolo margine ~ 1 mm per assicurare isolamento sigillato tra strati di carta di grafene (Figura 1b). NOTA: Double-sided tape non è utilizzata come gli strati superiore e inferiore per evitare la raccolta di detriti come questa struttura laminata è forato, montato su una slitta, e riempito con il campione. </li><li> Eseguire un test di isolamento veloce con un multimetro (modalità di resistenza). Posizionare le sonde positivi e negativi su due lati diversi di the dispositivo (A e B nella figura 1c); ad alta resistenza (kilo-to mega-ohm) indica un buon isolamento tra gli strati. Rimuovere la struttura stratificata dal vetrino per preparare micro-perforazione di pozzi. NOTA: Un dispositivo in genere non supera il test di isolamento quando adiacenti strati di carta di grafene in contatto durante le fasi di 1.2 a 1.4. Eliminare tali dispositivi. </li></ol> 2. Praticare Micro-bene nella struttura laminata <ol><li> Usare una macchina di micro-fresatura meccanico controllato da computer e scegliere una fresa con 700 micron di diametro e 2,1 mm di lunghezza di taglio. Immobilizzare la struttura laminata sulla scena micro-fresatura utilizzando appositi ganci (figure 2a e b). Eseguire la macchina mandrino di fresatura a 8.600 rpm, quindi abbassare la fresa lentamente e per il centro della struttura laminata. Spostare la fresa rotante su e giù attraverso il micro-bene per lisciare la parete interna. <ol><li> Scegli micro-benediametri, che sono vincolati dalla disposizione fresa del diametro / lunghezza di proporzioni taglio. Assicurarsi che la superficie interna del micro-bene è più verticale e pulito possibile per gradienti di campo elettrico ottimali e passaggio della luce attraverso il micro-bene. </li></ol></li><li> Pulire i detriti dalla micro-bene con aria compressa. Eseguire un altro test di isolamento come descritto in 1.5. </li></ol> 3. Fissare i cavi elettrici alla struttura laminata <ol><li> Piegare due tre centimetri lunghe 32 fili di rame G ad angolo retto a 2 cm. Mescolare ~ 1,5 ml di parte A e B di argento epossidico conduttivo. NOTA: <img alt="Equazione 1" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51696/51696eq1.jpg" /></li><li> Applicare manualmente resina argento misto verso l&#39;alto e le punte di tutti i 3 strati di carta di grafene per assicurare un buon contatto tra strati sul lato A della struttura laminata (Figura 1c), quindi inserire l&#39;estremità del filo di rame 1 centimetro nella resina epossidica e tra due strati. Softly squeeze gli strati per eliminare l&#39;eccesso di resina epossidica e assicurare un buon contatto elettrico. Ripetere l&#39;operazione per il lato B della struttura laminata. </li><li> Posizionare l&#39;intero dispositivo in cremagliera forno, essicca per una notte a 70 ° C e 1 atm. </li></ol> 4. Preparare campione e media <ol><li> Preparare i media isotonica di uno spettro di conducibilità utilizzando il misuratore di conduttività, mannitolo soluzione stock di 290 mm e aggiunte di serie dei isotonica tampone fosfato salino (PBS). NOTA: Esiste una correlazione lineare tra la conducibilità e concentrazione del volume di circa 290 mOsm / L PBS (conduzione) in ~ 290 soluzione mOsm / L mannitolo (non conduttore). Il video presenta un mezzo di 0,01 S / m conducibilità. </li><li> Mescolare perle di polistirene con i media pronti conducibilità o