샌디 계약 DE-AC04-94-AL85000에서 국가 핵 보안 관리에 대한 Sandia 공사, 록히드 마틴 회사에 의해 운영하는 멀티 프로그램 실험실입니다. 작품은 또한 단일 탐정 소그룹 연구 프로젝트 교수 Violi의 (부여 번호 DE-SC0002619) (미시간 대학, 앤 아버)에서 미국 에너지 부, 기초 에너지 과학의 사무실에 의해 지원되었다. 원은 에너지 부, 과학의 사무실, 에너지 계약 번호 DE-AC02-05CH11231의 미국학과에서 초기 경력 연구 프로그램에 의해 지원됩니다. 고급 광원은 계약 번호 DE-AC02-05CH11231에서 미국 에너지 국 국장, 과학, 기초 에너지 과학의 사무실의 사무실에 의해 지원됩니다. KKH 계약 KO 1363/18-3에서 DFG에 의해이 연구의 부분의 지속적인 지원을 인정합니다.

1. 가스상 실험 <ol><li> 저압 예 혼합 화염을 점화 <ol><li> 냉각수가 버너와 불꽃 챔버 벽을 통해 불꽃 챔버가 ~ 0.1 밀리바 아래로 펌핑되어 흐르는되어 있는지 확인합니다. </li><li> 버너 표면을 통해 아르곤을 1 L / min의 유량과 산소를​​ 1.5 L / min의 유량을 설정하고 불꽃 챔버 80 밀리바 (60 토르)의 압력을 유지한다. </li><li> 버너 표면에 열선 점화를 배치; 0.4 L / 분으로 수소 유량을 설정하고, 신속 점화기를 활성화. </li><li> 점화 후, 열선 점화를 끄고, 버너에서 멀리 위치를 변경. </li><li> 아르곤, 산소, 수소 및 연료의 원하는 흐름을 확립한다. 대상 불꽃 [일반적으로 20 ~ 40 밀리바 (15-30 토르)]의 조건에 맞게 압력을 조정합니다. 주 : 개별 화염에 대한 화염 조건이 원래의 문헌에 제공된다. 예를 들어, 화학 양론 알렌 대해 흐르고 프로 핀 불길 아르한센 등 22에 나열된. </li></ol></li><li> 에너지 스캔 - 광 이온화 효율 (PIE) 곡선의 취득 <ol><li> 이온화 챔버 내의 압력이 10-6 밀리바 ≤ 때, 비행 시간 형 질량 분석 장치와 마이크로 채널 플레이트 검출기의 이온 광학 장치에 전압을인가하고 빔라인 밸브를 연다. 주 : (비디오에 도시되지 않음) 이전 캘리브레이션 실험은 질량 분석계의 최적의 성능을위한 전압 설정을 찾기 위해 사용 하였다. </li><li> 는 LabVIEW 데이터 수집 프로그램 &quot;일반 Interface.vi&quot;(그림 2)를 시작하고 소프트웨어의 &quot;모터&quot;탭을 사용하여 원하는 위치에 버너를 이동합니다. 참고 :이 LabVIEW 코드는 빔라인에서 개발 및 요청에 따라 사용할 수 있습니다했다. </li><li> 검색 매개 변수를 정의하는 &quot;일반&quot;탭을 사용하여, 즉, 광자 에너지의 에버스 당 단계의 수. 전형적으로, 0.05 eV로의 스텝 크기는사용. </li><li> 원하는 시작 값에 광자 에너지를 설정하는 &quot;ALS&quot;탭을 사용하여 &quot;활성&quot;으로 &quot;ALS 에너지&quot;를 정의합니다. </li><li> &quot;컨트롤&quot;패널에서 포토 다이오드에 의해 측정 된 광전류를 읽고 &quot;K6485&quot;를 활성화합니다. </li><li> &quot;P7886&quot;탭에서 스윕의 수를 설정하려면 &quot;매개 변수 설정&quot;버튼을 사용 (일반적으로 사이 2 19, 2 21), 빈 (일반적으로 48K)의 수와 빈 폭 (500 PSEC). </li><li> 유효한 파일 경로와 이름을 입력하고 컴퓨터 제어 데이터 수집 프로세스를 시작하려면 &quot;시작&quot;을 클릭합니다. </li></ol></li><li> 질량 스펙트럼의 취득 - 버너 스캔 <ol><li> 비행 시간 형 질량 분석 장치와 마이크로 채널 플레이트 검출기의 이온 광학계에 에너지 스캔 등은 전압을인가. </li><li> 챔버 내의 광자 빔을 허용하도록 빔라인 밸브를 연다. </li><li> 는 LabVIEW 데이터 ACQ를 엽니 다uisition 프로그램 &quot;일반 Interface.vi&quot;. </li><li> 소프트웨어에서 &quot;모터&quot;탭을 사용하여, 샘플링 콘에 최대한 가깝게 버너 표면을 이동 &quot;조깅」를 사용하고,&quot;근원 &quot;로 그 위치를 정의한다. &quot;활성&quot;으로 모터를 정의합니다. </li><li> 검색 매개 변수를 정의하는 &quot;일반&quot;탭을 사용하여, 즉, 버너 운동의 mm 당 단계의 수. 일반적인 값은 20 단계 0-5 mm의 15 단계 5-20 ㎜, 5 단계 20 ~ 30 mm까지. </li><li> 원하는 값으로 광자 에너지를 설정하는 &quot;ALS&quot;탭을 사용합니다. 일반적인 값은 8-16.65 에버스입니다. </li><li> &quot;컨트롤&quot;패널에서 포토 다이오드에 의해 측정 된 광전류를 읽고 &quot;K6485&quot;를 활성화합니다. </li><li> &quot;P7886&quot;탭에서 스윕의 수를 설정하는 서브 VI (그림 3)를 시작하려면 &quot;매개 변수 설정&quot;버튼을 사용, 즉, 질량 스펙트럼의 Adde 5의 수각 버너 위치에서 서로의 상단에 D (통상 2 내지 19이 21), 빈들 (일반적으로 48K)의 개수, 빈 폭 (500 PSEC). </li><li> 유효한 파일 경로와 이름을 제공하고, 자동화 된 데이터 수집 과정을 시작하려면 &quot;시작&quot;을 클릭합니다. </li></ol></li></ol><img alt="그림 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig2highres.jpg" width="500" /> 그림 2. 