Name: electrospinning of photocatalytic electrodes for dye-sensitized solar cells
Uploaded: 2017-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 30 s
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Gli autori non hanno alcun riconoscimento.

1. Preparazione della soluzione del precursore NOTA: Prima dell&#39;uso consultare tutte le schede tecniche di sicurezza relative ai materiali (MSDS). Molte delle sostanze chimiche utilizzate in questa procedura sono dannose e / o tossiche per l&#39;uomo. I nanomateriali possono avere ulteriori rischi rispetto alla loro controparte di massa. Utilizzare le misure di sicurezza appropriate e le attrezzature di protezione individuale. <ol><li> Posizionare 5 g di n-butossido di titanio (IV), 1 g di polivinilpirrolidone (PVP), 1 ml di acido acetico glaciale e 10 ml di etanolo assoluto in un flaconcino di campione. </li><li> Utilizzare una piastra magnetica per mescolare la soluzione fino a diventare omogenea e non si possono osservare bolle. </li></ol> 2. Elettrospinning e calcina dei nanopieti <ol><li> Preparare l&#39;ago utilizzato per il processo di elettrospinning tagliando la punta di un ago da 21 G e levigandolo con carta moderata a smerigliatura finché la punta non è completamente piatta. </li><li> Montare la necessitàLe su una siringa da 10 ml usa e getta. </li><li> Caricare una parte della soluzione precursore nella siringa e posizionarla sulla pompa della siringa. </li><li> Avvolgere la piastra del collettore in foglio di alluminio e posizionarla direttamente davanti alla punta dell&#39;ago. NOTA: la distanza dall&#39;ago alla piastra deve essere di 20 cm. </li><li> Collegare la piastra del collettore al suolo e l&#39;ago alla fonte di alimentazione ad alta tensione. </li><li> Posizionare lo schermo di protezione intorno alla configurazione. </li><li> Impostare la portata sulla pompa della siringa a 1 mL / h e iniziare a pompare. </li><li> Appena una soluzione compare alla punta dell&#39;ago, accendere la sorgente ad alta tensione e impostarla a 15 kV. NOTA: a questo punto, le fibre stanno per raccogliere sul piatto. Il montaggio deve essere lasciato funzionare per tutto il tempo necessario per ottenere lo spessore desiderato della stuoia di fibra. </li><li> Una volta completata la filatura, spegnere la sorgente ad alta tensione e la pompa della siringa. Rimuovere la lamina dalla piastra del collettore. </li><li> Lasciate che le fibre restino oVernight e poi scollegarli dal foglio di alluminio. </li><li> Mettere le fibre sbucciate in un crogiolo e posizionarlo in un forno a muffola. </li><li> Calcinare le fibre impostando una rampa di temperatura di 5 ° / min fino a 500 ° C e mantenendo per 2 ore di rimuovere il PVP e produrre nanofibre TiO2 puro. </li><li> Una volta completato il processo di calcinazione, lasciare la fornace chiusa fino alla temperatura inferiore a 80 ° C per evitare scosse termiche che potrebbero danneggiare le fibre. </li></ol> 3. Fabbricazione degli elettrodi <ol><li> Preparazione delle sospensioni <ol><li> Aggiungere 500 mg di pasta di biossido di titanio a 20 ml di etanolo in un pallone a tondo rotondo. </li><li> In un flacone separato, mescolare 500 mg di TiO 2 -NFs elettrospuan con altri 20 mL di etanolo. </li><li> Sonicare le soluzioni per 2 ore usando un sonicatore da bagno. </li><li> Una volta ottenute miscele omogenei, aggiungere 2 mL di terpineol a ogni pallone e sonicare per unAltri 15 min. </li><li> Evaporare il solvente da entrambi i flaconi usando un evaporatore rotante per ottenere le slurrie. </li></ol></li><li> Pettinatura e sinterizzazione del dottore <ol><li> Utilizzando una taglierina di vetro diamantata, tagliare una scorrevole in vetro FTO conducente in un quadrato di 2 cm x 2 cm. </li><li> Fissare il diaframma FTO all&#39;area di lavoro posizionando il nastro adesivo sul vetrino, lasciando una zona esposto al centro di 0,4 cm. Per evitare un rivestimento irregolare, posizionare il nastro prima su due lati paralleli e poi sugli altri due. </li><li> Depurare alcune gocce di slurry TiO 2 -NP sul centro esposto della diapositiva. </li><li> Utilizzare una lama di rasoio per diffondere uniformemente la sospensione sull&#39;area esposta. </li><li> Una volta ottenuto un rivestimento uniforme, rimuovere attentamente il nastro adesivo. </li><li> Posizionare il vetrino rivestito in forno e sinterizzarlo a 500 ° C per 2 ore. </li><li> Ripetere i passaggi 3.2.2-3.2.6 sulla stessa slitta FTO, questa volta utilizzando la slitta di TiO 2 -NF anzichéLe nanoparticelle, per ottenere il photoanode. </li></ol></li></ol> 4. Caratterizzazione NF <ol><li> Caratterizzazione SEM <ol><li> Preparare il campione per SEM collegando una striscia di nastro adesivo al carbonio ad uno stoppino del microscopio. Collocare con attenzione una piccola quantità di nanofibre sul nastro. </li><li> Montare lo stoppino su un supporto di campionamento e caricarlo nella camera di scambio dello strumento. </li><li> Impostare le condizioni e i parametri dello strumento: impostare la tensione di accelerazione a 20 kV e la distanza di lavoro a 10 mm. </li><li> Raccogli le immagini del campione, facendo attenzione a mostrare la morfologia complessiva del materiale. </li></ol></li><li> Caratterizzazione XRD <ol><li> Macinare delicatamente alcuni nanofibre in una polvere fine e spargli uniformemente su una fase XRD. </li><li> Caricare il campione nel diffrattometro. </li><li> Impostare i parametri di acquisizione: utilizzare un angolo di avvio di 10 °, un angolo finale di 80 °, unDa dimensione passo di 0,015 °. </li><li> Avviare l&#39;acquisizione dei dati XRD. </li></ol></li></ol> 5. Fabbricazione delle cellule solari <ol><li> Trattare il photoanode con una soluzione acquosa di TiCl 4 a 75 ° C per 45 min. Dopo il trattamento, lavare con acqua deionizzata e asciugarlo. </li><li> Sensibilizzare il photoanode submergerlo in una soluzione 0,5 mM di colorante rutenio N719 in etanolo assoluto per 24 ore in condizioni di buio. </li><li> Posizionare un foglio di pellicola di tenuta sulla parte superiore del photoanode sensibilizzato per servire come guarnizione termoplastica tra il photoanodo e il controrotante. </li><li> Mettere un contatore elettrodo FTO rivestito in Pt con un foro preforato al centro, sulla parte superiore del film sigillante, in modo che entrambe le facce si affacciino a vicenda. </li><li> Riscaldare la cella assemblata a 100 ° C per 15 minuti per sigillare la guarnizione. </li><li> Depurare alcune gocce di un mediatore redox, costituito da una soluzione di ioduro di 1-propil-3-metilimidazolium (0,8 M), di iodio (0,1 M)E benzimidazolo (0,3 M) in 3-metossipropionitrile, sopra il foro preforato del controelettrodo. </li><li> Mettere la cella in un desiccatore a vuoto per lasciare che il mediatore redox riempisse lo spazio interno della cella assemblata. </li></ol> 6. Caratterizzazione della curva JV <ol><li> Acquisire le curve JV utilizzando un contatore di sorgente digitale sotto illuminazione da 100 mW / cm 2 da una sorgente ad arco xeno passato attraverso un filtro AM1.5G. </li></ol>