e-acqua pura (~ 5 x 10 -6 S / m) ad un rapporto 01:50 vol: vol. Questo protocollo è facilmente adattabile a cellule biologiche. </li></ol> 5. Esperimento configurare e utilizzare periferiche <ol><li> Bloccare il dispositivo onto un vetrino con una pressione moderata (Figura 2d) con fascette di carta modificati o equivalente. Le fondazioni devono essere sufficientemente vicino al micro-bene per sigillare la struttura laminata al vetrino evita la fuoriuscita del campione. La pinza deve rientrare palco microscopio con la pressione ottimizzato per a) impedire la deformazione della struttura lamellare, e b) garantire il fluido micro-bene non perde. La deformazione altera la geometria bene e il percorso della luce riducendo esperimento riproducibilità. </li><li> Utilizzando una micro siringa o equivalente, iniettare lentamente ~ 1 ml del campione nella micro-bene e non introdurre bolle. Ripetere l&#39;iniezione, se necessario, e fare attenzione a non danneggiare le pareti micro-e con l&#39;ago tagliente. Leggermente riempire troppo il micro-bene e far scorrere subito copertura in vetro sopra il micro-bene per eliminare il liquido in eccesso, evitare l&#39;evaporazione, e di garantire i volumi riproducibili per ogni esperimento. NOTA: Una punta di diamante tagliavetro funziona bene per SCORe crepa e copertura in vetro a misura. </li><li> Fissare il Microdevice stratificato completato la fase di microscopio e collegare i fili degli elettrodi generatore di funzione per i due di rame conduce sul dispositivo. In AxioVision (software Zeiss), fare clic sul pulsante per avviare la registrazione della videocamera in modalità di acquisizione multidimensionale. Iniziare segnale del generatore di funzioni in un periodo di tempo fisso dopo l&#39;avvio della registrazione telecamera CCD per documentare risposte con e senza il campo elettrico applicato. NOTA: Qui 100 Hz a 10 MHz con un segnale 15 V picco-picco sono stati eseguiti esperimenti sono stati osservati ingrandimento 10X a 1 a 200 sopra la superficie del vetrino per 2 sec senza campo e ~ 5 min con il campo applicato. Le immagini sono state salvate in digitale a 1-5 fotogrammi al secondo (fps) per ulteriori analisi. </li><li> Al termine dell&#39;esperimento, rimuovere il dispositivo e smontare le pinze. Immergere sia il vetrino e il dispositivo in acqua saponata, quindi risciacquare bene. Dispositivi di riutilizzo circa 30 tempos con prestazioni costanti. </li></ol> 6. Analisi dei dati e di elaborazione delle immagini <ol><li> Analizzare i dati di immagine con il software preferito, come ImageJ. Calcolare la velocità di spostamento delle particelle tra immagini consecutive in un dato intervallo temporale. </li><li> Calcola sperimentale forza DEP e di campo di forza basata sulla velocità di compilare le tendenze e confrontare con la teoria 29. </li><li> Misura velocità delle particelle radialmente nella geometria micro-ben coerente con la forma del gradiente di campo elettrico. Dal bordo micro-bene al centro, identificare 8 contorni concentrici isoelettrico (350, 300, ... 50, 0 micron), che si traduce in 7 regioni. NOTA: Il tempo per particelle a percorrere la distanza di 50 micron è stato utilizzato per calcolare la velocità. Quando le variazioni geometriche necessitavano di esso, i contorni isoelettrici erano leggermente modificate. </li></ol>

