그라 펜 종이의 관대 한 기부에 대한 XG 과학에 감사합니다. 관대 우리가 마이크로 드릴링 장비를 사용시키는 박사 C. 프리드리히에게 감사합니다. 특별 감사는 비디오를 해설에 Tayloria 아담스로 확장된다.

1. 박판 전극 / 절연 3D 구조를 제작 <ol><li> 6 그라 핀 층의 경우, 5 테이프 계층 장치는 6 0.7 ㎝ × 1.5 ㎝의 직사각형으로 메스 또는 유사한 면도날과 가장자리가 직선 자와 그래 핀의 종이를 잘라 다섯 1.3 cm로 양면 압력에 민감한 테이프를 가위로 잘라 사용 X ~ 5cm 줄무늬. 주 :도 1a에 도시 된 바와 같이, 이것은 3 접지 전극, 3 AC 신호 전극 소자를 수득 하였다. 층의 폭을 실시 7m​​m 쉽게 드릴링 충분히 넓은 아직, 유리 슬라이드에 들어갈 정도로 좁다. 2 mm 길이 쉽게 반복 사용에 휴식과 구리 와이어를 부착 할 수있는 충분한 공간이되지 않습니다. 장치의 깊이는 엔드 밀 깊이에 의해 제한됩니다. </li><li> 깨끗한 유리 슬라이드에 그래 핀 용지의 첫 번째 레이어를 놓습니다. 천천히 두 개의 인접한 그래 핀 종이 층 사이의 절연 (그림 1b을 보장하기 위해 ~ 2mm의 여백을두고, 테이프의 한 스트라이프와 그래 핀 종이의 한쪽 끝을 커버 </strong&gt;). </li><li> 그라 펜 용지 (도 1A)의 첫번째 층에 오프셋 테이프 위에 그래 핀 종이의 두번째 층을 배치. 층 사이 좋은 바다 표범 어업을 보장하기 위해 각 전도 층을 첨가 한 후, 적당한 압력 (엄지 손가락으로 균일하게 눌러 ~ 100 N 0.7 cm 이상의 2 영역)을 적용합니다. </li><li> 반복의 맨 위 층과 맨 아래 층의 그래 핀 종이 모두를 떠나, 1.2, 나머지 층 1.3 단계를 반복합니다. 그래 핀 종이 층 사이의 밀폐 된 절연 보장하기 위해 작은 ~ 1mm의 여유 떠나는 장치의 가장자리에서 여분의 테이프를 제거하기 위해 그림 1b에 표시된 점선을 따라 잘라 (그림 1B). 참고 : 양면 테이프이 적층 구조로 파편을 수집 방지하기 위해 상단과 하단 레이어를 드릴로 슬라이드에 장착, 사용 및 샘플로 작성되지 않았습니다. </li><li> 멀티 미터 (저항 모드)와 함께 빠른 절연 테스트를 수행합니다. 일의 두 가지 측면의 긍정과 부정 프로브의 위치를전자 장치 (그림 1C에 A와 B); 고 저항 (메가 옴 킬로로는) 층 사이 좋은 절연을 나타냅니다. 마이크로 우물 시추 준비하기 위해 유리 슬라이드에서 계층 구조를 제거합니다. NOTE : 인접하는 그라 펜 종이 층이 1.4 내지 1.2 단계 동안 접촉 할 때 장치는 일반적 절연 테스트에 실패한다. 이러한 장치를 폐기하십시오. </li></ol> 2. 적층 구조의 마이크로 잘 드릴 <ol><li> 컴퓨터 제어 기계 마이크로 밀링 머신을 사용하여 직경 700 μm의 컷 2.1 mm 길이 엔드 밀을 선택합니다. 적절한 클램프를 사용하여 마이크로 밀링 무대에서 적층 구조 고정시킨다 (그림 2A와 B). 8,600 rpm의 밀링 기계 스핀들을 실행 한 후 엔드 밀 천천히에와 적층 구조의 중심을 내립니다. 안쪽 벽을 부드럽게 마이크로 웰을 통해 위아래로 회전 엔드 밀을 이동합니다. <ol><li> 마이크로 잘 선택컷의 화면 비율의 사용 가능한 엔드 밀 직경 / 길이의 제약을받습니다 직경. 마이크로 웰의 내부 표면은 마이크로 웰을 통해 최적의 전계 그라데이션과 빛 통과를 위해 가능한 한 수직하고 깨끗한 지 확인합니다. </li></ol></li><li> 압축 공기와 마이크로 잘 깨끗 파편. 1.5에 설명 된대로 다른 절연 테스트를 수행합니다. </li></ol> 3. 적층 구조로 전기 리드를 연결합니다 <ol><li> 2cm에서 직각으로 두 3cm 길이 32 G 구리 와이어를 접습니다. ~ 혼합 부와 실버 전도성 에폭시 B 1.5 ML. 주 : <img alt="식 (1)" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51696/51696eq1.jpg" /></li><li> 수동으로 정상에 혼합은 에폭시를 적용하고 3 그래 핀 종이 층의 팁 적층 구조 (그림 1C)의 측면에 레이어 사이 좋은 접촉을 보장하기 위해, 다음 에폭시와 두 사이에 1cm 구리 철사 끝을 배치 층. 