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	<li>O'Regan, B., Gr&#228;tzel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+low-cost,+high-efficiency+solar+cell+based+on+dye-sensitized+colloidal+TiO2+films.">A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films.</a> Nature. 353 (6346), 737-740 (1991).</li><li>Lee, C. H., Chiu, W. H., Lee, K. M., Hsieh, W. F., Wu, J. 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J., Laurencin, C. T., Caterson, E. J., Tuan, R. S., Ko, F. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospun+nanofibrous+structure:+A+novel+scaffold+for+tissue+engineering.">Electrospun nanofibrous structure: A novel scaffold for tissue engineering.</a> J Biomed Mat Res. 60 (4), 613-621 (2002).</li><li>Jia, H., Zhu, G., Vugrinovich, B., Kataphinan, W., Reneker, D. 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J., Tune, D. D., Dewi, M. R., Gibson, C. T., Shapter, J. G., Nann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+TiO2+Nanofiber-Carbon+Nanotube-Composite+Photoanode+for+Improved+Efficiency+in+Dye-Sensitized+Solar+Cells.">A TiO2 Nanofiber-Carbon Nanotube-Composite Photoanode for Improved Efficiency in Dye-Sensitized Solar Cells.</a> ChemSusChem. 8 (20), 3396-3400 (2015).</li><li>Teo, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrospinning parameters and fiber control. , (2015).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

I metodi presentati in questo lavoro descrivono la realizzazione di fotoanodi nanofibre efficienti per dispositivi fotocatalitici come i DSSC. L&#39;elettrospinning è una tecnica molto versatile per la fabbricazione di nanofibre, ma è necessario un certo livello di competenza e conoscenza per ottenere materiali con morfologie ottimali. Uno degli aspetti più critici per ottenere i buoni nanofibri è la preparazione della soluzione precursore: ci sono alcuni fattori chiave, come la concentrazione del polimero portante ...

