LHは感謝UCデービス校1148897.電子顕微鏡特性評価およびSPS処理は財政的にカリフォルニア大学の研究室料賞（＃12-LR-238313）によってサポートされていました助成金番号の下に米国国立科学財団大学院研究フェローシップによって財政支援を認めます。 分子ファウンドリーでの作業は、契約番号DE-AC02-05CH11231下で米国エネルギー省の科学、エネルギー基本科学のオフィスのオフィスによってサポートされていました。

単結晶チタン酸ストロンチウムの1サンプルの調製注：単結晶STOは、鏡面仕上げに研磨（100）面に供給されます。 <ol><li>ダイヤモンドワイヤーソーを用いて、5×5ミリメートル2片にセクションSTO。 </li><li> 15分ごとに、アセトン、イソプロパノール、およびメタノールの浴中の連続50〜60 Hzの超音波洗浄サンプル。 </li><li>直ちに200℃の温度に保持したホットプレート上に配置するためにメタノール浴からSTOを削除します。洗浄後の試料を加熱すると、アルコールからの蒸発スポッティングの形成を防止します。 </li><li>バッファードフッ酸液（pH = 4）で10分間場所サンプル、6：フッ化アンモニウム1溶液と49％フッ化水素酸。 22このソリューションは、主に（100）のTiO 2終端表面を形成し、STOをエッチングします。単結晶の光学的に平坦な面が虹の緑青を持っている場合のnべきオーバーエッチングと、サンプルがされていますOTを使用することができます。 </li><li>エッチング溶液中で10分後、脱イオン（DI）水、次いでイソプロパノール中でサンプルをすすいでください。きれいな家の空気を使用して乾燥させます。 </li></ol>放電プラズマ焼結装置を介して、2バイクリスタルの形成注：5x5のmm 2の結晶の使用のために30ミリメートルの直径のグラファイトダイ。直径のダイが小さい30mm以下が使用される場合、バイクリスタルは破局的接合時骨折します。最適なダイサイズだけでなく、SPS装置による圧力は、結晶の大きさに大きく依存しています。 <ol><li> 30ミリメートル径のグラファイトプランジャーにグラファイト紙の30ミリメートルの円を配置します。グラファイト紙は、実験中に黒鉛プランジャに接合するからSTOを防ぐことができます。 </li><li>その光学的に平坦な表面を備えた2 STO単結晶は双結晶の境界を形成するために、内向きに配置された2つの5×5ミリメートルスタック。グラファイト紙とプランジャーの上にスタックを中央に配置します。 </li><li>トップ単一の叫びを回転させます選択された方位差角に&lt;100&gt;軸の周りスタル。 &lt;100&gt;軸結晶の光学的に平坦な面に対して垂直です。 </li><li>プランジャと結晶の上にグラファイトダイをスライドさせます。積み重ねられたSTO結晶上に第二グラファイト紙の30ミリメートルの直径の円と、次に直径30mmのプランジャーを配置します。 </li><li>組み合わせプランジャをスタックし、SPS装置におけるグラファイトスペーサー（ 図1）上に死にます。 </li><li> z軸制御ボタンを使用して接触抵抗を最小化するために3キロニュートンの一軸性の力を加えます。実験を通して、ユーザーは、z軸制御ボタンを経由して3キロニュートンで力を維持する必要があります。 </li><li> 図1に示されている小さな穴、で黒鉛ダイにK型熱電対を挿入します。熱電対は、サンプルにダイを通って延びています。 </li><li>真空プッシュボタンを使用して、SPS装置へ〜10 Paでのチャンバ圧力を設定します。 </li><li>プログラムの楽器の共同介して、結合温度、時間、および加熱速度を選択しますntrolソフトウェア（ 表1）。接合温度と時間については、70〜80℃/分の加熱速度50℃/分の冷却速度を使用します。 </li><li>上の12秒、ボタンを焼結装置を用いてDCパルスオフ2秒に設定します。 〜4 Vと〜550 Aの直流電流のパルスバイアスは、プログラムを実行するように設定されると、試料にインクリメンタルに適用されます。 </li><li>マシンのスタートボタンを押してください。 </li><li>プログラムの終了時にサンプルを削除してください。バイクリスタル形成した後、サンプルが原因SPS装置の還元環境に灰黒色表示されます。 </li><li>空気中のサンプルをアニールし、再酸化するために、この手順の間に圧力を加えないで、140時間、1200℃の温度で高温炉を使用してください。アニーリングパラメータはハットらによって行われ、以前の仕事に応じて選択しました。ここで、高真空13内に形成された双結晶。アニール後、サンプルは、オフホワイトの色を明らかにし、酸化されます。 </li></ol><ol><li>ダイヤモンドワイヤとの断面双結晶は、5x1 mm 2のセクションに見ました。 </li><li>ダイヤモンドラッピングフィルムとポーランドの断面サンプル。ダイヤモンドラッピングフィルム上にグリットサイズは徐々に0.1μmの9ミクロンから減少しています。傷が表面にわたって均一で一旦小さいグリットサイズに変更します。フィルムラッピング9〜6μmとするために反時計回りのプラテンの動きを使用してください。 6μmのμmの0.1へのラッピングフィルムに、振動サンプルヘッドを反時計回りのプラテンの動きを使用してください。 </li><li>マット布を使用して、2分間のコロイダルシリカとポーランドの断面サンプル。連続して反時計回りのプラテン運動と振動のサンプルヘッドをマットの上にコロイダルシリカを注ぎます。 </li><li> 15秒のサンプルを削除する前に、コロイダルシリカを注ぎ停止し、プラテン上にDI水を注ぎます。 15秒間DI水を注ぎ、サンプルを削除し、すぐにサンプルを洗い流し1分間DI水です。この手順に従わない場合には、コロイダルシリカは、試料の表面に結合し、走査型電子顕微鏡（SEM）の間に結晶粒界が不明瞭になります。 </li><li>試料を光学的に滑らかな表面に研磨された後、連続して15分間ずつ、アセトン、イソプロパノール、メタノール浴中で超音波洗浄試料。 </li><li>直ちに200℃の温度に保持したホットプレート上に配置するためにメタノール浴からSTOを削除します。洗浄後の試料を加熱すると、アルコールからの蒸発スポッティングの形成を防止します。 </li><li>マウントサンプルは、コロイド黒鉛を使用したサンプルのスタブ上に表面を磨き上げ。 </li><li>炭素の2-3 nmのでコート試料表面をスパッタ。 0.2nm /パルスのパルス分解能、現在の0.2 A /パルスのステップ・レート、40 A、2秒のパルス長のパルス電流、および50の最大パルス：カーボンコーターのための次のパラメータを使用します。 </li></ol> 4. FIB銅グリッドを清掃<ol><li> 1時間ごとに、次にアセトンとイソプロパノール浴中の銅FIBグリッドを配置します。 </li><li> 10分間のプラズマ洗浄銅FIBグリッド。 </li></ol>集束イオンビーム（FIB）装置を介して、透過型電子顕微鏡（TEM）ラメラの5調製注：FIBの調製に使用されるすべてのパラメータは、入力されたか、FIB装置ソフトウェアのドロップダウンメニューから選択されます。 <ol><li> FIB装置にSTOサンプルと銅FIBグリッドを配置します。ステージは7ミリメートルです。 </li><li> 2単結晶、 すなわち 、粒界との間の界面に沿って関心領域を探します。 </li><li>パターニングダイアログボックスを選択します。パターニングコントロールでは、アプリケーションのプロパティのCe-depの面で長方形パターニングツール]を選択します。ガス注入のためのC-DEPを挿入します。 Cの15×2×2〜3μmで保護層を堆積させます5.0キロボルトの電圧で電子ビーム、13.0 nAの電流、および0°の傾斜角を用いてアルボン。 C-DEPを撤回。 </li><li>パターニングダイアログボックスを選択します。パターニングコントロールでは、アプリケーションのプロパティのW-DEPと長方形パターニングツール]を選択します。ガス注入のためのW-DEPを挿入します。 30.0 kVの、0.3 nAの電流の電圧でイオンビームを用いてタングステンの堆積15×2×2μmの3保護層、52°の傾斜角。 W-DEPを撤回。 </li><li>パターニングダイアログボックスを選択します。パターニングコントロールでは、アプリケーションのプロパティSiとの定期的な断面パターニングツール]を選択します。底パターンを30.0キロボルトの電圧でトップのパターン、30.0 nAの電流、およびイオンビームを経由して52°の傾斜角は22×27×15μmの3の22×25×15μmの3を使用してください。パターンは、保護層の両側にトレンチミルを作成します。 </li><li>パターニングダイアログボックスを選択します。パターニングコントロールでは、クリーンを選択アプリケーションプロパティSiとの断面パターニングツール。 30.0キロボルトの電圧で上部と下部のパターンとイオンビームを介して1.0 nAの電流を22×3×60μmの3を使用してください。チルト角は上のパターンのためのボトムパターンおよび50.5°のために53.5°です。パターンは、規則的な断面パターニング起因カーテンパターンからトレンチラメラの表面をクリーニングします。 </li><li>アプリケーションプロパティSiと長方形パターニングツールを使用して、試料中にJ-パターンをカット。 30.0キロボルトの電圧とイオンビームを介して1.0 nAの電流で幅は2ミクロンを使用してください。 </li><li>イージーリフトダイアログボックスを選択します。パーク位置にマイクロマニピュレーターを挿入します。マイクロマニピュレーターを下げ、5.4で詳述プロセスを使用してタングステン溶接を介して銅FIBグリッドにサンプルを添付します。 </li><li> 5.7で説明する手順を使用して、の電圧でイオンビームを用いて試料中の、元J-パターンから継続し、U-パターンをμcut30.0 kVで1.0 nAの電流。 </li><li>バルクサンプル上記マイクロマニピュレーターを経由してラメラを持ち上げます。 </li><li>結晶粒界は、もはやイオンビームに平行にされていないので、マイクロマニピュレーター180°回転するが、イオンビームに対して垂直な。 </li><li>タングステンは30.0キロボルトの電圧でイオンビームと0.3 nAの電流で5.4で説明する手順を使用して、銅のFIBグリッドにラメラを溶接しました。 </li><li> 30.0キロボルトの電圧でイオンビームと1.0 nAの電流で5.7で説明する手順を使用してラメラからマイクロマニピュレーターをカットします。 </li><li> 5.3で説明する手順を繰り返します。 5.0 kVの、13.0のNa電流の電圧で電子ビームを用いて炭素15×2×4μmの3保護層、0°の傾斜角を堆積させます。 </li><li> 5.4で説明する手順を繰り返します。 30.0 kVの、0.3 nAの電流の電圧でイオンビームを用いてタングステンの堆積15×2×8ミクロン3保護層、52°の傾斜角。 </li><li>とともにイオンビーム、30.0キロボルト0.5 nAの、0.3 Na、及び0.1のNa系統的に減少する電流の電圧を使用して200nm程度に薄くサンプル。この段階で、洗浄断面パターンが使用され、サンプルは52±±1.5°の角度に傾斜しています。 </li><li>イオンビームを用いて、薄い試料を5.0キロボルトの電圧と77.0、PAの電流を使用して透明度を電子します。この段階では、矩形のパターンが52±3°の傾斜角で使用されています。 </li><li> 500 eVでの電圧および150μAの電流でサンプルを洗浄することにより、FIBから生じた非晶質ダメージを削除します。 </li><li>走査型透過電子顕微鏡（STEM）でTEMホルダとインサートホルダーに置きTEM試料。選択「キャプチャ」、画像サンプルの粒界。 </li></ol>