부드럽게 평방여분의 에폭시를 제거하고 좋은 전기적 접촉을 보장하기 위해 레이어를 ueeze. 적층 구조의 B면에 대해 반복합니다. </li><li> 하룻밤에 70 ° C와 1 기압을 건조, 오븐 선반에 전체 장치를 놓습니다. </li></ol> 4. 샘플 및 미디어를 준비 <ol><li> 전도도 측정기를 사용하여 전도도의 스펙트럼, 290 mM의 만니톨 원액 및 등장 인산 완충 생리 식염수 (PBS)의 직렬 추가의 등장 미디어를 준비합니다. 참고 : 선형 상관 관계가 ~ 290 mOsm / L 만니톨 용액 (비전 도성)에서 (수행) ~ 290 mOsm / L PBS의 전도도 및 볼륨 농도 사이에 존재합니다. 비디오는 0.01 S / M 전도성 매체를 제공합니다. </li><li> 부피 비율 : 1:50 권 준비 전도성 매체 또는 전자 순수한 물 (~ 5 × 10 -6 S / M)와 폴리스티렌 구슬을 섞는다. 이 프로토콜은 물론 생물 세포에 쉽게 적응할 수있다. </li></ol> 5. 설정 실험 및 장치를 작동 <ol><li> 장치 O를 클램프수정 된 종이 클램프 또는 이와 동등한를 사용하여 적당한 압력 (그림 2D)와 유리 슬라이드 피하려면. 재단은 샘플의 누설을 방지 유리 슬라이드에 적층 구조 인감 마이크로 웰에 가까이 있어야한다. 클램프는 적층 구조의 변형을 방지에 최적화 된 압력)로 현미경 단계에 맞게, 그리고 b)는 마이크로 잘 액이 누출되지 않습니다 확인해야합니다. 변형은 실험의 재현성을 감소 웰 형상 및 광로를 변경한다. </li><li> 마이크로 주사기 또는 동급을 사용하여, 천천히 마이크로 우물에 샘플 ~ 1 μl를 주입하고 거품을 도입하지 마십시오. 필요한 경우 주사를 반복하고 날카로운 바늘로 마이크로 우물 벽을 손상하지 않도록주의를 사용합니다. 약간 마이크로 웰을 너무 많이 넣다 즉시 초과 액체를 제거 증발을 방지하고 각 실험 재현 볼륨을 보장하기 위해 마이크로 이상 잘 커버 유리를 밀어 넣습니다. 참고 : SCOR에 잘 작동 glasscutter 다이아몬드 팁크기에 전자 및 균열 커버 유리. </li><li> 현미경 단계로 완성 된 적층 마이크로 디바이스 보안 장치에 연결되는 두 개의 구리 함수 발생기의 전극 와이어를 연결합니다. AxioVision의 (혈구 소프트웨어)에서 다차원 획득 모드에서 카메라 녹화를 시작하는 버튼을 클릭합니다. 적용된 전기장이없는 응답을 문서화하는 CCD 카메라 녹화를 시작한 후 고정 기간에 함수 발생기 신호를 시작합니다. 참고 : 다음은 100 Hz에서 15 V 피크 투 피크 신호 MHz의 주파수 (10)에 적용하고, 실험을 2 초 동안 유리 슬라이드 표면 위의 1 내지 200에 10 배 배율로 관찰되었다 필드없이 필드 ~ 5 분을 적용. 이미지는 디지털 방식으로 추가 분석을 위해 초 (FPS) 당 1 ~ 5 프레임으로 저장되었습니다. </li><li> 실험 종료 후, 장치를 제거하고 클램프를 해체. 세제를 탄 물을 유리 슬라이드 및 장치 모두를 체험 한 후 잘 헹구어. 30 시간에 대한 재사용 장치일관된 성능의. </li></ol> 6. 데이터 분석 및 이미지 처리 <ol><li> 같은 ImageJ에이 바람직 소프트웨어와 이미지 데이터를 분석합니다. 주어진 시간 단계에서 연속적인 이미지 사이의 입자 변위에서 속도를 계산합니다. </li><li> 추세를 컴파일 이론 (29) 비교하는 속도에 따라 실험 DEP 힘과 필드 강도를 계산한다. </li><li> 방사상 전계 구배의 형상과 부합하는 마이크로 웰 형상의 측정 입자 속도. 마이크로 아니라 가장자리에서 중심으로, 7 지역에서 발생 8 동심 등전점 윤곽 (350, 300, ... 50, 0 μM)를 식별합니다. 참고 : 50 ㎛ 거리가 속도를 계산하는 데 사용 된 통과하는 입자의 시간을. 기하학적 인 변형을 필요하게되면, 등전위 등고선 약간 조정 하였다. </li></ol>