Le celle solari sensibilizzate ai colori (DSSCs) sono un&#39;interessante alternativa alle celle solari basate sul silicio 1 grazie al loro basso costo, relativamente semplice processo produttivo e alla facilità di produzione su vasta scala. Un altro vantaggio è il loro potenziale per essere incorporato in substrati flessibili, un vantaggio distinto sulle celle solari a base di silicio 2 . Un tipico DSSC utilizza: (1) un nanoparticolare TiO 2 photoanode, sensibilizzato con un colorante, come uno strato di raccolta leggera; (2) un FTO rivestito in Pt, utilizzato come contatore elettrodo; E (3) un elettrolito contenente una coppia di redox, come I - / I 3 - , posto tra i due elettrodi, che funziona come &quot;mezzo di conduzione del foro&quot;. Sebbene i DSSC abbiano superato l&#39;efficienza del 15% 3 , la performance di fotoanodi a base di nanoparticelle è ancora ostacolata da una serie di limitazioni, tra cui la mobilit elettronica lentaY 4 , scarso assorbimento di fotoni a basso consumo energetico 5 e ricarica di carica 6 . L&#39;efficienza della raccolta elettronica dipende fortemente dalla velocità di trasporto elettronico attraverso lo strato di nanoparticelle TiO 2 . Se la diffusione di carica è lenta, la probabilità di ricombinazione con I3 - nella soluzione di elettrolita aumenta, con conseguente perdita di efficienza. È stato dimostrato che la sostituzione del nanoparticulato TiO 2 con nanoparticelle TiO 2 a dimensione (1D) può migliorare il trasporto dei carichi riducendo la dispersione di elettroni liberi dai confini dei grani delle nanoparticelle TiO 2 interconnesse 7 . Poiché le nanostrutture 1D forniscono un percorso più diretto per la raccolta di cariche, ci si può aspettare che il trasporto di elettroni in nanofibre (NF) sarebbe significativamente più veloce che nelle nanoparticelle 8 , </sup&gt; 9 . L&#39;elettrospinning è uno dei metodi più comunemente utilizzati per la fabbricazione di materiali fibrosi con diametri sub micron 10 . Questa tecnica prevede l&#39;uso di alta tensione per indurre l&#39;espulsione di un getto di soluzione polimerica attraverso un filettatore. A causa dell&#39;instabilità di flessione, questo getto viene successivamente tirato molte volte per formare nanofibre continue. Negli ultimi anni questa tecnica è stata ampiamente utilizzata per la fabbricazione di materiali polimerici e inorganici, utilizzati per applicazioni numerose e diverse, quali l&#39;ingegneria tissutale 11 , la catalisi 12 e come materiali per elettrodi per le batterie agli ioni di litio 13 e per i supercapacitori 14 . L&#39;utilizzo di TiO 2 -NFs elettrospinning come strato di dispersione nel photoanode può aumentare le prestazioni dei DSSC. Tuttavia, fotoanodi con nanofibroLe architetture us tendono ad avere un cattivo assorbimento di tinture a causa delle limitazioni della superficie. Una delle soluzioni possibili per superare questo è quella di mescolare NF e nanoparticelle. Ciò ha dimostrato di provocare ulteriori livelli di dispersione, migliorando l&#39;assorbimento della luce e l&#39;efficienza complessiva 15 . Il protocollo presentato in questo video fornisce un metodo facile per sintetizzare nanofibre TiO 2 a ultrasuoni attraverso una combinazione di tecniche elettrospinning e sol-gel, seguita da un processo di calcinazione. Il protocollo illustra quindi l&#39;uso dei TiO 2 -NFs in combinazione con nanoparticulato TiO 2 per la fabbricazione di un photoanode a doppio strato con una maggiore capacità di scattering della luce usando tecniche di pettinatura a dito, nonché il successivo assemblaggio di un DSSC usando un tale fotoanodo.

