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

1。ドナー基板の作製のためのマスクをデザイン<ol><li>所望の形状を有するマスクを設計します。 100ミクロン×100ミクロン四方のシリコン個々のユニットを製作するために、100ミクロン×100ミクロンの正方形の配列を描画します。 </li><li>それぞれの側が追加の15ミクロンを拡張するとともに、同一の形状を有する第二のマスクを設計します。 100ミクロン×100ミクロンの正方形の配列の場合は、ステップ1.1に正方形をカバーすることができ130μmのX130μmの正方形の配列を描画します。 </li><li>アンカージオメトリを設計します。 4 20ミクロンX 40ミクロ​​ンの長方形、正方形の1辺に沿って中心それぞれを描画します。最初の15ミクロン（ 図2に示すように）ステップ1.1で元が100μm×100μm角、残りの25ミクロンの外側に延びて覆うような構造を配置します。 NOTE：任意の形状および寸法であれば、アンカー接点パターン化された材料と基板の両方として使用することができる。このアンカーの一端は、原点をカバーステップ1.1、もう一方の端のAlジオメトリは、ステップ1.2でジオメトリを拡張する必要があります。 </li></ol> 2。検索可能ドナー基板を準備<ol><li> 1ミクロン〜20Ωの•cmで、箱酸化物層の厚さのシート抵抗が3μmデバイス層の厚さを有するインシュレータ（SOI）ウェハ上にp型にドープされたシリコンを調製する。 NOTE：種々の用途のためにこれらのパラメータを変更することができる。 </li><li>スピンコートレジスト（AZ5214、30秒間、3,000 rpmで、太い1.5ミクロン）、ステップ1.1で設計されたマスクを添付してください。 </li><li> （RIE）装置、パターンSOIウェハのデバイス層の反応性イオンエッチングを用いてフォトレジストマスクを除去する。このステップの後、RIEエッチングされた領域は、ボックス酸化物層（ 図2A）を公開している。 </li><li>スピンコートレジスト（AZ5214、30秒間、3,000 rpmで、厚さ1.5μm）、ステップ1.2で設計されたマスクのパターン。 </li><li>ホットプレート上で90秒間125℃でウェハを加熱する。 </li><li>ウエハを浸すステップ2.3から露出ボックス酸化物層をエッチングする50秒間の49％HF。完全に乾燥させた後、マスキングフォトレジスト（ 図2B）を取り外します。 </li><li>スピンコート（AZ5214、30秒間、3,000 rpmで、厚さ1.5μm）とパターンのステップ1.3からのアンカリングデザイン。 </li><li>ホットプレート上で90秒間125℃でウェハを加熱する。 </li><li> 50分間49％のHFに浸す。このステップは、フォトレジスト（ 図2C）に懸濁させたシリコンの個別単位で得、残りのパターン化されたデバイス層のシリコンの下に残っている箱酸化物層をエッチングする。 </li></ol> 3。マイクロチップスタンプ用のマスクをデザイン<ol><li>正方形のシングルは100μm×100程度でマスクを設計します。 </li><li> 100ミクロン×100ミクロン領域内の複数の12ミクロンX 12ミクロンの正方形でマスクを設計します。 </li></ol> 4。マイクロチップスタンプ用の金型を作る<ol><li> &lt;1-0-0&gt;の結晶方位を有するシリコンウエハを清掃し、デポプラズマを用いた窒化ケイ素の100nmの座る化学蒸着（PECVD）装置を拡張。 </li><li>スピンコートレジスト（AZ5214、30秒間、3,000 rpmで、厚さ1.5μm）、ステップ3.2で設計されたマスクのパターン。 </li><li>パターン10：01緩衝酸化物エッチング液（BOE）を用いて窒化シリコン層。 </li><li>脱イオン水170mlのイソプロピルアルコール（IPA）の混合物をビーカー40ml中の水酸化カリウム（KOH）を80g溶解する。 </li><li>ホットプレート上で80℃でKOH、IPAおよび水の混合物を加熱する。 </li><li>垂直方向（エッチングレートは約1μm/分である）、結晶構造中に露出したシリコンをエッチングするために、KOHの混合物とビーカーに準備されたウェハを置く。 </li><li>露出したシリコンが完全にエッチングされた後、KOH混合物からウェーハを除去するHFを用いて窒化シリコンをエッチングし、RCA 1及び2 RCA洗浄（ 図3A）を行う。 </li><li>以下のレシピで手順3.1から用意したマスクと、SU-8 100とパターンとのスピンコート：3000 R1分、30分、10分および95℃、65℃でソフトベーキング用の午後は、550ミリジュール/ cm 2であり、ポストベーク65℃で1分間、および10分間95°C（ 図3Bにさらす）。 </li><li> SU-8 100が完全に硬化した後、3〜5滴を滴下しての（トリデカフルオロ-1,1,2,3 - テトラヒドロオクチル）-1 - トリクロロシラン単分子層を適用（トリデカフルオロ-1,1,2,2、1,2,3 - テトラヒドロオクチル）-1 - トリクロロシラン真空瓶と瓶にウエハを配置し、真空を適用する。 </li></ol> 5。金型を用いたマイクロチップスタンプを複製<ol><li> 5:1を有するポリジメチルシロキサン（PDMS）ベースと硬化剤を混ぜる。 </li><li>真空瓶内に配置することによって混合物を脱気。 </li><li>型の上に、脱気したPDMS混合物のごく一部を注ぎ、PDMSリフローは平坦な上面（ 図3C）を達成するためにしてみましょう。 </li><li>完全にPDMSを硬化させるために2時間、70℃のオーブンで、PDMS金型を配置します。 </li><li>から金型を削除するオーブン、PDMSをはがします（ 図3D）。 </li></ol> 6。ドナー基板からインクを取得し、対象地域へのプリント<ol><li>顕微鏡を備えた電動式の回転とX、y方向への平行移動ステージ上にドナー基板を配置します。 </li><li>独立した垂直の並進ステージにマイクロチップスタンプを添付してください。 </li><li>顕微鏡下で、並進および回転ステージを使用ドナー基板上にSiインクでマイクロチップスタンプを揃える。さらに、傾斜ステージを調整することにより、マイクロチップ表面とSiインクとの傾斜の位置合わせを行う。その後、接触するようにマイクロチップスタンプをダウンさせる。 </li><li>小さな先端が完全に折り畳まれており、表面全体がドナー基板上にシリコンインクと接触するようにゆっくりと、最初の接触後にシャットダウンさらにマイクロチップスタンプをもたらす。 </li><li> rについても、マイクロチップスタンプとSiインクとの間に大きな接触面積のためにアンカーを壊し、zの段を迅速に上昇させるドナー基板からのSiインクをetrieveとマイクロチップスタンプに添付します。 注：マイクロチップスタンプがストレスのない場合には、圧縮されたマイクロチップを取り出すシリコンインクとの最小限の接触を作る、元のピラミッド型の形状に復元します。 </li><li> X、Y方向への平行移動ステージにレシーバ基板を配置し、所望の位置にマイクロチップ·スタンプの下で取得されたSiインクを合わせます。 </li><li>検索されたシリコンインクはほとんどレシーバ基板に接触するまでのzステージを下る。 </li><li>接触を行った後、徐々に所望の位置の上に印刷し、シリコンインクを放出するためのzステージを上げる。 </li></ol> 7。接合プロセス<ol><li>プログラム90秒で950℃までの室温から順番に高速熱アニール炉は、10分間950℃で維持し、（炉内の任意の熱供給を削除することで）室温まで冷却。 </li><li> 950℃の周囲環境やアニール炉で印刷レシーバ基板を配置のSi-Si結合のために又はSi-Auボンディングのために30分間、360℃で10分間、C。 </li></ol>