데이터 수집 프로그램의 그래픽 사용자 인터페이스를 제공합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51369/51369fig2highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig3highres.jpg" width="500" /> 그림 3. 그래픽 사용자 interfac입력 채널 스케일러 매개 변수에 대한 전자. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51369/51369fig3highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 2. 에어로졸 실험 <ol><li> 주변 대기압 반대했다 흐름 불꽃 점화 <ol><li> 반응 아울렛 약 것으로, 냉각수가 버너를 통해 흐르는되어 있는지 확인합니다. 불꽃 챔버는 얻을 수있는 최소한의 압력 (1 ~ 2 밀리바)까지 펌핑 10mm 간격, 그. </li><li> 아르곤 불꽃 챔버를 입력하고 ~ 860 밀리바 (650 토르)까지 압력을 가져옵니다. </li><li> 약 점화 코일을 배치합니다. 두 버너 출구의 중심에. </li><li> 산화제 스트림 : (가 챔버를 채우기 위해 사용 되었기 때문에, Ar은 ​​이미 흐르는한다)은 다음과 같이 가스의 흐름을 설정 O 2 0.3 L / 분의 아르곤과 1.6 L / 분; 산화제 스트림 coflow : 2.5 L / 분 아르; 연료 스트림 : H 2 0.3 L / 분, 아르곤 2.5 L / 분; 연료 스트림 coflow : 아르2.5 L / 분. </li><li> 수소와 산소 밸브를 열고 즉시 점화 코일에 전환합니다. </li><li> 불꽃이 점화되면, 점화 코일 전원을 끄고, 그것을 철회. </li><li> 산소, 아르곤, 및 연료의 원하는 흐름을 확립한다. 수소의 흐름과 설정 압력과 목표 불꽃에 대한 원하는 값으로 반응 콘센트 분리를 끕니다. 참고 : 비디오에 표시되는 프로판 불꽃,,의 유량이 Skeen 등 4에 제공된다. </li></ol></li><li> 에어로졸 질량 스펙트럼의 취득 <ol><li> 이온 광학 및 AMS의 검출기에 적절한 전압을 적용합니다. 참고 : 최적의 성능을위한 전압 설정이 비디오에 도시되지 않은 이전 캘리브레이션 실험에서 발견되었다. </li><li> 는 LabVIEW 데이터 수집 프로그램 &quot;일반 인터페이스 대향-Flow.vi&quot;를 엽니 다. 참고 :이 VI는 모터 컨트롤이 업데이트되었습니다있는 &quot;일반 Interface.vi&quot;의 변형입니다새로운 요구 사항을 일치합니다. </li><li> 석영 마이크로 프로브 연료 스트림 출구 (그림 4)에 가장 가까운 위치에 있도록 대향 흐름 버너를 번역하는 &quot;자동차&quot;탭에서 &quot;피해자&quot;응용 프로그램을 사용합니다. 이러한 위치에있는 동안, 제로 모터 스텝 위치를 재설정. 이 절차는 &quot;원점&quot;위치를 정의한다. </li><li> 천천히 공기 역학적 렌즈 (ADL) 시스템에 불꽃 샘플링 라인의 흐름을 허용하는 4 회전 볼 밸브를 엽니 다. ADL의 출구에서의 압력이 1 × 10 2 밀리바 근처에 있는지 확인합니다. </li><li> 검색 매개 변수를 정의하는 &quot;일반&quot;탭을 사용하여, 즉, 버너 운동 (버너 스캔) 또는 광자 에너지 (에너지 스캔)의 mm 당 단계의 수. </li><li> 원하는 광자 에너지를 설정하고, 원하는 버너 위치로 버너를 이동하기 위해 &quot;모터&quot;탭을 사용하여 &quot;ALS&quot;탭을 사용합니다. </li><li> &quot;P7886&quot;탭에서 &quot;설정 P를 사용하여arameters &quot;버튼 안에 인수 매개 변수를 설정합니다. </li><li> &quot;활성화&quot;로 &quot;자동차&quot;(버너 스캔) 또는 &quot;ALS 에너지&quot;(에너지 스캔)을 정의합니다. </li><li> 해당 필드에 유효한 파일 경로와 이름을 삽입하고 &quot;시작&quot;을 클릭합니다. 에어로졸 질량 스펙트럼을 자동으로 촬영하고 있습니다. </li></ol></li></ol><img alt="그림 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig4highres.jpg" width="500" /> 그림 4. 반대 흐름 불꽃 조립 버너 운동을위한 그래픽 사용자 인터페이스를 제공합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51369/51369fig4highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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저자가 공개하는 게 없다.