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Soc. 49 (10), 521-526 (1966).</li><li>Yamamoto, T., Hayashi, K., Ikuhara, Y., Sakuma, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grain+Boundary+Structure+and+Electrical+Properties+in+Nb-Doped+SrTiO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;+Bicrystals.">Grain Boundary Structure and Electrical Properties in Nb-Doped SrTiO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; Bicrystals.</a> Key Eng. Mater. 181-182, 225-230 (2000).</li><li>Fitting, L., Thiel, S., Schmehl, A., Mannhart, J., Muller, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subtleties+in+ADF+imaging+and+spatially+resolved+EELS:+A+case+study+of+low-angle+twist+boundaries+in+SrTiO3.">Subtleties in ADF imaging and spatially resolved EELS: A case study of low-angle twist boundaries in SrTiO3.</a> Ultramicroscopy. 106 (11-12), 1053-1061 (2006).</li><li>Hughes, L. A., van Benthem, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+SrTiO3+bicrystals+using+spark+plasma+sintering+techniques.">Formation of SrTiO3 bicrystals using spark plasma sintering techniques.</a> Scr. Mater. 118, 9-12 (2016).</li></ol>

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1200℃の接合温度は、温度の小さな変化が大きく、すべての拡散接合機構の動力学に影響を与えることができるように拡散を最大にするように選択しました。 1200℃の温度がSTOの脆性 - 延性遷移温度の範囲外です。しかし、試料をこの温度で脆性破壊を受けました。 STOは1200℃で〜0.5％の延性を持つようSTO双結晶の致命的な障害は予想外ではなかったです。また、試料は、加熱プロセス全体を?...