<table><tbody><tr><td>titanium(IV) n-butoxide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>244112</td><td></td></tr><tr><td>Polyvinylpyrrolidone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>437190</td><td></td></tr><tr><td>glacial acetic acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A6283</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol, absolute</td><td>Fisher Scientific</td><td>E/0650DF/17</td><td></td></tr><tr><td>20 mL Sample vials</td><td>(any)</td><td></td><td>(or larger volume)</td></tr><tr><td>disposable 21G needle</td><td>(any)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>P150 grit sandpaper</td><td>(any)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>disposable 10mL syringe</td><td>(any)</td><td></td><td>(or larger volume)</td></tr><tr><td>magnetic stirrer + stirring bar</td><td>(any)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PHD 2000 syringe pump</td><td>Harvard Apparatus</td><td>71-2002</td><td>(or any other syringe pump capable of outputting a 1mL/hr flow</td></tr><tr><td>Aluminium foil</td><td>(any)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stainless steel collector plate</td><td>(custom built)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>High Voltage Power Source</td><td>Gamma High Voltage Research, Inc</td><td>ES30P-10W</td><td>(or any other power supply capable of outputting +15 kV</td></tr><tr><td>Polycarbonate protective shield</td><td>(custom built)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ceramic crucible</td><td>(any)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Muffle furnace</td><td>(any)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Titanium dioxide, nanopowder</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>718467</td><td></td></tr><tr><td>50 mL 1-neck round bottom flasks</td><td>(any)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>bath sonicator</td><td>(any)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Terpineol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rotary evaporator</td><td>(any)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FTO glass</td><td>Solaronix</td><td>TCO30-10/LI</td><td></td></tr><tr><td>Adhesive tape</td><td>(any)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>razor blade</td><td>(any)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SEM</td><td>JEOL</td><td>6500F</td><td></td></tr><tr><td>XRD</td><td>PANalytical&amp;nbsp;</td><td>X&#039;pert Pro</td><td></td></tr><tr><td>Titanium Tetrachloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>89545</td><td></td></tr><tr><td>Ruthenizer&amp;nbsp; 535-bisTBA</td><td>Solaronix</td><td>N719</td><td></td></tr><tr><td>sealing film</td><td>Dyesol</td><td>Meltonix 1170-25</td><td></td></tr><tr><td>Pt-coated FTO</td><td>Solaronix</td><td>TCO30-10/LI</td><td></td></tr><tr><td>1-propyl-3-methylimidazolium iodide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>49637</td><td></td></tr><tr><td>Iodine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>207772</td><td></td></tr><tr><td>benzimidazole</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>194123</td><td></td></tr><tr><td>3-Methoxypropionitrile</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>65290</td><td></td></tr><tr><td>Digital source meter</td><td>Keithley</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>Solar Simulator</td><td>Abet technologies</td><td>10500</td><td></td></tr></tbody></table>

electrospinning of photocatalytic electrodes for dye-sensitized solar cells

Questo lavoro dimostra un protocollo per la fabbricazione di un fotoanodo a fibra per le celle solari sensibilizzate ai coloranti, costituito da uno strato di dispersione leggera in nanofibri di titanio elettrospuanico (TiO 2 -NFs) in cima ad uno strato di blocco realizzato in biossido di titanio commercialmente disponibile Nanoparticelle (TiO 2 -NPs). Ciò si ottiene con la prima elettrospinning di una soluzione di butano di titanio (IV), polivinilpirrolidone (PVP) e acido acetico glaciale in etanolo per ottenere nanofibre composite PVP / TiO 2 . Questi sono poi calcificati a 500 ° C per rimuovere il PVP e per ottenere puro nanofibre in titanio a fase anatase. Questo materiale è caratterizzato da microscopia elettronica a scansione (SEM) e diffrazione a raggi X in polvere (XRD). Il photoanode viene preparato creando innanzitutto uno strato di bloccaggio attraverso la deposizione di una slurry di TiO 2- NaPs / terpineol su una vetretta di vetro di ossido di stagno drogato con fluoro (FTO) usando tecniche di pettinatura a dito. Un successivo trattamento termicoViene eseguita a 500 ° C. Quindi, lo strato di spargimento di luce viene formato depositando una slurry di TiO 2 -NFs / terpineol sulla stessa slitta, utilizzando la stessa tecnica e riconducendo a 500 ° C. La performance del photoanode viene testata realizzando una cella solare sensibilizzata ai coloranti e misurando la sua efficienza attraverso le curve JV sotto una gamma di densità di luce incidente, da 0.25 a 1 Sole.

I nanofibri TiO 2 sono stati caratterizzati utilizzando SEM, spettroscopia fotoelettrica a raggi X (XPS) e XRD. La nanostruttura del photoanode è stata caratterizzata utilizzando SEM. Le prestazioni del DSSC assemblato sono state testate utilizzando un simulatore solare e un&#39;unità di misura di origine. L&#39;immagine SEM in Figura 1A mostra che le nanofibre sintetizzate usando que...

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Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

L&#39;obiettivo generale di questo progetto era quello di utilizzare elettrospinning per la realizzazione di un photoanode con prestazioni migliori per le celle solari sensibilizzate ai coloranti.

Elettrospinning degli elettrodi fotocatalitici per le celle solari sensibilizzate a tinte

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of ...