Gli autori non hanno conflitti da dichiarare.

Dettagli Questo manoscritto protocolli per la fabbricazione di uno strato di grafene romanzo di 6 e 5 strati di nastro Microdevice. Inoltre, il funzionamento del dispositivo è illustrato tramite osservati comportamenti DEP 6,08 micron perle di polistirene con un geometricamente pertinente approccio unico, analisi di velocità delle particelle. Questo approccio versatile per costruire dispositivi elettrocinetiche non lineari è meno costoso di elettrodi e le tecniche di microfabbricazione strato fluidici, pur ottenendo ...

Il grafene è un nuovo materiale noto per le sue proprietà elettroniche di alta qualità e potenziali chimici e biosensori domande 1. Nanoplatelets grafene sono stati utilizzati per il supporto di catalizzatore 2, 3, 4, biosensori supercondensatori 5 e compositi-elettrodi compresi grafene / polianilina e compositi nanoparticelle di silicio / grafene 6-8. Questo manoscritto descrive l&#39;utilizzo di carta grafene come elettrodi in un unico tridimensionale (3D), dispositivo microfluidica strati. Elettrodi di carta grafene sono stati stratificati con isolante nastro biadesivo e una camera forato all&#39;interno del quale è stata eseguita dielettroforesi 3D AC di perle di polistirene. Dielettroforesi (DEP) si riferisce al movimento di particelle polarizzabili sotto campi elettrici non uniformi. DEP positivo (PDEP) o DEP negativo (NDEP) si verifica quando le particelle sono più o meno polarizzabile del mezzo circostante, resulting in movimento verso il campo elettrico forte o debole, rispettivamente. Questo strumento elettrocinetico non lineare è stato utilizzato per la separazione, la cernita, cattura, e l&#39;identificazione delle particelle e cellule biologiche 9-15. La forza dielettroforetica sperimentato da una particella polarizzata è una funzione del gradiente di campo elettrico, raggio della particella e la forma, particelle proprietà dielettriche compresi conducibilità e permittività, nonché la conducibilità media e permettività. Nel tradizionale bidimensionale (2D) DEP, movimento delle particelle è nel piano principale del gradiente di campo elettrico in genere formato tra elettrodi di superficie microfabricated; movimento nella direzione verticale è trascurabile rispetto alle direzioni nel piano in maggior parte dei dispositivi. Tuttavia, sfruttando questa terza dimensione di gradienti di campo elettrico per 3D DEP consente di campioni superiore e aumenta la versatilità per progettare nuove e migliorate separazioni dielettroforetiche in cui il flusso è traveRSE al campo gradienti 16, 17. Altri disegni specifici includono 3D basato isolante-DEP 18, carbonio-elettrodo 3D DEP 13, 19, e 3D placcante DEP 10. Come evidenziato dalla ricerca in strutture 3D, tali dispositivi possono essere azionati in modalità flusso continuo di raggiungere più alti rendimenti. Osservazione del movimento delle particelle 3D nel nostro dispositivo 3D stratificato è realizzato in funzione della frequenza e media conducibilità tramite microscopia ottica a diverse altezze focali. Fatoyinbo et al. Primo riferito DEP in 3D laminato struttura di elettrodo / isolamento utilizzando alternativamente accatastati 30 micron foglio di alluminio e 150 film di resina epossidica 20 micron. Hubner et al. Poi creata simili elettrodi laminati 3D con 35 micron nastro di rame e 118 micron adesivo poliimmide 21. Questo lavoro prende in prestito la progettazione 3D ben 22, 23, E utilizza unicamente la convenienza di carta 50 micron grafene come gli strati conduttivi e 100 pm nastro biadesivo come gli strati isolanti, che ha raggiunto la sigillatura e sufficiente schermatura elettrica. Grafene carta versatilità è un netto vantaggio per microdispositivi elettrodi 3D perché le nanoplatelets grafene hanno la capacità di agire contemporaneamente come biosensori, che questo gruppo precedentemente dimostrato 24. I gradienti di campo ottenuti nel grafene carta / polimero laminato microdispositivi 3D dipendono dalle dimensioni micro-bene, gli strati di carta grafene, e il campo elettrico applicato. Dimensioni critiche includono la spaziatura verticale elettrodo (conduzione e spessori isolanti) e il diametro micro-bene e l&#39;altezza (determinato da strati sovrapposti). Il segnale elettrico può essere sintonizzato con ampiezza e frequenza. La struttura del dispositivo attuale è quella di funzionamento discontinuo, ma può essere adattato ad un dispositivo a flusso continuo. Il favoloso dispositivotecnica rication qui descritto è adatto per lo sviluppo 3D laminato elettrodi con un&#39;ampia varietà di proprietà grafene nanoplatelet semplicemente scambiando la carta grafene utilizzato. Vantaggi di utilizzare carta grafene sono la versatilità delle proprietà fisiche e chimiche, spesa ridotta, e le nanoplatelets grafene può contemporaneamente agire come biosensori per rilevare una vasta gamma di bioanalytes 24. Obiettivi a lungo termine dei sistemi DEP 3D ad alto rendimento sono di identificare rapidamente i tipi di cellule 25-27, o raggiungere label-free, mediata elettricamente ordinamento cellulare delle cellule malate da popolazioni di cellule sane 28. Questo documento dimostra ottimizzazione del materiale e la preparazione e il funzionamento seguito da illustrazione e l&#39;analisi dei risultati tipici.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="552">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Reagents</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name of Reagent</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalogue Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene Beads</td>
			<td>Spherotech, Inc.</td>
			<td>PP-60-10</td>
			<td>6.08 um diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphene paper</td>
			<td>XG Sciences, Inc.</td>
			<td>XG Leaf B-072</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double sided tape</td>
			<td>3M</td>
			<td>N/A</td>
			<td>136 office tape</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver conductive epoxy</td>
			<td>MG chemicals</td>
			<td>8331-14G</td>
			<td>Part A &#38;B included</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mannitol</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>091M0020V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffer saline</td>
			<td>OmniPur</td>
			<td>0381C490</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name of equipment&#160;</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalogue Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope&#160;&#160;&#160;&#160; (CCD Camera)</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Axiovert 200M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Function/waveform generator</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>33250A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td>Hamilton</td>
			<td>84505</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paper Clamp</td>
			<td>ADAMS</td>
			<td>3300-50-3848</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>280A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimeter</td>
			<td>OMEGA</td>
			<td>HHM25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-milling machine</td>
			<td>AEROTECH</td>
			<td>ABL1500 stages/A3200 Npaq controller</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>End mill</td>
			<td>ULTRATOOL</td>
			<td>708473</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AxioVision</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Version4.8</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