<html>放電プラズマ焼結（SPS）は、高い一軸圧力と粉末成形体1の急速な高密度化への直流パルス電流リードのどのアプリケーションで技術です。追加の焼結助剤は、2、3、4、5を必要としないで、この技術は、窒化ケイ素/炭化ケイ素、ホウ化ジルコニウム/シリコンカーバイドまたはシリコンカーバイドを含む様々な材料から複合構造の正常な形成をもたらします。従来のホットプレスすることにより、これらの複合構造体の合成は、過去に挑戦していました。 SPSの技術を介して高一軸圧力と高速加熱速度のアプリケーションは粉末及び複合材料の統合を強化されますが、現象は文献2に議論この強化された緻密化を引き起こし、3、クラス= &quot;外部参照&quot;&gt; 6、7。また、唯一の粒界形成に対する電界の影響に関する限られた情報と粒界コア8,9の結果として得られる原子構造が存在します。これらのコア構造は、高電圧コンデンサの絶縁破壊及びセラミック酸化物10の機械的強度及び靭性を含むSPS焼結体の機能特性を決定します。したがって、このような印加電流とSPS処理パラメータの関数としての基本的な粒界構造を理解することは、材料の全体的な物理的特性の操作のために必要です。系統的にSPSを支える基本的な物理的メカニズムを解明する一つの方法は、特定の粒界構造、 すなわち 、双結晶の形成です。バイクリスタルは、その後、二つの単結晶の操作によって作成されdiffu特定の方位差と結合シオンは11を角。この方法は、処理パラメータの関数、ドーパント濃度、及び不純物の偏析12、13、14のような基本的な粒界コア構造を調査する制御された方法を提供します。 温度、時間、圧力、および接合雰囲気15：拡散接合は、4つのパラメータに依存します。チタン酸ストロンチウム（のSrTiO 3、STO）の従来の拡散接合双は、典型的には1,400-1,500°Cの温度範囲で、1メガパスカル以下の圧力で行われ、3〜20時間13の範囲の時間スケール、14、16、17。本研究では、SPS装置における接合は、Cで有意に低い温度および時間スケールで達成されます。従来の方法にomparison。多結晶材料、SPSを介して低下した温度及び時間スケールのために著しく、それによって、その微細構造の操作によって材料の特性の有利な制御を提供し、粒成長を制限します。 SPS装置は、5×5 mm 2のサンプルに対して、140 MPaでの最小圧力を及ぼします。従来の拡散接合温度範囲内では、ハットら。接合圧力はMPaで18 10を超えた場合にSTOの瞬間骨折を報告しています。しかし、STOは、接合圧力は、特定の温度で10メガパスカルを超えることを示し、温度に依存塑性挙動を示します。 1200°C以上700°C以下、STOはサンプルの瞬時破断することなく適用することができより大きい120メガパスカルを強調れるいくつかの延性を呈します。 700-1,200℃の中間温度範囲内で、STOはsで脆くや経験瞬間骨折であります10メガパスカルよりも大きな房。 800℃では、STOはストレスで200MPa未満19、20、21を破砕する前にマイナーな変形能を有しています。したがって、SPS装置を介してSTOバイクリスタル形成のための接合温度は、材料の塑性挙動に応じて選択する必要があります。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1429">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Strontium titanate single crystal (100)</td>
			<td style="width:187px;">MTI Corporation</td>
			<td style="width:427px;">STOa101005S1-JP</td>
			<td style="width:443px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Buffered oxide etch, hyrofluoric acid 6:1</td>
			<td style="width:187px;">JT Baker</td>
			<td style="width:427px;">&#160;MBI 1178-03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Scanning electron microscope (SEM)</td>
			<td style="width:187px;">FEI</td>
			<td>Model: 430 NanoSEM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">SPS apparatus&#160;</td>
			<td>Sumitomo Coal Mining Co</td>
			<td>Model: Dr. Sinter 5000 SPS Apparatus</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">High Temperature Furnace</td>
			<td>Thermolyne</td>
			<td>Model: 41600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ultrasonic Cleaner</td>
			<td>Bransonic</td>
			<td>Model: 221</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Mechanical polisher</td>
			<td style="width:187px;">Allied High Tech Products</td>
			<td>15-2100-TEM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Diamond lapping film</td>
			<td style="width:187px;">3M</td>
			<td>660XV&#160;</td>
			<td>1 um to 9 um Grit Size</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Diamond lapping film</td>
			<td style="width:187px;">3M</td>
			<td style="width:427px;">661X</td>
			<td>0.5 um to 0.1 um Grit Size</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Colloidal silica</td>
			<td style="width:187px;">Allied High Tech Products</td>
			<td>180-20000</td>
			<td>.05 um Grit Size</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Sputter coater</td>
			<td style="width:187px;">QuorumTech</td>
			<td>Model: Q150RES</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Focused ion beam (FIB) instrument&#160;</td>
			<td style="width:187px;">FEI</td>
			<td>Model: Scios dual-beamed focused ion beam (FIB) instrument&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Nanomill TEM specimen preparation system</td>
			<td style="width:187px;">Fischione Instruments</td>
			<td>Model: 1040</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Transmission electron microscope (TEM)&#160;</td>
			<td style="width:187px;">JEOL</td>
			<td>Model: JEM2500 SE&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Scanning transmission electron microscope (STEM)</td>
			<td style="width:187px;">FEI</td>
			<td>Model: TEAM 0.5&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