질량 분석기와 불꽃 샘플링과 싱크로 기반 VUV 단일 광자 이온화 기술 조합은 현재 가능한 실험실 기반의 모델 불꽃의 화학적 조성에 가장 상세한 모습을 제공합니다. 질량 분석기는 넓은 동적 범위에서 높은 감도 (ppm의 범위)와 동시에 모든 샘플 불꽃 종의 보편적 인 탐지를 제공한다. 이 기술의 성공을 위해 수단은 에너지 쉽게 이성질체와 분열의 통제 사이의 좋은 선택을 제공하기 위해 조정할 수 있습니다 싱크로 생성 된 진공 자외선 광자를 사용하는 것입니다. 복잡한 혼합물을 분석 할 때 후자의 요소가 중요합니다. 기술 실험의 기능은 일반적으로 이성질체 분리에 사용되는 가스 크로마토 그래피에 의해 정력 전자를 사용하여 기존의 이온화 기술로 타의 추종을 불허하고 있습니다. 싱크로 기반 기술의 한계, 즉 특히 큰 질량 : 전하 비를위한, 엄마는 사실에서 발생NY 상이한 이성질체는 고유하게 식별 될 수없는, 생각할 수 있으며, 그 포스팅 확실 한 분리 될 수 없다. 실험 결과, 이성질체 - 분해 불꽃 조성물의 형태로, 매우 상세한 분자 수준에서 연소 화학 향상된 운동 모델을 수득있다. 설명 실험은 매우 복잡하고 문제 해결 절차에 대한 설명은 비디오 및 / 또는이 원고의 프로토콜 절에 설명 할 수있는 것이 이상입니다. 이 사실은 또한 데이터 분석 절차에 대한 사실입니다. 실험 장치에 대한 수정은 일반적으로 할당 된 &quot;beamtime&quot;사이에 오프라인을 수행됩니다. 이러한 실험의 강조 연소 중간체의 정량에 있기 때문에, 안정적이고 재생 가능한 염이 매우 중요하다. 게다가 현명 구하는 광자 에너지와 다른 스캔 파라미터를 선택하는 것이 필요하다화염 구조의 신뢰성 판정에 충분한 실험 데이터의 N 적절한 세트. 고급 광원에서 수행 불꽃 실험이 성공적으로 탄화수소 화염 7 벤젠 형성의 화학 해명에 기여. 전구체로 공명 안정화 된 활성 산소의 중요한 역할은 프로 파르 길, 알릴의 식별, 예를 들어, 설치, 및 I-C 4 H 5 라디칼되었습니다. 벤젠 형성이 전체적인 그을음 형성 공정의 첫 번째 단계로 생각할 수 있기 때문에, 추가적인 노력은 불꽃 - 샘플링 된 매연 입자의 화학 성분을 식별하는 고급 광원에서 진행되고있다. 유사 이전 그을음 샘플링 실험 28에 비해,이 신설 에어로졸 샘플링 실험은 광자 에너지가 t 정밀 튜닝 될 수 있다는 것을 의미 근처 임계 질량 스펙트럼을 기록하기위한 허용O 따라서 분열을 피하고, 약간 구성 요소의 이온화 에너지보다합니다. 게다가 fragmentations도 큰폭 온도 제어 구리 블록 플래시 기화 프로세스를 채용함으로써 회피된다. 그러나, 실험은 현재 정량적 데이터를 제공 할 수 없다는 의해 제한된다. 또한, 기록 된 질량 스펙트럼은 입자 구체적인 아니지만, 아마 조성과 크기가 다른 여러 입자를 통해 평균. 또, 결로 및 염 입자와 관련된 종의 식별을 복잡 샘플링 프로브에서 발생할 수 않는다. 또한, 검출 된 종은 진공 구리 블록 (300 ~ 400 ℃)의 온도에서 증발 수있을 정도로 휘발성이 있어야합니다. 브의 반대로 역시, 초기 질적 데이터 그을음 전구체 종의 조성물은 연료의 화학 구조 및 그 그을음 전구체 형성 메커니즘에 의존하는 것이 제안은 역학적으로 구동된다modynamically. 에어로졸 질량 분석 노력은 초기 단계에서 현재, 그리고 얻은 통찰력은 지금까지 많은 연구 기회를 식별합니다. 매연 형성 과정에 대한 향후 연구가 처음 방향족 고리 이상으로 화학에 초점을 맞출 것입니다, 즉, 인덴, 나프탈렌, 안트라센 등, 그들의 이성질체의 형성. 궁극적 인 목적은 입자의 개시 화학 (물리)을 이해하기 위해, 전체 그을음 형성 공정 (연료 산화로부터 입자 응고)를 기술 할 수 예측 모델을 개발하는 것이다.