development of a 3d graphene electrode dielectrophoretic device

La progettazione e la realizzazione di un nuovo 3D Microdevice elettrodo con 50 micron di carta grafene spessa e 100 micron nastro biadesivo è descritto. Dettagli Il protocollo le procedure per costruire un versatile, riutilizzabile, a strati multipli, camera dielettroforesi laminato. In particolare, sei strati di 50 pm x 0,7 centimetri x 2 cm carta grafene e cinque strati di nastro biadesivo stati alternativamente accatastati insieme, poi fissati su un vetrino. Poi un micron di diametro micro-e 700 è stato perforato attraverso la struttura laminata con una macchina micro perforazione controllati dal computer. Proprietà isolanti dello strato di nastro tra gli strati di grafene adiacenti sono state garantite da test di resistenza. Argento epossidico conduttivo collegato strati alternati di carta grafene e formò connessioni stabili tra il foglio di grafene e gli elettrodi filo di rame esterni. Il dispositivo finito è stato poi bloccato e sigillato su un vetrino. Il gradiente di campo elettrico è stato modellato entro tegli dispositivo multi-strato. Comportamenti dielettroforetiche di 6 micron perle di polistirene sono state dimostrate nel 1 mm di profondità micro-bene, con una conducibilità medie che vanno da 0,0001 S / m per 1,3 S / m, e applicate frequenze del segnale da 100 Hz a 10 MHz. Risposte dielettroforetiche negative sono state osservate in tre dimensioni su gran parte dello spazio conducibilità frequenza e cross-over valori di frequenza sono coerenti con i valori di letteratura precedentemente riportati. Il dispositivo non ha impedito elettroosmosi e elettrotermici flussi AC, che si sono verificati nelle regioni a bassa e alta frequenza, rispettivamente. La carta grafene utilizzato in questo dispositivo è versatile e, successivamente, potrebbe funzionare come un biosensore dopo caratterizzazioni dielettroforetiche sono completi.