spark plasma sintering apparatus used for the formation of strontium titanate bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with one twist grain boundary. This apparatus utilizes high uniaxial pressure and a pulsed direct current for rapid consolidation of material. Diffusion bonding of strontium titanate bicrystals without fracture, in a spark plasma sintering apparatus, is possible at high pressures due to the unusual temperature dependent plasticity behavior of strontium titanate. We demonstrate a method for the successful formation of bicrystals at accelerated time scales and lower temperatures in a spark plasma sintering apparatus compared to bicrystals formed by conventional diffusion bonding parameters. Bond quality was verified by scanning electron microscopy. A clean and atomically abrupt interface containing no secondary phases was observed using transmission electron microscopy techniques. Local changes in bonding across the boundary was characterized by simultaneous scanning transmission electron microscopy and spatially resolved electron energy-loss spectroscopy.

接合温度、時間、および方位差角がSTO双結晶（ 表1）の最大可能接合界面画分に必要な最適なパラメータを決定するために、すべての変更されました。インタフェースは、粒界がSEM画像（ 図2a）中の見えなかった場合「結合」と考えられました。暗い画像のコントラストやボイドが境界位置（ 図2b）で存在したとき、「非結合」?...

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Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals

A viable technique for the formation of strontium titanate bicrystals at high pressure and fast heating rate via the spark plasma sintering apparatus is developed.

チタン酸ストロンチウム双結晶の形成に用いられるプラズマ焼結装置をスパーク

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

9.8K ビュー.  University of California, Davis. A viable technique for the formation of strontium titanate bicrystals at high pressure and fast heating rate via the spark plasma sintering apparatus is developed. 

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Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a significant role in laser-material interaction, especially in the air environment1-11.
Early plasma evolution has been captured through pump-probe shadowgraphy1-3 and interferometry1,4-7. However, the studied time frames and applied laser parameter ranges are limited. For example, direct examinations of plasma front locations and electron number densities within a delay time of 100 picosecond (ps) with respect to the laser pulse peak are still very few, especially for the ultrashort pulse of a duration around 100 femtosecond (fs) and a low power density around 1014 W/cm2. Early plasma generated under these conditions has only been captured recently with high temporal and spatial resolutions12. The detailed setup strategy and procedures of this high precision measurement will be illustrated in this paper. The rationale of the measurement is optical pump-probe shadowgraphy: one ultrashort laser pulse is split to a pump pulse and a probe pulse, while the delay time between them can be adjusted by changing their beam path lengths. The pump pulse ablates the target and generates the early plasma, and the probe pulse propagates through the plasma region and detects the non-uniformity of electron number density. In addition, animations are generated using the calculated results from the simulation model of Ref. 12 to illustrate the plasma formation and evolution with a very high resolution (0.04 ~ 1 ps).
Both the experimental method and the simulation method can be applied to a broad range of time frames and laser parameters. These methods can be used to examine the early plasma generated not only from metals, but also from semiconductors and insulators.

An experimental method to examine the early plasma evolution induced by ultrashort laser pulses is described. Using this method, high quality images of early plasma are obtained with high temporal and spatial resolutions. A novel integrated atomistic model is used to simulate and explain the mechanisms of early plasma.

超短レーザーパルスにより誘起された初期プラズマの進化の解明

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a ...

