We acknowledge the services of Stanley Flegler, Carol Flegler, and Abigail Tirrell at the MSU Center for Advanced Microscopy. We thank Ray Clark and Mark Wilson for technical assistance with the set-up of the electrochemical etching apparatus. Earlier contributions from Anne Benjamin, Georg Bollen, Rafael Ferrer, David Lincoln, Stefan Schwarz and Adrian Valverde, and technical assistance from John Yurkon are also acknowledged. This work was partially supported by the National Science Foundation contract no. PHY-1102511 and PHY-1307233, Michigan State University and the Facility for Rare Isotope Beams, and Central Michigan University.

1. 전기 화학적 에칭 <ol><li> 실험 셋업 <ol><li> 기구 주 : 전기 화학적 에칭 셋업 표준 영 요구 - 30 V의 직류 (DC) 벤치 탑 전원 공급 장치 및 해당 케이블, 전기 절연성 그립 분리 깔때기 넓은 기본 유리 비커, 표준로드 유틸리티 클램프. 작은 나사, 절연 스탠드 오프 및 악어 클립도 필요합니다. 추가 항목,도 1의 에칭 장치의 그림에 대하여 설명 및 도시는 제조되어야한다. <ol><li> 약 100mm 길이 6mm 직경의 알루미늄 막대에서 텅스텐 막대 홀더를 확인합니다. 중앙에 0.5 mm 직경 약 8 mm 깊은 구멍을 드릴, 제자리에로드를 유지하는 측면에서 4-40 나사의 나사 구멍을합니다. </li><li> 약 75mm × 20 ​​mm의 약 100mm X 30mm × 3 mm 두께의 동판에서 상대 전극을X 1.5 mm 깊이 그것에 분쇄 저장조 및 중앙에 직경 1.5 mm의 구멍. 긴 대향 전극의 뒷면에 스탠드 오프 절연 약 15mm를 연결합니다. </li><li> 약 75 × 20 ​​× 20 ​​밀리 구리 블록에 6mm 직경 8mm 깊은 구멍을 천공하여 FEP 포수를 확인합니다. </li></ol></li><li> 텅스텐 막대의 제조 <ol><li> 약 25 mm의 길이로 0.5 mm 직경의 텅스텐 막대를 잘라 와이어 가위를 사용합니다. </li><li> 15 분 동안 초음파 욕조에서 아세톤의로드를 청소합니다. </li><li> 탈 이온수로 막대를 씻어. </li></ol></li><li> 에칭 솔루션 주의 : NaOH 용액은 부식성 알칼리 용액 - NFPA 704 레이블 : 인화성 (0), 건강 (3), 불안정 / 반응성 (0), 특수 (COR) - 그리고는 피부와 접촉하면 화학 화상을 입을 수 있습니다 또는 눈. 연기 흡입은 호흡기에 자극과 화상을 입을 수 있습니다. NaOH 용액 취급 WEAR 화학 고글과 눈을 보호하기 위해 안면 보호대 및 장갑과 피부를 보호하는 에이프런. 흄 후드에서 에칭 절차를 수행하거나 호흡 보호구를 착용 할 것. 희석 된 NaOH 용액을 제조하는 단계 1.1.3.1를 수행 할 때주의를 기울여야한다. 이 과정은 고도의 발열 화상의 원인 또는 인화성을 점화하고, 용액 용기 밖으로 비산시킬 수있다 열을 방출 할 수있다. <ol><li> 400 ml의 총 부피를 탈 이온수 370 ㎖로 중량 NaOH 용액에 의해 50 % 30 ㎖를 조합하여 1.5 M NaOH 용액을 만든다. </li><li> NaOH 용액으로 분별 깔때기를 입력합니다. </li></ol></li><li> 컷 - 오프 회로 주 : DC 전원 공급 장치는 수동으로 작동 될 경우에는 텅스텐 막대 (1.2.2 참조)를 통해 모든 방법으로 에칭되면, 그 오퍼레이터는 전원을 끌 것이다. 