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

The authors have nothing to disclose.

図4に示すマイクロ石工は、材料接合工程において、シリコンフュージョンボンディングを含む。シリコン融合接合は、急速熱アニール炉（RTA炉）中に試料を入れ、10分間950℃で試料を加熱することによって達成される。 SiとSiの- - SiO 2のボンディング10,11このアニール条件は、Siとの採用可能でもある。あるいは、 図5Cに見られるように、Siと結合し?...

このような大規模な一般的な3Dマシンの小型化などの微小電気機械システム（MEMS）は、パフォーマンスの強化、製造コストの低減、1,2を提供することで、近代的な技術を推進するために不可欠である。しかし、MEMSの技術の進歩の現在のレートは、製造技術3-6の連続革新せずに維持することができません。共通のモノリシック微細加工は、主に集積回路（IC）の製造のために開発レイヤーバイレイヤープロセスに依存している。この方法は、高性能MEMSデバイスの大量生産を可能に非常に成功している。しかし、そのために複雑な層ごとの電気化学的、減法自然、多様に形の3D MEMS構造およびデバイスの製造、macroworldにおいて簡単に、このモノリシック微細加工を使用して達成することは非常に困難である間。レスプロセスの複雑さと、より柔軟な3D微細加工を可能にするために、我々はDEVE急速加熱処理が有効な材料接合技術と併せて、マイクロ/ナノスケール材料の転写印刷ベースのアセンブリを必要とする3Dの添加micromanufacturing戦略（と呼ばれる「マイクロ/ナノ石工 &#39;）をloped。 転写印刷は、エラストマースタンプの制御された乾燥接着を用いて生成された、または異なる基板に成長させ、基板から固体マイクロスケール材料（ 即ち、「固形インク」）を転送する方法である。マイクロ石積みの典型的​​な手順は、転写印刷から始まります。プレハブ固体インクが転写エラストマースタンプ、プリント構造の高度な形態であるマイクロチップスタンプを使用して印刷され、続いてインクインクとインクの基板密着性を向上させるために急速熱アニール（RTA）を用いてアニールされる。この製造手法は、他の既存メトキシを用いて収容することができない異常なマイクロスケール構造及びデバイスを構築することが可能DS 7。 MEMSセンサーを組み立てるために、異なる材料の機能的および構造的ソリッドインクを統合するための（a）の能力とすべての3D構造の中に組み込まアクチュエータ;マイクロ石積みは、他の方法では存在しないいくつかの魅力的な特徴を提供します（b）は、組み立てられた固体インクのインタフェースは、電気的および熱的に接触し、9,10として機能させることができる。 （C）組立空間分解能は7を印刷する転送用の固形インクと高精度な機械式のステージを生成するための拡張性の高い、十分に理解されリソグラフィプロセスを利用して（〜1μm）を高くすることができます。および（d）の機能的および構造的な固体インクは、平面状又は曲線状の幾何学的形状に硬質および軟質両方の基板上に集積化することができる。

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

micro-masonry for 3d additive micromanufacturing

転写印刷は、エラストマースタンプを利用して別の基板に生成された基板から（本明細書で「インク」と呼ばれる）を固体マイクロ/ナノスケール物質を転送する方法である。転写印刷は、柔軟で伸縮性太陽電池やLEDアレイなどの近年の先端デバイスで発見された前例の構造や機能のシステムを製造するために、異種材料の統合を可能にします。転写材料アセンブリ能力のユニークな特徴を示すが、印刷プロセスを強化するための接着層又は基板上のこのような自己組織化単分子膜（SAM）の堆積のような表面改質の使用は、微小電気機械システム（MEMS）構造体のマイクロアセンブリ中に広い適応を妨げるおよびデバイス。この欠点を克服するために、我々は決定論的にのみ表面接触面積を制御することによって、個々のマイクロスケール·オブジェクトを組み立てる転写印刷のアドバンスモードを開発任意の表面を変更する必要がない。接着剤層または他の修飾の非存在下およびその後材接合プロセスは、機械的結合が、さらに異常なMEMSデバイスの構築に適応で様々なアプリケーションを開き、組み立て材料間の熱的および電気的接続を確保するだけでなく。

マイクロ石積みは、モノリシックマイクロ加工プロセスによって達成することが非常に困難または不可能であるMEMS構造を生成するために、異種材料の統合を可能にします。その能力を実証するために、（「マイクロ急須」と呼ばれる）の構造は、単に微細プレストレストを経て製造される。 図4Aは、ドナー基板上に作製されたシリコンインクの光学顕微鏡画像である。設計され?...