工学

Encapsulation and Permeability Characteristics of Plasma Polymerized Hollow Particles

In this protocol, core-shell nanostructures are synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition. We produce an amorphous barrier by plasma polymerization of isopropanol on various solid substrates, including silica and potassium chloride. This versatile technique is used to treat nanoparticles and nanopowders with sizes ranging from 37 nm to 1 micron, by depositing films whose thickness can be anywhere from 1 nm to upwards of 100 nm. Dissolution of the core allows us to study the rate of permeation through the film. In these experiments, we determine the diffusion coefficient of KCl through the barrier film by coating KCL nanocrystals and subsequently monitoring the ionic conductivity of the coated particles suspended in water. The primary interest in this process is the encapsulation and delayed release of solutes. The thickness of the shell is one of the independent variables by which we control the rate of release. It has a strong effect on the rate of release, which increases from a six-hour release (shell thickness is 20 nm) to a long-term release over 30 days (shell thickness is 95 nm). The release profile shows a characteristic behavior: a fast release (35% of the final materials) during the first five minutes after the beginning of the dissolution, and a slower release till all of the core materials come out.

We have used plasma enhanced chemical vapor deposition to deposit thin films ranging from a few nm to several 100 nm on nano-sized particles of various materials. We subsequently etch the core material to produce hollow nanoshells whose permeability is controlled by the thickness of the shell. We characterize the permeability of these coatings to small solutes and demonstrate that these barriers can provide sustained release of the core material over several days.

プラズマ重合中空粒子のカプセル化と透水特性

In this protocol, core-shell nanostructures are synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition. We produce an amorphous barrier by plasma ...

Characterization of Recombination Effects in a Liquid Ionization Chamber Used for the Dosimetry of a Radiosurgical Accelerator

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via stereotactic radiotherapy where positioning accuracy allows delivering very high doses per fraction in a small volume of the patient. Dosimetric measurements on medical accelerators are conventionally realized using air-filled ionization chambers. However, in small beams these are subject to nonnegligible perturbation effects. This study focuses on liquid ionization chambers, which offer advantages in terms of spatial resolution and low fluence perturbation. Ion recombination effects are investigated for the microLion detector (PTW) used with the Cyberknife system (Accuray). The method consists of performing a series of water tank measurements at different source-surface distances, and applying corrections to the liquid detector readings based on simultaneous gaseous detector measurements. This approach facilitates isolating the recombination effects arising from the high density of the liquid sensitive medium and obtaining correction factors to apply to the detector readings. The main difficulty resides in achieving a sufficient level of accuracy in the setup to be able to detect small changes in the chamber response.

A growing number of radiation therapy devices offer the advantage of delivering the dose through very small beams to the tumor, allowing for increased conformity and higher doses per fraction. Many different detectors can be used for the dosimetry of these small fields. In the present study, the effect of ion recombination is investigated for a liquid ionization chamber using a stereotactic radiation therapy system.

放射線外科アクセラレータの線量測定に使用される液体電離箱における再結合効果の特性評価

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via ...

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a stable and continuous operation of the plasma is possible and the plasma torch can be used for many different applications. On one hand, the hot (3,600 K gas temperature) plasma can be used for chemical processes and on the other hand the cold afterglow (temperatures down to almost RT) can be applied for surface processes. For example chemical syntheses are interesting volume processes. Here the microwave plasma torch can be used for the decomposition of waste gases which are harmful and contribute to the global warming but are needed as etching gases in growing industry sectors like the semiconductor branch. Another application is the dissociation of CO2. Surplus electrical energy from renewable energy sources can be used to dissociate CO2 to CO and O2. The CO can be further processed to gaseous or liquid higher hydrocarbons thereby providing chemical storage of the energy, synthetic fuels or platform chemicals for the chemical industry. Applications of the afterglow of the plasma torch are the treatment of surfaces to increase the adhesion of lacquer, glue or paint, and the sterilization or decontamination of different kind of surfaces. The movie will explain how to ignite the plasma solely by microwave power without any additional igniters, e.g., electric sparks. The microwave plasma torch is based on a combination of two resonators &#8212; a coaxial one which provides the ignition of the plasma and a cylindrical one which guarantees a continuous and stable operation of the plasma after ignition. The plasma can be operated in a long microwave transparent tube for volume processes or shaped by orifices for surface treatment purposes.

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

追加のイグナイタずに大気圧マイクロ波プラズマトーチに点火する方法

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. W/O microdroplets have recently been used in powerful methods that enable miniaturized chemical experiments. Therefore, developing a versatile method to yield monodisperse W/O microdroplets is needed. We have developed a method for generating monodisperse W/O microdroplets based on a capillary-based centrifugal axisymmetric co-flowing microfluidic device. We succeeded in controlling the size of microdroplets by adjusting the capillary orifice. Our method requires equipment that is easier-to-use than with other microfluidic techniques, requires only a small volume (0.1-1 &#181;l) of sample solution for encapsulation, and enables the production of hundreds of thousands number of W/O microdroplets per second. We expect this method will assist biological studies that require precious biological samples by conserving the volume of the samples for rapid quantitative analysis biochemical and biological studies.