저자는 공개 할 충돌이 없습니다.

이 원고는 소설 6 그라 핀 층과 5 테이프 층의 마이크로 디바이스를 제조하기위한 프로토콜을 자세히 설명합니다. 또한, 장치의 동작은 독특한 기하학적 관련 입자 속도 분석 방법과 함께 6.08 μm의 폴리스티렌 비즈 관찰 DEP 행동을 통해 설명된다. 동등하게 신뢰할 수있는 결과를 산출하면서 비선형 동 전기 장치를 구성하는 이러한 다양한 접근 방식은 전극과 유체 층의 미세 가공 기술보다 비용이 ...

그래 핀은 높은 품질의 전자 특성과 잠재적 인 화학 및 바이오 센서의 응용 프로그램 1 알려진 새로운 소재입니다. 그래 핀 nanoplatelets 촉매 지원 2, 3, 바이오 센서 4, 슈퍼 커패시터 (5), 그래 핀 / 폴리아닐린 및 실리콘 나노 입자 / 그래 핀 합성 6-8 등의 복합 전극에 사용되어왔다. 이 원고는 고유 한 3 차원 (3D)의 전극 층 미세 유체 장치로 그래 핀 종이의 사용을 설명합니다. 그래 핀 종이 전극은 절연 양면 테이프 및 폴리스티렌 구슬의 3D AC의 유전 영동을 수행 한 내 드릴 챔버 적층 하였다. 유전 (DEP)가 균일하지 않은 전기장에서 극성 입자의 이동을 의미한다. 입자가 다소 극성 주변 매체, 열매보다 때 긍정적 인 DEP (pDEP) 또는 음의 DEP (NDEP)가 발생각각 강한 또는 약한 전기장을 향한 움직임에 lting. 이 비선형 동 전기 도구, 정렬 트래핑, 입자 및 세포 생물학 9-15의 식별, 분리에 사용되었습니다. 편광 된 입자에 의해 경험 유전 힘은 전기장 구배, 입자 모양과 반경 전도도 및 유전율 등 입자 유전 특성뿐만 아니라 미디어 전도도와 유전율의 함수이다. 기존의 2 차원 (2D) DEP에서, 입자 운동은 일반적으로 미세 표면 전극 사이에 형성된 전계 구배의 주 평면에있다; 수직 방향의 운동은 대부분의 장치에서 평면 방향에 비해 무시할 수있다. 그러나 3D DEP에 대한 전기장 구배이 3 차원을 활용하면 시료 처리량이 가능하며 흐름이 트라 베되는 새롭고 개선 된 유전 분리를 디자인하는 다양성을 증가필드 RSE는 16, 17 그라디언트. 다른 특정한 디자인은 3D 절연체 기반 DEP 18 일 3D 탄소 전극 DEP 13, 19, 및 DEP (10)를 전기 3D 있습니다. 3 차원 구조로 연구에 의해 입증되는 바와 같이, 이러한 장치는 높은 처리량을 달성하기 위해 연속 흐름 모드로 동작 할 수있다. 우리 계층화 3D 장치에서 3D 입자 운동의 관측은 상이한 초점 높이에서 광학 현미경을 통해 주파수 및 중간 도전성의 함수로서 이루어진다. Fatoyinbo 등. 먼저 대안 누적 30 μm의 알루미늄 호일 및 150 μm의 에폭시 수지 필름 (20)을 사용하여 전극 / 절연 구조를 적층 3D로 DEP를보고했다. Hubner 등은. 후 35 ㎛의 구리 테이프와 118 μm의 폴리이 미드 접착제 (21)와 유사한 3 차원 적층 전극을 설계했습니다. 이 작품은 3D 잘 디자인 22, 23를 빌려, 고유 밀봉 충분한 전기 차폐 달성 절연 층 등 전도성 층과 100 μm의 양면 테이프로 50 μm의 그라 핀 종이의 편의를 사용합니다. 그래 핀 nanoplatelets 동시에이 그룹은 이전에 24을 입증 바이오 센서로 행동 할 수있는 능력을 가지고 있기 때문에 그래 핀 종이 다재 다능 한 3 차원 전극 마이크로 디바이스에 대한 뚜렷한 장점입니다. 그라 펜 종이 / 중합체 내에 달성 필드 구배 차원 마이크로 디바이스는 마이크로 웰 치수, 그라 펜 종이 층 및인가 전계에 따라 적층. 임계 치수는 세로 전극의 간격 (층 두께 전도성 및 절연성) 및 마이크로 웰 지름과 높이 (적층에 의해 결정)을 포함한다. 전기 신호는 진폭 및 주파수를 통해 조정될 수있다. 현재 장치의 구조는 배치 작업이지만, 연속 흐름 장치에 맞출 수 있습니다. 장치 FAB여기에 설명 rication 기술은 3D가 단순히 사용되는 그래 핀의 용지를 교환하여 그래 핀 nanoplatelet의 다양한 속성에 전극을 적층 개발에 적합하다. 그라 펜 용지를 이용하는 장점은 물리적 및 화학적 특성의 다양성, 감소 된 비용이며, 바이오 센서는 bioanalytes (24)의 넓은 범위를 검출하기 그라 펜 nanoplatelets 동시에 작용할 수있다. 높은 처리량의 3D DEP 시스템의 장기 목표는 빠르게 세포 유형에게 25 ~ 27을 확인하거나 건강한 세포 (28)의 집단에서 병에 걸린 세포의 라벨이없는 전기적 매개 세포 정렬을 달성 할 수 있습니다. 이 논문은 재료의 최적화 및 그림 전형적인 결과를 분석 한 다음 장치의 준비와 작업을 보여줍니다.