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9.6K Views.  Victoria University of Wellington.  L'obiettivo generale di questo progetto era quello di utilizzare elettrospinning per la realizzazione di un photoanode con prestazioni migliori per le celle solari sensibilizzate ai coloranti. 

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Electrospinning Fundamentals: Optimizing Solution and Apparatus Parameters

Electrospun nanofiber scaffolds have been shown to accelerate the maturation, improve the growth, and direct the migration of cells in vitro. Electrospinning is a process in which a charged polymer jet is collected on a grounded collector; a rapidly rotating collector results in aligned nanofibers while stationary collectors result in randomly oriented fiber mats. The polymer jet is formed when an applied electrostatic charge overcomes the surface tension of the solution. There is a minimum concentration for a given polymer, termed the critical entanglement concentration, below which a stable jet cannot be achieved and no nanofibers will form - although nanoparticles may be achieved (electrospray). A stable jet has two domains, a streaming segment and a whipping segment. While the whipping jet is usually invisible to the naked eye, the streaming segment is often visible under appropriate lighting conditions. Observing the length, thickness, consistency and movement of the stream is useful to predict the alignment and morphology of the nanofibers being formed. A short, non-uniform, inconsistent, and/or oscillating stream is indicative of a variety of problems, including poor fiber alignment, beading, splattering, and curlicue or wavy patterns. The stream can be optimized by adjusting the composition of the solution and the configuration of the electrospinning apparatus, thus optimizing the alignment and morphology of the fibers being produced. In this protocol, we present a procedure for setting up a basic electrospinning apparatus, empirically approximating the critical entanglement concentration of a polymer solution and optimizing the electrospinning process. In addition, we discuss some common problems and troubleshooting techniques.

Electrospinning techniques can create a variety of nanofibrous scaffolds for tissue engineering or other applications. We describe here a procedure to optimize the parameters of the electrospinning solution and apparatus to obtain fibers with the desired morphology and alignment. Common problems and troubleshooting techniques are also presented.

Fondamenti electrospinning: Soluzione Ottimizzazione e parametri Apparatus

Electrospun nanofiber scaffolds have been shown to accelerate the maturation, improve the growth, and direct the migration of cells in vitro. ...

Ricerca

Bioingegneria

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

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

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

L&#39;integrazione di un Triplet-tripletta Annihilation sistema Up-conversione per migliorare Dye-sensibilizzati Risposta Solar Cell a Sub-bandgap Luce

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

Ingegneria

Postproduction Processing of Electrospun Fibres for Tissue Engineering

Electrospinning is a commonly used and versatile method to produce scaffolds (often biodegradable) for 3D tissue engineering.1, 2, 3 Many tissues in vivo undergo biaxial distension to varying extents such as skin, bladder, pelvic floor and even the hard palate as children grow. In producing scaffolds for these purposes there is a need to develop scaffolds of appropriate biomechanical properties (whether achieved without or with cells) and which are sterile for clinical use. The focus of this paper is not how to establish basic electrospinning parameters (as there is extensive literature on electrospinning) but on how to modify spun scaffolds post production to make them fit for tissue engineering purposes - here thickness, mechanical properties and sterilisation (required for clinical use) are considered and we also describe how cells can be cultured on scaffolds and subjected to biaxial strain to condition them for specific applications.
Electrospinning tends to produce thin sheets; as the electrospinning collector becomes coated with insulating fibres it becomes a poor conductor such that fibres no longer deposit on it. Hence we describe approaches to produce thicker structures by heat or vapour annealing increasing the strength of scaffolds but not necessarily the elasticity. Sequential spinning of scaffolds of different polymers to achieve complex scaffolds is also described. Sterilisation methodologies can adversely affect strength and elasticity of scaffolds. We compare three methods for their effects on the biomechanical properties on electrospun scaffolds of poly lactic-co-glycolic acid (PLGA).
Imaging of cells on scaffolds and assessment of production of extracellular matrix (ECM) proteins by cells on scaffolds is described. Culturing cells on scaffolds in vitro can improve scaffold strength and elasticity but the tissue engineering literature shows that cells often fail to produce appropriate ECM when cultured under static conditions. There are few commercial systems available that allow one to culture cells on scaffolds under dynamic conditioning regimes - one example is the Bose Electroforce 3100 which can be used to exert a conditioning programme on cells in scaffolds held using mechanical grips within a media filled chamber.4 An approach to a budget cell culture bioreactor for controlled distortion in 2 dimensions is described. We show that cells can be induced to produce elastin under these conditions. Finally assessment of the biomechanical properties of processed scaffolds cultured with or without cells is described.

Electrospun scaffolds can be processed post production for tissue engineering applications. Here we describe methods for spinning complex scaffolds (by consecutive spinning), for making thicker scaffolds (by multi-layering using heat or vapour annealing), for achieving sterility (aseptic production or sterilisation post production) and for achieving appropriate biomechanical properties.