분자의 성장과 매연 형성 과정에 대한 일관되고 예측 메커니즘을 설정하면 연소 화학 연구 8,9에서 가장 큰 문제 중 하나입니다. 연소 과정은 (PM 2.5 - ≤ 2.5 μM의 공기 역학적 직경에 의해 정의 미립자) 미립자 공기 오염의 절반 이상을 차지 이러한 원치 않는 연소 부산물의 배출을 줄이기 위하여, 그리고, 그들의 신원, 농도를 알고있는 것이 중요 및 형성은 10 경로. 연소 부산물은 자연 연료가 연소되는 조건에 의해 영향을 받는다. 많은 연구는 심각한 환경과 건강 효과를 11-13로 연소 배출량을 연결했다. 예를 들어, 연소 생성 입자는 공기 품질, 대기 가시성 및 지구 대기의 복사 균형에 강한 영향을 미친다. 그것은 것으로 가정 공수 빗의 화학 조성ustion 생성 된 입자는 일반적으로 다환 방향족 탄화수소 (PAHs의)와 관련된 자신의 독성을 결정한다. 후자 종 매연의 분자 전구체로 간주되며, 이들은 불완전 연소 과정에서 형성된다. 다시 말하지만, 이러한 프로세스를 식별하는 것은 여전히​​ 어려운 문제입니다. 일반적으로, 이러한 배출의 근원에있는 연소 반응은, 많은 다른 반응 종을 포함, 복잡한 연료 분해 및 산화 경로를 따릅니다. 그들은 요금 온도와 압력 (14, 15)에 따라 반응의 수백 또는 수천의 네트워크 내에서 연결되어 있습니다. 층류 예 혼합, 20 ~ 80 밀리바 (15-60 토르)의 낮은 압력에서 설정 될 수있다 버너 안정화 평면 화염은 일반적으로이 복잡한 화학 네트워크를 해명하고 오염 물질을 조사하는 데 사용되는 표준 연소 환경 중 하나를 나타냅니다 의 가능성Y는 프로토 타입의 연료 (16)가 없습니다. 그들은 화염면에 도달하면이 구성에서는, 연료와 산화제가 이미 혼합되어; 따라서, 연소 속도는 화학 공정에 의해 아니라 혼합에 의해 지배된다. 대기압 이하의 압력에서 이들 염을 조작함으로써, 반응 영역의 물리적 두께는 레이저 기반 또는 프로브 샘플링 기법 1,17와 온도 및 농도 구배의 향상된 공간 분해능을 허용 증가된다. 정확하게 이러한 화염의 화학 성분을 분석하기 위해, 분석 툴은 동시에 모든 종류의 범용 검출, 높은 감도 및 동적 범위, 이성체 간의 양호한 선택성 및 분자 단편화 제어 할 것이 요구된다. 연소 화학 연구에 돌파구를 조정할 수있는 진공 자외선 (VUV) 방사선이 거의 THRE에 사용되는 싱크로트론 광원에서 불꽃 샘플링 질량 분석법을 이용하여 달성되었다단일 광자 이온화 5,6 마땅한. 첨부 된 동영상에 표시된 로렌스 버클리 국립 연구소의 고급 광원 (ALS)의 불꽃 실험에서 가스 샘플은 높은 진공으로 확장, 석영 콘에 의해 예 혼합 화염 내에서 철회하고, VUV에 의해 이온화 1,5 광자. 실험 장치는 그림 1에 개략적으로 도시되어있다.이 실험의 성공의 열쇠가 최소화 또는 방지 photofragmentation 및 수 있도록하는 적절한 범위에서 조정할 수있는 기능 이온화 광자의 에너지가되었습니다 이성질체 특이성 1,3 , 5,18. 영상에 도시 된 바와 같이, 광 이온화 효율 (PIE) 곡선주세요 복잡 염 혼합물에서 특정 이성체 종을 식별 할 수 있도록 광자 에너지 (19)를 조정하여 기록 될 수있다. 개별 종의 PIE 곡선은 일반적으로 서로 다른 기능을 가지고, 즉, 이온화 임계 값, 모양 및 강도. 비디오LSO는 버너 표면까지의 거리의 함수로서 각각의 성분의 몰 분률 프로파일을 결정하기위한 실험 방법을 도시한다. 이 ALS 기반의 연소 실험은 탄화수소 화염의 매연 형성 과정과 산소, 차세대 바이오 유래 연료 1,20의 산화에 집중되었다. 매연 형성 문제에 관해서는, 실험은 많은 새로운 통찰력을 공개했다. 요약하면, 지금, 연료의 화학 구조는 아이덴티티 (및 양) 전구체 분자 결과적 많은 다른 경로는 전체적인 그을음 형성 공정 7,21의 제 1 단계에 기여할 수 있는지에 영향을 미치는 것을 알 수있다. ALS 기반 에어로졸 질량 분석기와 불꽃 생성 된 매연 입자의 화학적 구성 요소를 식별 할 때 그을음 형성 화학에조차 깊은 통찰력을 얻게되었다. 이 새로운 실험에서, 이는 특급입니다비디오 하반기에 lained, 비 예 혼합 (확산) 화염이 사용됩니다. 실험 장치는도 1에 도시된다.이 구성에서는 화염이 연료와 산화제의 두 개의 대향 층 제트 간의 거의 대기압 [933 밀리바 (700 토르)]로 설정된다. 연료와 산화제 스트림은 반응 영역 밖에 분리 상태를 유지하고 있기 때문에,이 구성은 분자의 성장 과정을 조사 할 수있는 좋은 기회를 제공한다. 화염에서 생성 된 입자는 석영 마이크로 프로브를 사용하여 불꽃 철회하고 이후에 입자가 증발 및 개별 성분에 분열 플래시 가열 구리 대상에 공기 역학적 렌즈 시스템으로 초점을 맞추고있다. 이러한 분자 빌딩 블록이어서 ALS에서 VUV 광자에 의해 이온화되고, 해당 이온 질량 4를 선택한다. 모든 필요한 작업은 비디오에서 보여 질 수 있지만, 에어로졸 데이터 그을음 형성 메커니즘 kineticall 모른다고 제안<html> y를 열역학적으로 제어되지. 또한, 데이터는 표시하는 H-추상화와 C 2의 반복적 인 순서에 의해 널리 인정 H-추상화-C 2 H 2 - 또한 작은 방향족 종은 큰 다환 방향족 탄화수소 (PAHs의)로 성장하는 (HACA) 메커니즘, H 2 - 첨가 반응은, 모든 관측 입자 성분을 설명 할 수 없다. 비디오와 결합하여, 다음 프로토콜 데이터 수집 절차 세부. <img alt="그림 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig1highres.jpg" width="500" /> 그림 1. 참고 문헌에서 사용 권한과 로렌스 버클리 국립 연구소의 고급 광원의 불꽃 샘플링 분자 빔 및 에어로졸 질량 분석 실험의 개략도.. 2 및 4.9fig1highres.jpg &quot;대상 =&quot;_blank &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:71px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">flame-sampling mass spectrometer</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>custom-built</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">aerosol mass spectrometer</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>custom-built</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