Esperimenti dielettroforetiche su 6 micron sferette di polistirene sono stati condotti in un micro-ben cilindrico 0,38 millimetri 3. I risultati dimostrano che un 3D laminato grafene dispositivo cartaceo può illustrare le firme dielettroforetiche simili dispositivi lamina di metallo 3D laminati 20, 21, tradizionale 2D metal-elettrodo 26, 27, e dispositivi di isolante 2D 25. Nei seguenti esperimenti, un segnale AC 15 V picco-picco è stato applicato e la frequenza ?...

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Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

Un Microdevice con potenziale elevato throughput serve a dimostrare tridimensionale (3D) dielettroforesi (DEP) con nuovi materiali. Il grafene carta nanoplatelet e nastro biadesivo sono stati alternativamente accatastati; un micro-ben 700 micron è stato perforato trasversale agli strati. Comportamento DEP di perle di polistirene è stata dimostrata nel micro-bene.

Sviluppo di un dispositivo 3D grafene elettrodi dielettroforetiche

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

11.9K Views.  Michigan Technological University.  Un Microdevice con potenziale elevato throughput serve a dimostrare tridimensionale (3D) dielettroforesi (DEP) con nuovi materiali. Il grafene carta nanoplatelet e nastro biadesivo sono stati alternativamente accatastati; un micro-ben 700 micron è stato perforato trasversale agli strati. Comportamento DEP di perle di polistirene è stata dimostrata nel micro-bene. 

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Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen 1-7. The performance of SOFCs and the rates of many chemical and energy transformation processes in energy storage and conversion devices in general are limited primarily by charge and mass transfer along electrode surfaces and across interfaces. Unfortunately, the mechanistic understanding of these processes is still lacking, due largely to the difficulty of characterizing these processes under in situ conditions. This knowledge gap is a chief obstacle to SOFC commercialization. The development of tools for probing and mapping surface chemistries relevant to electrode reactions is vital to unraveling the mechanisms of surface processes and to achieving rational design of new electrode materials for more efficient energy storage and conversion2. Among the relatively few in situ surface analysis methods, Raman spectroscopy can be performed even with high temperatures and harsh atmospheres, making it ideal for characterizing chemical processes relevant to SOFC anode performance and degradation8-12. It can also be used alongside electrochemical measurements, potentially allowing direct correlation of electrochemistry to surface chemistry in an operating cell. Proper in situ Raman mapping measurements would be useful for pin-pointing important anode reaction mechanisms because of its sensitivity to the relevant species, including anode performance degradation through carbon deposition8, 10, 13, 14 ("coking") and sulfur poisoning11, 15 and the manner in which surface modifications stave off this degradation16. The current work demonstrates significant progress towards this capability. In addition, the family of scanning probe microscopy (SPM) techniques provides a special approach to interrogate the electrode surface with nanoscale resolution. Besides the surface topography that is routinely collected by AFM and STM, other properties such as local electronic states, ion diffusion coefficient and surface potential can also be investigated17-22. In this work, electrochemical measurements, Raman spectroscopy, and SPM were used in conjunction with a novel test electrode platform that consists of a Ni mesh electrode embedded in an yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte. Cell performance testing and impedance spectroscopy under fuel containing H2S was characterized, and Raman mapping was used to further elucidate the nature of sulfur poisoning. In situ Raman monitoring was used to investigate coking behavior. Finally, atomic force microscopy (AFM) and electrostatic force microscopy (EFM) were used to further visualize carbon deposition on the nanoscale. From this research, we desire to produce a more complete picture of the SOFC anode.

We present a unique platform for characterizing electrode surfaces in solid oxide fuel cells (SOFCs) that allows simultaneous performance of multiple characterization techniques (e.g. in situ Raman spectroscopy and scanning probe microscopy alongside electrochemical measurements). Complementary information from these analyses may help to advance toward a more profound understanding of electrode reaction and degradation mechanisms, providing insights into rational design of better materials for SOFCs.