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

development of a 3d graphene electrode dielectrophoretic device

50 ㎛ 두께의 그라 핀 종이와 100 μm의 양면 테이프를 사용하여 새로운 차원 전극 마이크로 디바이스의 설계 및 제조가 설명되어 있습니다. 이 프로토콜은 다양한 재사용, 다중 층 적층 유전 챔버를 구성하는 절차에 대해 자세히 설명합니다. 특히, X 0.7 cm X 2cm의 그래 핀 종이 50 ㎛ 및 양면 테이프의 5 개의 층의 6 개의 층이 교대로 함께 적층 한 후 유리 슬라이드에 고정. 이어서 700 ㎛의 직경이 마이크로 웰 컴퓨터 제어 마이크로 드릴링 머신을 사용하는 적층 구조체를 통해 천공 하였다. 인접하는 그라 펜 층들 사이의 테이프 층의 절연 특성은 저항 시험으로 확신되었다. 실버 전도성 에폭시는 그라 펜 용지의 교대 ​​층을 접속하고 그래 핀 종이 및 외부 구리 와이어 전극 사이의 안정적인 연결을 형성. 완성 된 장치는 다음 클램핑하고 유리 슬라이드로 밀봉 하였다. 전기장 구배 t 내에 모델링된다그 다층 소자. 6 μm의 폴리스티렌 비즈의 유전 행동은 0.0001에서 S / M 1.3 S / M에 이르기까지 다양한 매체 전도도 깊은 마이크로 아니라 1mm에 보여, 10 MHz로 100 Hz에서에서 신호 주파수를 적용했다. 음의 유전 응답은 주파수 값이 이전에보고 된 문헌 값과 일치 도전 주파수 공간과 크로스 오버의 가장 위에 입체적으로 관찰되었다. 장치는 AC의 전기 삼투 및 전열 낮고 높은 주파수 영역에서 발생한 유동, 각각을 방지하지 않았다. 이 장치에 사용되는 그래 핀의 논문은 다재다능하고 유전 특성 분석이 완료된 후 이후 바이오 센서로 작동 할 수 있습니다.