Elaborazione Postproduzione di fibre elettrofilate per l&#39;ingegneria tissutale

Electrospinning is a commonly used and versatile method to produce  scaffolds (often biodegradable) for 3D tissue engineering.1, 2, 3 Many tissues in vivo ...

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

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

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

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

La stampa Fabbricazione di massa eterogiunzione celle solari e<em&gt; In Situ</em&gt; Morfologia Caratterizzazione

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

Digital Printing of Titanium Dioxide for Dye Sensitized Solar Cells

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less environmentally damaging with lower processing temperatures presenting a viable and low cost alternative to conventional production. This paper further enhances these environmental credentials by evaluating the digital printing and therefore additive production route for these cells. This is achieved here by investigating the formation and performance of a metal oxide photoelectrode using nanoparticle sized titanium dioxide. An ink-jettable material was formulated, characterized and printed with a piezoelectric inkjet head to produce a 2.6 &#181;m thick layer. The resultant printed layer was fabricated into a functioning cell with an active area of 0.25 cm2 and a power conversion efficiency of 3.5%. The binder-free formulation resulted in a reduced processing temperature of 250 &#176;C, compatible with flexible polyamide substrates which are stable up to temperatures of 350 &#730;C. The authors are continuing to develop this process route by investigating inkjet printing of other layers within dye sensitized solar cells.

This paper investigates the suitability of inkjet printing for the manufacturing of dye-sensitized solar cells. A binder-free TiO2 nanoparticle ink was formulated and printed onto a FTO glass substrate. The printed layer was fabricated into a cell with an active area of 0.25 cm2 and an efficiency of 3.5%.

La stampa digitale di biossido di titanio per le celle solari dye sensibilizzato

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less ...

Electrospinning Fibrous Polymer Scaffolds for Tissue Engineering and Cell Culture

As the field of tissue engineering evolves, there is a tremendous demand to produce more suitable materials and processing techniques in order to address the requirements (e.g., mechanics and vascularity) of more intricate organs and tissues. Electrospinning is a popular technique to create fibrous scaffolds that mimic the architecture and size scale of the native extracellular matrix. These fibrous scaffolds are also useful as cell culture substrates since the fibers can be used to direct cellular behavior, including stem cell differentiation (see extensive reviews by Mauck et al. and Sill et al. for more information). In this article, we describe the general process of electrospinning polymers and as an example, electrospin a reactive hyaluronic acid capable of crosslinking with light exposure (see Ifkovits et al. for a review on photocrosslinkable materials). We also introduce further processing capabilities such as photopatterning and multi-polymer scaffold formation. Photopatterning can be used to create scaffolds with channels and multi-scale porosity to increase cellular infiltration and tissue distribution. Multi-polymer scaffolds are useful to better tune the properties (mechanics and degradation) of a scaffold, including tailored porosity for cellular infiltration. Furthermore, these techniques can be extended to include a wide array of polymers and reactive macromers to create complex scaffolds that provide the cues necessary for the development of successful tissue engineered constructs.

The process of electrospinning polymers for tissue engineering and cell culture is addressed in this article. Specifically, the electrospinning of photoreactive macromers with additional processing capabilities of photopatterning and multi-polymer electrospinning is described.

Electrospinning Ponteggi polimeri fibrosi per l&#39;ingegneria tissutale e colture cellulari

As the field of tissue engineering evolves, there is a tremendous demand to produce more suitable materials and processing techniques in order to address ...

Biologia

Developing Photosensitizer-Cobaloxime Hybrids for Solar-Driven H2 Production in Aqueous Aerobic Conditions

Developing photocatalytic H2 production devices is the one of the key steps for constructing a global H2-based renewable energy infrastructure. A number of photoactive assemblies have emerged where a photosensitizer and cobaloxime-based H2 production catalysts work in tandem to convert light energy into the H-H chemical bonds. However, the long-term instability of these assemblies and the need for hazardous proton sources have limited their usage. Here, in this work, we have integrated a stilbene-based organic dye into the periphery of a cobaloxime core via a distinct axial pyridine linkage. This strategy allowed us to develop a photosensitizer-catalyst hybrid structure with the same molecular framework. In this article, we have explained the detailed procedure of the synthesis of this hybrid molecule in addition to its comprehensive chemical characterization. The structural and optical studies have exhibited an intense electronic interaction between the cobaloxime core and the organic photosensitizer. The cobaloxime was active for H2 production even in the presence of water as the proton source. Here, we have developed a simple airtight system connected with an online H2 detector for the investigation of the photocatalytic activity by this hybrid complex. This photosensitizer-catalyst dyad present in the experimental setup continuously produced H2 once it was exposed in the natural sunlight. This photocatalytic H2 production by the hybrid complex was observed in aqueous/organic mixture media in the presence of a sacrificial electron donor under complete aerobic conditions. Thus, this photocatalysis measurement system along with the photosensitizer-catalyst dyad provide valuable insight for the development of next generation photocatalytic H2 production devices.