Probing e mapping superfici di elettrodo nelle celle di combustibile ad ossidi solidi

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

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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 ...

Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently more difficult than measuring the flow of a transparent fluid, since optical methods are not applicable. Ultrasound can be used to measure the velocity of an opaque fluid, not only at isolated points, but at hundreds or thousands of points arrayed along lines, with good temporal resolution. When applied to a liquid metal electrode, ultrasound velocimetry involves additional challenges: high temperature, chemical activity, and electrical conductivity. Here we describe the experimental apparatus and methods that overcome these challenges and allow the measurement of flow in a liquid metal electrode, as it conducts current, at operating temperature. Temperature is regulated within &#177;2 &#176;C using a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller that powers a custom-built furnace. Chemical activity is managed by choosing vessel materials carefully and enclosing the experimental setup in an argon-filled glovebox. Finally, unintended electrical paths are carefully prevented. An automated system logs control settings and experimental measurements, using hardware trigger signals to synchronize devices. This apparatus and these methods can produce measurements that are impossible with other techniques, and allow optimization and control of electrochemical technologies like liquid metal batteries.

Ultrasound velocimetry is used to study mixing by fluid flow in liquid metal electrodes. The focus of this manuscript is to illustrate the methods used for making precise, spatially-resolved ultrasound measurements while limiting oxidation and controlling and monitoring temperature, applied current, and the heater power being supplied.

Ultrasuoni misura di velocità in un metallo elettrodo Liquid

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently ...

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.

Tomografia a dispersione di energia dei raggi X per il 3D Elemental mappatura delle nanoparticelle individuali

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

Synthesis and Functionalization of 3D Nano-graphene Materials: Graphene Aerogels and Graphene Macro Assemblies

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. Additionally, most reported graphene assemblies are held together through physical interactions (e.g., van der Waals forces) rather than chemical bonds, which limit their mechanical strength and conductivity. This video method details recently developed strategies to fabricate mass-producible, graphene-based bulk materials derived from either polymer foams or single layer graphene oxide. These materials consist primarily of individual graphene sheets connected through covalently bound carbon linkers. They maintain the favorable properties of graphene such as high surface area and high electrical and thermal conductivity, combined with tunable pore morphology and exceptional mechanical strength and elasticity. This flexible synthetic method can be extended to the fabrication of polymer/carbon nanotube (CNT) and polymer/graphene oxide (GO) composite materials. Furthermore, additional post-synthetic functionalization with anthraquinone is described, which enables a dramatic increase in charge storage performance in supercapacitor applications.

This video method describes the synthesis of high surface area, monolithic 3D graphene-based materials derived from polymer precursors as well as single layer graphene oxide.

Sintesi e funzionalizzazione di 3D Materials Nano-grafene: grafene Aerogels e grafene Assemblee Macro

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. ...

Non-aqueous Electrode Processing and Construction of Lithium-ion Coin Cells

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational analysis. Testing of lithium-ion batteries in an academic setting has taken on several forms, but at the most basic level lies the coin cell construction. In traditional LIB electrode preparation, a multi-phase slurry composed of active material, binder, and conductive additive is cast out onto a substrate. An electrode disc can then be punched from the dried sheet and used in the construction of a coin cell for electrochemical evaluation. Utilization of the potential of the active material in a battery is critically dependent on the microstructure of the electrode, as an appropriate distribution of the primary components are crucial to ensuring optimal electrical conductivity, porosity, and tortuosity, such that electrochemical and transport interaction is optimized. Processing steps ranging from the combination of dry powder, wet mixing, and drying can all critically affect multi-phase interactions that influence the microstructure formation. Electrochemical probing necessitates the construction of electrodes and coin cells with the utmost care and precision. This paper aims at providing a step-by-step guide of non-aqueous electrode processing and coin cell construction for lithium-ion batteries within an academic setting and with emphasis on deciphering the influence of drying and calendaring.