flame experiments at the advanced light source: new insights into soot formation processes

다음 실험 프로토콜과 첨부 된 비디오는 로렌스 버클리 국립 연구소 1-4의 고급 광원의 화학 역학 빔라인 (ALS)에서 수행되는 불꽃 실험과 함께 우려하고 있습니다. 이 비디오는 실험실 기반의 모델 불꽃의 복잡한 화학 구조를 조정할 수있는 싱크로 생성 된 진공 자외선 (VUV) 방사선 불꽃 샘플링 질량 분석법을 이용하여 분석하는 방법을 보여줍니다. 이 실험 방법은 높은 감도 및 다이나믹 레인지가 큰 5,6를 가진 이성질체 - 해결 능력을 결합합니다. 비디오의 첫 번째 부분은 버너 안정화, 감압 (20 ~ 80 밀리바) 층류 예 혼합 화염을 포함하는 실험에 대해 설명합니다. 작은 탄화수소 연료는 일반적으로 실험 방법을 설명하기 위해 선택된 염을 위해 사용되었다. 이것은 종의 정보가 버너 표면으로부터의 거리의 함수로서 획득 방법 및 VUV의 가변성되는 방법 도시광자 에너지는 이온화 에너지에 근거하여 많은 연소 중간체를 식별하는 유리하게 사용된다. 예를 들어,이 기술은 그을음 형성 공정 기체 상 측면을 연구하는 데 사용되었으며, 비디오 어떻게 공명 안정화 예 C 3 H 3, C 2 H 5 라디칼, 그리고 i-C 4 H를 도시 (5)는, 중요한 중간체 7로 식별됩니다. 작업 그을음 형성 프로세스에 집중되었으며, 탄소수 수백만 함유 화학 구조는 단지 밀리 단지 몇 개의 탄소 원자를 갖는 연료 분자 조립되기 때문에보기의 화학적 관점에서,이 과정은 매우 흥미 롭다. 비디오의 두 번째 부분은 대향 흐름 확산 화염 및 싱크로트론 기반 에어로졸 질량 분석법은 연소 생성 수트 입자 (4)의 화학 성분을 연구하는 데 사용되는 새로운 실험을 강조한다. 실험 결과는 t을 나타냅니다모자 널리 인정 H-추상화-C 2 H 2 - 가산 (HACA) 메커니즘 관찰 큰 다환 방향족 탄화수소 류 (PAHs의)의 형성에 대해 책임 소르 분자 성장 과정이 아니다.