Here, we demonstrate a simple production method for size-controllable, monodisperse, water-in-oil (W/O) microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. This method requires only a small sample volume and enables high-yield production. We expect this method will be useful for rapid biochemical and cellular analyses.

単分散微小液滴のサイズ制御可能な形成のためのキャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイス

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line intensity ratios. By using a Johann spectrometer viewing the plasma, it is possible to construct profiles of plasma parameters such as density, temperature, and velocity with good spatial and time resolution. However, benchmarking atomic code modeling of X-ray spectra obtained from well-diagnosed laboratory plasmas is important to justify use of such spectra to determine plasma parameters when other independent diagnostics are not available. This manuscript presents the operation of the High Resolution X-ray Crystal Imaging Spectrometer with Spatial Resolution (HIREXSR), a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma. In addition, this manuscript covers a laser blow-off system that can introduce such ions to the plasma with precise timing to allow for perturbative studies of transport in the plasma.

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas. This manuscript presents the operation of a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma.

高温プラズマ診断として使用するためのX線イメージングクリスタル分光法を適用します

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. The reactions of cold plasma with the surrounding atmosphere yield a variety of reactive species, which can define its effectiveness. While efficient development of cold plasma therapy requires kinetic models, model benchmarking needs empirical data. Experimental studies of the source of reactive species detected in aqueous solutions exposed to plasma are still scarce. Biomedical plasma is often operated with He or Ar feed gas, and a specific interest lies in investigation of the reactive species generated by plasma with various gas admixtures (O2, N2, air, H2O vapor, etc.) Such investigations are very complex due to difficulties in controlling the ambient atmosphere in contact with the plasma effluent. In this work, we addressed common issues of &#39;high&#39; voltage kHz frequency driven plasma jet experimental studies. A reactor was developed allowing the exclusion of ambient atmosphere from the plasma-liquid system. The system thus comprised the feed gas with admixtures and the components of the liquid sample. This controlled atmosphere allowed the investigation of the source of the reactive oxygen species induced in aqueous solutions by He-water vapor plasma. The use of isotopically labelled water allowed distinguishing between the species originating in the gas phase and those formed in the liquid. The plasma equipment was contained inside a Faraday cage to eliminate possible influence of any external field. The setup is versatile and can aid in further understanding the cold plasma-liquid interactions chemistry.

An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere.

反応種の形成を調査するための大気圧プラズマのセットアップ

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs within the interlayer space of semiconducting layered titania nanosheet (TNS) films was investigated here. Two types of intermediate films (i.e., TNS films containing methyl viologen (TNS/MV2+) and 2-ammoniumethanethiol (TNS/2-AET+)) were prepared. The two intermediate films were soaked in an aqueous tetrachloroauric(III) acid (HAuCl4) solution, whereby considerable amounts of Au(III) species were accommodated within the interlayer spaces of the TNS films. The two types of obtained films were then soaked in an aqueous sodium tetrahydroborate (NaBH4) solution, whereupon the color of the films immediately changed from colorless to purple, suggesting the formation of AuNPs within the TNS interlayer. When only TNS/MV2+ was used as the intermediate film, the color of the film gradually changed from metallic purple to dusty purple within 30 min, suggesting that aggregation of AuNPs had occurred. In contrast, this color change was suppressed by using the TNS/2-AET+ intermediate film, and the AuNPs were stabilized for over 4 months, as evidenced by the characteristic extinction (absorption and scattering) band from the AuNPs.

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Here, we present a protocol for the in situ synthesis of gold nanoparticles (AuNPs) within the interlayer space of layered titanate films without the aggregation of AuNPs. No spectral change was observed even after 4 months. The synthesized material has expected applications in catalysis, photo-catalysis, and the development of cost-effective plasmonic devices.

層状チタン酸透明フィルムの層間空間で凝集することなく金ナノ粒子のその場合成で

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs ...

A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions

The hot stamping and cold die quenching process is increasingly used to form complex shaped structural components of sheet metals. Conventional experimental approaches, such as out-of-plane and in-plane tests, are not applicable to the determination of forming limits when heating and rapid cooling processes are introduced prior to forming for tests conducted under hot stamping conditions. A novel in-plane biaxial testing system was designed and used for the determination of forming limits of sheet metals at various strain paths, temperatures, and strain rates after heating and cooling processes in a resistance heating uniaxial testing machine. The core part of the biaxial testing system is a biaxial apparatus, which transfers a uniaxial force provided by the uniaxial testing machine to a biaxial force. One type of cruciform specimen was designed and verified for the formability test of aluminum alloy 6082 using the proposed biaxial testing system. The digital image correlation (DIC) system with a high-speed camera was used for taking strain measurements of a specimen during a deformation. The aim of proposing this biaxial testing system is to enable the forming limits of an alloy to be determined at various temperatures and strain rates under hot stamping conditions.