Developing Photosensitizer-Cobaloxime Hybrids for Solar-Driven H2 Production in Aqueous Aerobic Conditions

We have directly incorporated a stilbene-based organic dye into a cobaloxime core to generate a photosensitizer-catalyst dyad for photocatalytic H2 production. We have also developed a simple experimental setup for evaluating the light-driven H2 production by photocatalytic assemblies.

Sviluppo di ibridi Fotosensibilizzante-Cobaloxime per la produzione di H2 a energia solare in condizioni aerobiche aqueous ivi

Developing photocatalytic H2 production devices is the one of the key steps for constructing a global H2-based renewable energy infrastructure. A number ...

Chimica

Fully Automated Centrifugal Microfluidic Device for Ultrasensitive Protein Detection from Whole Blood

Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) is a promising method to detect small amount of proteins in biological samples. The devices providing a platform for reduced sample volume and assay time as well as full automation are required for potential use in point-of-care-diagnostics. Recently, we have demonstrated ultrasensitive detection of serum proteins, C-reactive protein (CRP) and cardiac troponin I (cTnI), utilizing a lab-on-a-disc composed of TiO2 nanofibrous (NF) mats. It showed a large dynamic range with femto molar (fM) detection sensitivity, from a small volume of whole blood in 30 min. The device consists of several components for blood separation, metering, mixing, and washing that are automated for improved sensitivity from low sample volumes. Here, in the video demonstration, we show the experimental protocols and know-how for the fabrication of NFs as well as the disc, their integration and the operation in the following order: processes for preparing TiO2 NF mat; transfer-printing of TiO2 NF mat onto the disc; surface modification for immune-reactions, disc assembly and operation; on-disc detection and representative results for immunoassay. Use of this device enables multiplexed analysis with minimal consumption of samples and reagents. Given the advantages, the device should find use in a wide variety of applications, and prove beneficial in facilitating the analysis of low abundant proteins.

This protocol demonstrates how to achieve femto molar detection sensitivity of proteins in 10 &#181;L of whole blood within 30 min. This can be achieved by using electrospun nanofibrous mats integrated in a lab-on-a-disc, which offers high surface area as well as effective mixing and washing for enhanced signal-to-noise ratio.

Completamente dispositivo automatizzato centrifuga Microfluidic per il rilevamento di proteine ​​Ultrasensitive da sangue intero

Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) is a promising method to detect small amount of proteins in biological samples. The devices providing a platform ...

High-resolution Patterning Using Two Modes of Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand and Near-field Electrospinning

Electrohydrodynamic (EHD) jet printing has drawn attention in various fields because it can be used as a high-resolution and low-cost direct patterning tool. EHD printing uses a fluidic supplier to maintain the extruded meniscus by pushing the ink out of the nozzle tip. The electric field is then used to pull the meniscus down to the substrate to produce high-resolution patterns. Two modes of EHD printing have been used for fine patterning: continuous near-field electrospinning (NFES) and dot-based drop-on-demand (DOD) EHD printing. According to the printing modes, the requirements for the printing equipment and ink viscosity will differ. Even though two different modes can be implemented with a single EHD printer, the realization methods significantly differ in terms of ink, fluidic system, and driving voltage. Consequently, without a proper understanding of the jetting requirements and limitations, it is difficult to obtain the desired results. The purpose of this paper is to present a guideline so that inexperienced researchers can reduce the trial and error efforts to use the EHD jet for their specific research and development purposes. To demonstrate the fine-patterning implementation, we use Ag nanoparticle ink for the conductive patterning in the protocol. In addition, we also present the generalized printing guidelines that can be used for other types of ink for various fine-patterning applications.

Here, we present a protocol to produce high-resolution conductive patterns using electrohydrodynamic (EHD) jet printing. The protocol includes two modes of EHD jet printing: the continuous near-field electrospinning (NFES) and the dot-based drop-on-demand (DOD) EHD printing.

Alta risoluzione Patterning utilizzando due modalità di idrodinamiche Jet: Drop on Demand e Near-field elettrofilatura

Electrohydrodynamic (EHD) jet printing has drawn attention in various fields because it can be used as a high-resolution and low-cost direct patterning ...