저압 예비 혼합 버너 화염 샘플링 된 가스의 대표적인 질량 스펙트럼은도 5에 도시된다. 신호에 기여 종의 아이덴티티는 각 질량 전위한 화염 샘플링 광 이온화 효율 (PIE) 곡선에서 드러난다 요금 (M / Z) 비율 및 알려진 이성체 별 이온화 에너지와 PIE 곡선에 자신의 비교. 불꽃 샘플링 PIE 곡선의 전형적인 예는 m / z는 그림 6에 나타내었다 = 39 (C 3 H 3), 41 (C 3 H 5). 데이터는 화학 양 론적 프로 핀의 불꽃 22에서 가져옵니다. 신호가 명확로 공진 안정화 프로 파르 길 알릴 라디칼에서 발생한 자신의 특성 이온화 임계 값에 의해 식별된다. 많은 M / Z 값의 여러 이성질체는 정기적으로 여러 임계 값을 관찰하여 식별됩니다. 많은 예는 문헌에서 광범위하게 논의되고 있고, 예를 들어, m / z= 40 (알렌 및 프로 핀), 44 (텐올 및 아세트 알데히드), 54 (1,3 - 부타디엔, 1 - 부틴, 2 - 부틴), 혹은 78 (풀벤 벤젠) 23-27. <img alt="그림 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig5highres.jpg" width="500" /> 그림 5. 시간의 비행 질량 스펙트럼. 화학 양 론적 프로 핀-O 2 불꽃 저압 예 혼합 버너에서 1.25 mm의 거리에 9.9 eV의 광자와 함께 기록. 다음 단계에서 설명 된 다양한 피크가 쉽게 다양한 연소 중간체에 할당 될 수있다. <img alt="그림 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig6highres.jpg" width="500" /> 도 6. m / z가 = 39 및 41.로 공진 안정 라디칼 프로 파길위한 광 이온화 효율 곡선을 화염 샘플링llyl 명확하게 관찰 이온화 임계 값에 기초하여 식별 될 수있다. 이성체 조성물 알면 프로토콜 절에서 설명한 바와 같이, 질량 스펙트럼으로서 개별 종의 이성질체 특정 몰분율 프로파일의 결정을 허용하기 위해, 염 상이한 위치 내의 다양한 광자 에너지에 그리고에서 발췌 버너 표면으로부터의 거리의 함수입니다. 저압 예 혼합 버너의 화학 양론 프로 핀의 불꽃 풀벤 벤젠의 대표적인 몰 분율 프로필이 그림 7과 22에 나와 있습니다. 각 화염의 경우, 일반적으로 40 ~ 50 개인 몰 분율 프로필의 총에 이르기까지 종 결정 과학의 목표에 따라 M / Z = 1 m / z = 78 (벤젠 및 / 또는 풀벤)에 (H 원자) 또는 더 높은. 이 몰분율 프로필은 다음 연소 화학 모델의 예측 능력을 평가하고, V하는 데 사용되는그들을 alidate. <img alt="그림 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig7highres.jpg" width="500" /> 그림 7. 실험 몰분율 프로필. 저압 예 혼합 버너의 화학 양론 프로 핀의 불꽃 풀벤 벤젠의 프로필. 일반적인 에어로졸 질량 스펙트럼은 그림 8에 나와 있습니다. 그것은 프로판 반대 흐름 확산 화염 내에서 촬영했다. 이온 신호는 m / z = 226의 주위에 피크 150-600까지 M / Z 비율과 종족에 대한 관찰되었다. 이 질량 스펙트럼에 또는 가능 형성 경로를 해명 관찰 종의 모두를 식별하는 기능을 넘어 현재의 실험이다. 상기 한 (그리고 비디오에 표시)로 연료 콘센트에서 거리의 함수와 같은 질량 스펙트럼을 복용하는 것은 공간적으로 해결 프로필을 제공합니다. representative 예는 m / z = 256 (C 20 H 16) 종 그림 8의 입구에 표시됩니다. 유사 프로파일은 따라서 임의의 연소 화학 모델에 대한 검증 대상으로 사용할 수있는뿐만 아니라, 다른 종의 어떤을 위해 얻을 수있다. <img alt="그림 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig8highres.jpg" width="500" /> 프로판-O 2 반대 흐름 확산 화염에서 그림 8. 불꽃 샘플링 에어로졸 질량 스펙트럼. 입구는 m / z = 256에서 C 20 H 16 종에 대한 공간 분해 프로필 대표를 보여줍니다.

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Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

질량 분석의 모든 종의 온라인 분석 실험실 규모의 화염에서 가스 샘플링은 연소 과정 중에 발생하는 화합물의 복잡한 혼합물을 조사 할 수있는 강력한 방법입니다. 싱크로 생성 된 진공 자외선을 통해 조정 가능한 소프트 이온화와 결합,이 기술은 이성체 해결 정보와 잠재적 조각없는 질량 스펙트럼을 제공합니다.