This protocol proposes a novel biaxial testing system used on a resistance heating uniaxial tensile test machine in order to determine the forming limit diagram (FLD) of sheet metals under hot stamping conditions.

ホットスタンプの条件の下で成形限界の決意のための新しい二軸試験機

The hot stamping and cold die quenching process is increasingly used to form complex shaped structural components of sheet metals. Conventional ...

New Application of an Atmospheric Pressure Plasma Jet as a Neuro-protective Agent Against Glucose Deprivation-induced Injury of SH-SY5Y Cells

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions include multiple types of reactive nitrogen species (RNS) and reactive oxygen species (ROS). Our previous study has shown the cytoprotective effect of the APPJ against oxidative stress-induced injuries. The aim of the present study is to provide a detailed in vitro treatment protocol regarding the neuroprotective applications of helium APPJs on glucose deprivation-induced injury in SH-SY5Y cells. The SH-SY5Y human neuroblastoma-derived cell line was maintained in RPMI 1640 medium supplemented with 15% fetal calf serum. The culture medium was then changed to RPMI 1640 without glucose before APPJ treatment. After a 1 h incubation in a cell incubator, cell viability was determined using Cell Counting Kit 8. The results showed that, compared to the glucose deprivation group, cells treated with APPJ exhibited significantly increased cell viability in a dose-dependent manner, with 8 s/well observed as an optimal dose. Meanwhile, helium flow had no effect on the glucose deprivation-induced cell impairment. Our results indicated that APPJ could be potentially used as a treatment method for the diseases in the central nervous system related to glucose deprivation. This protocol could also be used as a cytoprotective application for other cells with different impairments, but the cell culture and APPJ treatment conditions should be readjusted, and the treatment dose must be relatively low.

A protocol for the neuroprotective application of low-dose atmospheric pressure plasma treatment on glucose deprivation-induced SH-SY5Y injuries.

SH SY5Y 細胞のグルコース欠乏による障害に対して神経保護剤として大気圧プラズマ ジェットの新しいアプリケーション

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions ...

チタン酸ストロンチウム双結晶の形成に用いられるプラズマ焼結装置をスパーク

要約

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超短レーザーパルスにより誘起された初期プラズマの進化の解明

プラズマ重合中空粒子のカプセル化と透水特性

放射線外科アクセラレータの線量測定に使用される液体電離箱における再結合効果の特性評価

追加のイグナイタずに大気圧マイクロ波プラズマトーチに点火する方法

単分散微小液滴のサイズ制御可能な形成のためのキャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイス

高温プラズマ診断として使用するためのX線イメージングクリスタル分光法を適用します

反応種の形成を調査するための大気圧プラズマのセットアップ

層状チタン酸透明フィルムの層間空間で凝集することなく金ナノ粒子のその場合成で

ホットスタンプの条件の下で成形限界の決意のための新しい二軸試験機

SH SY5Y 細胞のグルコース欠乏による障害に対して神経保護剤として大気圧プラズマジェットの新しいアプリケーション

チタン酸ストロンチウム双結晶の形成に用いられるプラズマ焼結装置をスパーク

要約

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超短レーザーパルスにより誘起された初期プラズマの進化の解明

プラズマ重合中空粒子のカプセル化と透水特性

放射線外科アクセラレータの線量測定に使用される液体電離箱における再結合効果の特性評価

追加のイグナイタずに大気圧マイクロ波プラズマトーチに点火する方法

単分散微小液滴のサイズ制御可能な形成のためのキャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイス

高温プラズマ診断として使用するためのX線イメージングクリスタル分光法を適用します

反応種の形成を調査するための大気圧プラズマのセットアップ

層状チタン酸透明フィルムの層間空間で凝集することなく金ナノ粒子のその場合成で

ホットスタンプの条件の下で成形限界の決意のための新しい二軸試験機

SH SY5Y 細胞のグルコース欠乏による障害に対して神経保護剤として大気圧プラズマ ジェットの新しいアプリケーション

SH SY5Y 細胞のグルコース欠乏による障害に対して神経保護剤として大気圧プラズマジェットの新しいアプリケーション