Non-aqueous electrode processing is central to the construction of coin cells and the evaluation of new electrode chemistries for lithium-ion batteries. A step-by-step guide to the basic practices needed as an electrochemical engineer working with batteries in an academic experimental setting is furnished.

Non acquoso Processing elettrodi e Costruzione di celle agli ioni di litio Coin

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational ...

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.

Una camera di stampa 3D per organico dispositivo optoelettronico degradazione test

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

Three-electrode Coin Cell Preparation and Electrodeposition Analytics for Lithium-ion Batteries

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and subsequent safety issues becomes increasingly important. In a Li-ion cell setup, the voltage measurement across the positive and negative terminals inherently includes the effect of the cathode and anode which are coupled and sum to the total cell performance. Accordingly, the ability to monitor the degradation aspects associated with a specific electrode is extremely difficult because the electrodes are fundamentally coupled. A three-electrode setup can overcome this problem. By introducing a third (reference) electrode, the influence of each electrode can be decoupled, and the electrochemical properties can be measured independently. The reference electrode (RE) must have a stable potential that can then be calibrated against a known reference, for example, lithium metal. The three-electrode cell can be used to run electrochemical tests such as cycling, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Three-electrode cell EIS measurements can elucidate the contribution of individual electrode impedance to the full cell. In addition, monitoring the anode potential allows the detection of electrodeposition due to lithium plating, which can cause safety concerns. This is especially important for the fast charging of Li-ion batteries in electric vehicles. In order to monitor and characterize the safety and degradation aspects of an electrochemical cell, a three-electrode setup can prove invaluable. This paper aims to provide a guide to constructing a three-electrode coin cell setup using the 2032-coin cell architecture, which is easy to produce, reliable, and cost-effective.

Three-electrode cells are useful in studying the electrochemistry of lithium-ion batteries. Such an electrochemical setup allows the phenomena associated with the cathode and anode to be decoupled and examined independently. Here, we present a guide for construction and use of a three-electrode coin cell with emphasis on lithium plating analytics.

Preparazione delle cellule di tre elettrodi moneta e Analitica di elettrodeposizione per batterie agli ioni di litio

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and ...

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D materials is still in nascent stages, scientists cannot fully rely on traditional semiconductor techniques for related research. Delicate processes from locating the materials to electrode definition need to be well controlled. In this article, a universal fabrication protocol required in manufacturing nanoscale electronics, such as 2D quasi-heterojunction bipolar transistors (Q-HBT), and 2D back-gated transistors are demonstrated. This protocol includes the determination of material position, electron beam lithography (EBL), metal electrode definition, et al. A step by step narrative of the fabrication procedures for these devices are also presented. Furthermore, results show that each of the fabricated devices has achieved high performance with high repeatability. This work reveals a comprehensive description of process flow for preparing 2D nano-electronics, enables the research groups to access this information, and pave the way toward future electronics.

The article aims to introduce a standard and reliable fabrication procedure for the development of future low dimensional nanoelectronics.

Un metodo Standard e affidabile per fabbricare nanoelettronica bidimensionale

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of data that can be obtained from an individual sample and renders it difficult to produce statistically relevant data for unique and rare materials. Resonant cavity dielectric spectroscopy is a non-destructive, contactless technique which can simultaneously interrogate both sides of a sheeted material and provide measurements which are suitable for statistical interpretations. This offers analysts the ability to quickly discriminate between sheeted materials based on composition and storage history. In this methodology article, we demonstrate how contactless resonant cavity dielectric spectroscopy may be used to differentiate between paper analytes of varying fiber species compositions, to determine the relative age of the paper, and to detect and quantify the amount of post-consumer waste (PCW) recycled fiber content in manufactured office paper.

A protocol for the non-destructive analysis of the fiber content and relative age of paper.

Sviluppo del metodo per studi spettroscopici distesina di cavità senza contatto della carta cellulosica

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...