고급 광원 불꽃 실험 : 그을음 형성 프로세스에 새로운 통찰력

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

flame-experiments-at-advanced-light-source-new-insights-into-soot

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12.7K 조회수.  Sandia National Laboratories.  질량 분석의 모든 종의 온라인 분석 실험실 규모의 화염에서 가스 샘플링은 연소 과정 중에 발생하는 화합물의 복잡한 혼합물을 조사 할 수있는 강력한 방법입니다. 싱크로 생성 된 진공 자외선을 통해 조정 가능한 소프트 이온화와 결합,이 기술은 이성체 해결 정보와 잠재적 조각없는 질량 스펙트럼을 제공합니다. 

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Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

Plasmonic 강화된 라이트 - 트래핑과 다결정 실리콘 박막 태양 전지

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

연구

공학

Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

The physical properties of a material are defined by its electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;) and momentum (k) and the probability to find them in a particular state with given &omega; and k is described by the spectral function A(k, &omega;). This function can be directly measured in an experiment based on the well-known photoelectric effect, for the explanation of which Albert Einstein received the Nobel Prize back in 1921. In the photoelectric effect the light shone on a surface ejects electrons from the material. According to Einstein, energy conservation allows one to determine the energy of an electron inside the sample, provided the energy of the light photon and kinetic energy of the outgoing photoelectron are known. Momentum conservation makes it also possible to estimate k relating it to the momentum of the photoelectron by measuring the angle at which the photoelectron left the surface. The modern version of this technique is called Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy (ARPES) and exploits both conservation laws in order to determine the electronic structure, i.e. energy and momentum of electrons inside the solid. In order to resolve the details crucial for understanding the topical problems of condensed matter physics, three quantities need to be minimized: uncertainty* in photon energy, uncertainty in kinetic energy of photoelectrons and temperature of the sample.
In our approach we combine three recent achievements in the field of synchrotron radiation, surface science and cryogenics. We use synchrotron radiation with tunable photon energy contributing an uncertainty of the order of 1 meV, an electron energy analyzer which detects the kinetic energies with a precision of the order of 1 meV and a He3 cryostat which allows us to keep the temperature of the sample below 1 K. We discuss the exemplary results obtained on single crystals of Sr2RuO4 and some other materials. The electronic structure of this material can be determined with an unprecedented clarity.

The overall goal of this method is to determine the low-energy electronic structure of solids at ultra-low temperatures using Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy with synchrotron radiation.

울트라 낮은 온도에서 각도 - 해결 Photoemission 분광법

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

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.

삼중 항 - 삼중 종말 최대 변환 시스템을 통합하면 하위 밴드 갭 빛에 염료 감응 형 태양 전지의 응답을 향상시키기 위해

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

Failure Analysis of Batteries Using Synchrotron-based Hard X-ray Microtomography

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent of lithium-ion batteries, researchers have known that the lithium metal anode has the highest theoretical energy density of any anode material. However, rechargeable batteries containing a lithium metal anode are not widely used in consumer products because the growth of lithium dendrites from the anode upon charging of the battery causes premature cell failure by short circuit. Lithium dendrites can also form in commercial lithium-ion batteries with graphite anodes if they are improperly charged. We demonstrate that lithium dendrite growth can be studied using synchrotron-based hard X-ray microtomography. This non-destructive imaging technique allows researchers to study the growth of lithium dendrites, in addition to other morphological changes inside batteries, and subsequently develop methods to extend battery life.

Synchrotron-based hard X-ray microtomography is used to image the electrochemical growth of dendrites from a lithium metal electrode through a solid polymer electrolyte membrane.

싱크로 기반 하드 X 선 Microtomography를 사용하여 배터리의 실패 분석

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent ...

Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is reported. The measurements were demonstrated at the 1-BM bending magnet beamline of the Advanced Photon Source (APS) at Argonne National Laboratory (ANL). By using a 2-D checkerboard &#960;/2 phase-shift grating, transverse coherence lengths were obtained along the vertical and horizontal directions as well as along the 45&#176; and 135&#176; directions to the horizontal direction. Following the technical details specified in this paper, interferograms were measured at different positions downstream of the phase grating along the beam propagation direction. Visibility values of each interferogram were extracted from analyzing harmonic peaks in its Fourier Transformed image. Consequently, the coherence length along each direction can be extracted from the evolution of visibility as a function of the grating-to-detector distance. The simultaneous measurement of coherence lengths in four directions helped identify the elliptical shape of the coherence area of the Gaussian-shaped X-ray source. The reported technique for multiple-direction coherence characterization is important for selecting the appropriate sample size and orientation as well as for correcting the partial coherence effects in coherence scattering experiments. This technique can also be applied for assessing coherence preserving capabilities of X-ray optics.

The measurement protocol and data analysis procedure are given for obtaining transverse coherence of a synchrotron radiation X-ray source along four directions simultaneously using a single 2-D checkerboard phase grating. This simple technique can be applied for complete transverse coherence characterization of X-ray sources and X-ray optics.