6 μm의 폴리스티렌 구슬 유전 실험은 0.38 mm 3 원통형 마이크로 잘 수행했다. 결과는 3 차원 그래 핀 종이 기반의 장치가 3 차원 금속 호일 적층 장치 20, 21, 전통적인 2D 금속 전극 (26, 27)와 유사한 유전 서명을 설명하고, 제 2 절연체 장치 (25) 수 적층 것을 보여줍니다. 다음 실험에서, 15 V 피크 - 피크 AC 신호를 적용하고, 주파수는 100 Hz에서 30 MHz의 10에?...

Watch this Scientific Journal Video about Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device at JoVE.com

Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

높은 처리량 잠재력을 가진 마이크로 디바이스는 새로운 재료와 3 차원 (3D) 유전 (DEP)를 설명하는 데 사용됩니다. 그래 핀 nanoplatelet 종이 양면 테이프가 교대로 적층 하였다; 700 μm의 마이크로 웰 층에 가로을 드릴 하였다. 폴리스티렌 비즈의 DEP 동작은 마이크로에 잘 입증되었다.

3D 그래 핀 전극 유전 영동 장치의 개발

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

development-of-a-3d-graphene-electrode-dielectrophoretic-device

Research

JoVE Journal

Engineering

11.9K 조회수.  Michigan Technological University.  높은 처리량 잠재력을 가진 마이크로 디바이스는 새로운 재료와 3 차원 (3D) 유전 (DEP)를 설명하는 데 사용됩니다. 그래 핀 nanoplatelet 종이 양면 테이프가 교대로 적층 하였다; 700 μm의 마이크로 웰 층에 가로을 드릴 하였다. 폴리스티렌 비즈의 DEP 동작은 마이크로에 잘 입증되었다. 

비디오: Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

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

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

고체 산화물 연료 전지의 전극 표면을 탐색 및 매핑

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

연구

공학

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses triangulation between matching points in two views of the same scene at different angles to compute depth.&#160;However, unlike a stereo-based method, DFP uses a digital video projector to replace one of the cameras1. The projector rapidly projects a known sinusoidal pattern onto the subject, and the surface of the subject distorts these patterns in the camera&#8217;s field of view. Three distorted patterns (fringe images) from the camera can be used to compute the depth using triangulation.
Unlike other 3D measurement methods, DFP techniques lead to systems that tend to be faster, lower in equipment cost, more flexible, and easier to develop.&#160;DFP systems can also achieve the same measurement resolution as the camera.&#160;For this reason, DFP and other digital structured light techniques have recently been the focus of intense research (as summarized in1-5). Taking advantage of DFP, the graphics processing unit, and optimized algorithms, we have developed a system capable of 30&#160;Hz 3D video data acquisition, reconstruction, and display for over 300,000 measurement points per frame6,7.&#160;Binary defocusing DFP methods can achieve even greater speeds8.
Diverse applications can benefit from DFP techniques. Our collaborators have used our systems for facial function analysis9, facial animation10, cardiac mechanics studies11, and fluid surface measurements, but many other potential applications exist.&#160;This video will teach the fundamentals of DFP techniques and illustrate the design and operation of a binary defocusing DFP system.

This video describes the fundamentals of digital fringe projection techniques, which provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;It also demonstrates the design and operation of a high-speed binary defocusing system based on these techniques.

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

Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

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

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

액체 금속 전극의 초음파 속도 측정

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

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

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

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

개별 나노 입자의 3D 원소 매핑에 대한 에너지 분산 X 선 단층 촬영

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

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

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

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

합성 및 3D 나노 그래 핀 소재의 기능화 : 그래 핀 에어로젤과 그래 핀 매크로 어셈블리

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

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

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

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

리튬 이온 코인 셀의 비수 전극 가공 및 건설

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

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

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

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

유기 광전자 소자에 대 한 3D 인쇄 챔버 저하 테스트

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

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

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

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

3 전극 동전 전지 준비 및 Electrodeposition 리튬-이온 배터리에 대 한 분석

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

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

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

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

2 차원 일렉트로닉스를 조작 하는 표준 및 신뢰할 수 있는 방법

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

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

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

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

비접촉식 공진성 유전체 분광연구용 셀룰로오스 종이 공진법 개발

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