Vapor Phase Deposition of Electroactive Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) onto Electrospun Commodity Polymer Nanofibers

This study investigates the preparation of polyacrylonitrile (PAN) nanofibers through electrospinning to create highly porous and strong materials for applications in water purification, electrocatalysis, and biomedicine. The uniformly white PAN nanofiber mats were cut into 2 cm x 2 cm coupons to ensure consistency. After electrospinning, these nanofibers were coated with an electroactive polymer (EAP) using chemical vapor deposition, with iron (III) chloride (FeCl3) serving as an oxidant for polymerizing 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) into poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT). The study examined the impact of different FeCl3 concentrations on PEDOT deposition on the PAN coupons. PEDOT deposition led to an increase in coupon weight. Scanning electron microscopy (SEM) revealed increases in the diameter of the nanofibers treated with increasing FeCl3 oxidant concentration, although higher FeCl3&#160;concentrations caused inter-fiber bridging, implying a concomitant decrease in inter-fiber spacing. Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) was used to confirm the presence of Fe, Cl, and S in the nanofibers, with sulfur content rising with FeCl3&#160;concentration used, suggesting increased PEDOT deposition efficiency with increasing oxidant concentration. Mechanical testing showed that PEDOT-coated PAN fibers had improved tensile strength and toughness in the hydrated state compared to pure PAN nanofibers. These results highlight the crucial role of FeCl3&#160;concentration in influencing the morphology and properties of PAN-PEDOT composites, enhancing their suitability for applications such as water purification, tissue engineering, biosensing, catalysis, and energy storage.

This paper describes a simple technique for coating electrospun PAN nanofibers with electroactive polymers using vapor deposition. The effects of the oxidant FeCl&#8323; on the deposition of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) coatings on PAN were investigated to understand and optimize polymer growth, fiber diameter, and overall mechanical strength of the nanofiber mats.

Deposizione in fase vapore di poli(3,4-etilendiossitiofene) elettroattivo su nanofibre polimeriche elettrofilate

This study investigates the preparation of polyacrylonitrile (PAN) nanofibers through electrospinning to create highly porous and strong materials for ...

Elettrospinning degli elettrodi fotocatalitici per le celle solari sensibilizzate a tinte

Riepilogo

Esplora Altri Video

Capitoli in questo video

Fondamenti electrospinning: Soluzione Ottimizzazione e parametri Apparatus

L'integrazione di un Triplet-tripletta Annihilation sistema Up-conversione per migliorare Dye-sensibilizzati Risposta Solar Cell a Sub-bandgap Luce

Elaborazione Postproduzione di fibre elettrofilate per l'ingegneria tissutale

La stampa Fabbricazione di massa eterogiunzione celle solari e

La stampa digitale di biossido di titanio per le celle solari dye sensibilizzato

Electrospinning Ponteggi polimeri fibrosi per l'ingegneria tissutale e colture cellulari

Sviluppo di ibridi Fotosensibilizzante-Cobaloxime per la produzione di H₂ a energia solare in condizioni aerobiche aqueous ivi

Completamente dispositivo automatizzato centrifuga Microfluidic per il rilevamento di proteine Ultrasensitive da sangue intero

Alta risoluzione Patterning utilizzando due modalità di idrodinamiche Jet: Drop on Demand e Near-field elettrofilatura

Deposizione in fase vapore di poli(3,4-etilendiossitiofene) elettroattivo su nanofibre polimeriche elettrofilate

Elettrospinning degli elettrodi fotocatalitici per le celle solari sensibilizzate a tinte

Riepilogo

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Fondamenti electrospinning: Soluzione Ottimizzazione e parametri Apparatus

L'integrazione di un Triplet-tripletta Annihilation sistema Up-conversione per migliorare Dye-sensibilizzati Risposta Solar Cell a Sub-bandgap Luce

Elaborazione Postproduzione di fibre elettrofilate per l'ingegneria tissutale

La stampa Fabbricazione di massa eterogiunzione celle solari e

La stampa digitale di biossido di titanio per le celle solari dye sensibilizzato

Electrospinning Ponteggi polimeri fibrosi per l'ingegneria tissutale e colture cellulari

Sviluppo di ibridi Fotosensibilizzante-Cobaloxime per la produzione di H2 a energia solare in condizioni aerobiche aqueous ivi

Completamente dispositivo automatizzato centrifuga Microfluidic per il rilevamento di proteine ​​Ultrasensitive da sangue intero

Alta risoluzione Patterning utilizzando due modalità di idrodinamiche Jet: Drop on Demand e Near-field elettrofilatura

Deposizione in fase vapore di poli(3,4-etilendiossitiofene) elettroattivo su nanofibre polimeriche elettrofilate

Sviluppo di ibridi Fotosensibilizzante-Cobaloxime per la produzione di H₂ a energia solare in condizioni aerobiche aqueous ivi

Completamente dispositivo automatizzato centrifuga Microfluidic per il rilevamento di proteine Ultrasensitive da sangue intero