2-D 바둑판 위상 격자를 사용하여 여러 길을 따라 X 선 빔 일관성의 측정

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data acquisition times with high spatial resolution. In the electronics industry there is serious interest in performing failure analysis on 3D microelectronic packages, many which contain multiple levels of high-density interconnections. Often in tomography there is a trade-off between image resolution and the volume of a sample that can be imaged. This inverse relationship limits the usefulness of conventional computed tomography (CT) systems since a microelectronic package is often large in cross sectional area 100-3,600 mm2, but has important features on the micron scale. The micro-tomography beamline at the Advanced Light Source (ALS), in Berkeley, CA USA, has a setup which is adaptable and can be tailored to a sample&#39;s properties, i.e., density, thickness, etc., with a maximum allowable cross-section of 36 x 36 mm. This setup also has the option of being either monochromatic in the energy range ~7-43 keV or operating with maximum flux in white light mode using a polychromatic beam. Presented here are details of the experimental steps taken to image an entire 16 x 16 mm system within a package, in order to obtain 3D images of the system with a spatial resolution of 8.7 &#181;m all within a scan time of less than 3 min. Also shown are results from packages scanned in different orientations and a sectioned package for higher resolution imaging. In contrast a conventional CT system would take hours to record data with potentially poorer resolution. Indeed, the ratio of field-of-view to throughput time is much higher when using the synchrotron radiation tomography setup. The description below of the experimental setup can be implemented and adapted for use with many other multi-materials.

For this study synchrotron radiation micro-tomography, a non-destructive three-dimensional imaging technique, is employed to investigate an entire microelectronic package with a cross-sectional area of 16 x 16 mm. Due to the synchrotron&#39;s high flux and brightness the sample was imaged in just 3 min&#160;with an 8.7 &#181;m spatial resolution.

멀티 스케일 3 차원 마이크로 전자 패키지를 조사하는 방사광 Microtomography 사용

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

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.

벌크 이종 접합 태양 전지의 인쇄 제작 및<em&gt; 현장에서</em&gt; 형태학 특성

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

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a microfluidic chamber assembled in the specimen holder for Transmission Electron Microscopy (TEM) and STEM. The microfluidic system consists of two silicon microchips supporting thin Silicon Nitride (SiN) membrane windows. This article describes the basic steps of sample loading and data acquisition. Most important of all is to ensure that the liquid compartment is correctly assembled, thus providing a thin liquid layer and a vacuum seal. This protocol also includes a number of tests necessary to perform during sample loading in order to ensure correct assembly. Once the sample is loaded in the electron microscope, the liquid thickness needs to be measured. Incorrect assembly may result in a too-thick liquid, while a too-thin liquid may indicate the absence of liquid, such as when a bubble is formed. Finally, the protocol explains how images are taken and how dynamic processes can be studied. A sample containing AuNPs is imaged both in pure water and in saline.

This protocol describes the operation of a liquid flow specimen holder for scanning transmission electron microscopy of AuNPs in water, as used for the observation of nanoscale dynamic processes.

스캔 전송 전자 현미경을 사용하여 액체에 나노 크기의 개체의 동적 프로세스를 공부

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional component that should have high electrical conductivity, high mechanical properties, and high productivity.
In this regard, a carbon fiber/epoxy resin composite can be an ideal material to replace the conventional graphite bipolar plate, which often leads to the catastrophic failure of the entire system because of its inherent brittleness. Though the carbon/epoxy composite has high mechanical properties and is easy to manufacture, the electrical conductivity in the through-thickness direction is poor because of the resin-rich layer that forms on its surface. Therefore, an expanded graphite coating was adopted to solve the electrical conductivity issue. However, the expanded graphite coating not only increases the manufacturing costs but also has poor mechanical properties.
In this study, a method to expose fibers on the composite surface is demonstrated. There are currently many methods that can expose fibers by surface treatment after the fabrication of the composite. This new method, however, does not require surface treatment because the fibers are exposed during the manufacture of the composite. By exposing bare carbon fibers on the surface, the electrical conductivity and mechanical strength of the composite are increased drastically.

A protocol to expose bare fibers on the composite surface by eliminating resin rich area is presented. The fibers are exposed during fabrication of the composites, not by the post surface treatment. The exposed carbon composites exhibit high electrical conductivity in the through-thickness direction and high mechanical property.

새로운 복합 제조 방법의 실험적 구현: 소프트 레이어 방법으로 복합 표면에 벌 거 벗은 섬유 노출

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder microdiffraction two-dimensional (2D) maps at beamline 12.3.2 of the Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory. Measurements can be performed on any sample that is less than 10 cm x 10 cm x 5 cm, with a flat exposed surface. The experimental geometry is calibrated using standard materials (elemental standards for XRF, and crystalline samples such as Si, quartz, or Al2O3 for diffraction). Samples are aligned to the focal point of the x-ray microbeam, and raster scans are performed, where each pixel of a map corresponds to one measurement, e.g., one XRF spectrum or one diffraction pattern. The data are then processed using the in-house developed software XMAS, which outputs text files, where each row corresponds to a pixel position. Representative data from moissanite and an olive snail shell are presented to demonstrate data quality, collection, and analysis strategies.

We describe a beamline setup meant to carry out rapid two-dimensional x-ray fluorescence and x-ray microdiffraction mapping of single crystal or powder samples using either Laue (polychromatic radiation) or powder (monochromatic radiation) diffraction. The resulting maps give information about strain, orientation, phase distribution, and plastic deformation.