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Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

本論文では、微小電気機械システム（MEMS）の構造及び装置の柔軟な製造のための3D加法micromanufacturing戦略（と呼ばれる「マイクロ石造 &#39;）を導入しています。このアプローチは、急速熱アニール·イネーブル材接合技術と組み合わせてミクロ/ナノスケール材料の転写印刷ベースの組立体を含む。

3D添加Micromanufacturing用マイクロ石積み

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

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

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10.3K ビュー.  University of Illinois at Urbana-Champaign. 本論文では、微小電気機械システム（MEMS）の構造及び装置の柔軟な製造のための3D加法micromanufacturing戦略（と呼ばれる「マイクロ石造 '）を導入しています。このアプローチは、急速熱アニール·イネーブル材接合技術と組み合わせてミクロ/ナノスケール材料の転写印刷ベースの組立体を含む。 

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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.

デジタル干渉縞投影技術と高分解能、高速、三次元ビデオ画像

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

工学

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

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

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

予測研究および拡張の3D可視化のためのスケーラブルなNanohelices

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

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

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

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

MDシミュレーションのための新しい3D / VRインタラクティブな環境、可視化と分析

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

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

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

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

個々のナノ粒子の3次元元素マッピングのためのエネルギー分散型X線トモグラフィー

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

3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy

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

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

研究と教育学のための生体分子モデルの3Dプリント

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

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

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

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

有機光電子デバイスの 3 D プリントされたチャンバー分解試験

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

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

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

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

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

マルチ材料セラミック ベースのコンポーネント-添加熱可塑性 3 D 印刷 (セラム - T3DP) 白黒ジルコニア部品の製造

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

Additive Manufacturing of Functionally Graded Ceramic Materials by Stereolithography

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

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

光造形法による傾斜機能セラミック材料の添加剤の製造

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

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

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

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

ヤモリにインスパイアされたソフトロボットの製造・制御・性能評価

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

3D Printing - Evaluating Particle Emissions of a 3D Printing Pen

Three-dimensional (3D) printing as a type of additive manufacturing shows continuing increase in application and consumer popularity. The fused filament fabrication (FFF) is an inexpensive method used most frequently by consumers. Studies with 3D printers have shown that during the printing process particulate and volatile substances are released. Handheld 3D printing pens also use the FFF method but the consumer&#8217;s proximity to the 3D pens gives reason to higher exposure compared to a 3D printer. At the same time, 3D printing pens are often marketed for children who could be more sensitive to the printing emission. The aim of this study was to implement a low cost method to analyze the emissions of 3D printing pens. Polylactide (PLA) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) filaments of different colors were tested. In addition, filaments containing metal and carbon nanotubes (CNTs) were analyzed. An 18.5 L chamber and sampling close to the emission source was used to characterize emissions and concentrations near the breathing zone of the user.
Particle emissions and particle size distributions were measured and the potential release of metal particles and CNTs investigated. Particle number concentrations were found in a range of 105 - 106 particles/cm3, which is comparable to previous reports from 3D printers. Transmission electron microscopy (TEM) analysis showed nanoparticles of the different thermoplastic materials as well as of metal particles and CNTs. High contents of metal were observed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).
These results call for a cautious use of 3D pens due to potential risk to the consumers.

This protocol presents a method to analyze the emission of 3D printing pens. Particle concentration and particle size distribution of the released particle is measured. Released particles are further analyzed with transmission electron microscopy (TEM). Metal content in filaments is quantified by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).

3D プリント - 3D プリント ペンのパーティクル放出の評価

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