수동 조작의 경우, 1.2 단계로 건너 뜁니다. 직류 전원을 자동으로 차단 들면, 차단 회로 (에 도시 &lt;강한&gt; 그림 2와 아래에 설명)을, 구성되어야한다. 여기서, 우리는 DAQ 카드를 사용하여 컴퓨터 제어를 구현한다. <ol><li> 직류 전원에 직렬로 전류계를 연결한다. </li><li> 회로의 텅스텐로드 / 카운터 전극 에칭 다리 평행 시리즈 대신에 두 개의 레지스터, R 1 및 R 2를 연결한다. (R 1 및 R 2의 공칭 값은 R = 1 kΩ의 5 및 R 2 = 10 kΩ의이다.) </li><li> 아날로그 - 디지털 컨버터 (ADC) 및 적합한 컴퓨터 제어 소프트웨어, 예를 들어, LabVIEW로 저항들 중 하나를 가로 지르는 전압을 모니터링한다. 모니터링 된 전압, V의 월이 때문에, 저항 모두 양단 전압과 관련이있을 수 있으며, 에칭 다리 V 에칭 양단 전압 경유 (4) <img alt="식 (19)" src="/files/ftp_upload/54030/54030eq19.jpg" /> , w여기 전압은 R 1에서 모니터링되고있다. </li><li> 에칭 회로에 직렬로 저 저항의 저항 R에 L = 1 Ω을 연결한다. 이 저항 양단의 전압을 기록하기 위해 ADC에 제 2 채널을 사용한다. 내가 ≈ V의 L / R의 L 에칭을 통해 에칭 현재는 발견된다. (만 약 1mA는 회로의 모니터 다리를 던져 흐른다.) </li><li> 세트 값 위의 에칭 전압이 증가 또는 설정 값 아래 에칭 전류 방울의 것을 나타내는 경우 중 소프트웨어, 출력 디지털 입력 / 출력 채널 (DI / O)에서 5 V TTL 신호를 프로그램을 작성 텅스텐 막대를 통해 모든 방법을 식각했다. 이 값은 사용되는 에칭 전류 NaOH 용액의 몰 농도에 의존하고, 실험 테스트 실행하여 결정되어야한다. </li><li> 도 2에 도시 된 바와 같이, O의 5 V TTL 신호를 준비펜 릴레이는 전류의 흐름을 정지합니다. </li></ol></li></ol></li></ol><img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/54030/54030fig2.jpg" /> 회로의 에칭도 2 회로도. 에칭 회로의 개략도 일정한 DC 식각 전류를 제공하기 위해 사용된다. 전류는 낮은 저항 저항 양단의 전압을 모니터링하여 결정되며, 전압은 ADC를 사용하여 고 저항 저항 양단의 전압을 모니터링하여 기록된다. 컴퓨터 프로그램은 현재를 모니터링하고 지정된 값 아래 현재의 방울 한 번 에칭 회로를 여는 릴레이에 5 V 출력 신호를 제공합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54030/54030fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <ol start="2"><li> 에칭 과정 <ol><li> 장치 준비 <ol><li> appar을 설정ATUS 넓은 기본 유리 비이커 및 그 위에 위치하는 전기동 내에 배치 구리 FEP 포수 블록과,도 1에 도시 된 바와 같이, 절연 애자로 떨어져 이격. </li><li> 원하는 값 전형적 200mA로 DC 전원 공급 장치의 전류를 설정한다. </li><li> 홀더에 텅스텐 막대를 놓고 악어 클립으로 4-40 유지 나사에 DC 전원의 양극 단자를 연결한다. </li><li> 구리 음극의 구멍을 통해 텅스텐 막대 삽입되도록 텅스텐로드의 약 12​​ mm의 구멍을 통과한다. </li><li> 다른 악어 클립 구리 캐소드 전원의 음극 단자에 연결한다. </li></ol></li><li> 에칭 <ol><li> 수동 구멍을 통해 약 1 드립 매 3 초 드립 속도와 일치하도록 분별 깔대기의 적하 속도를 조절한다. 전체되기 위해 구리 음극에 저장 기다립니다. </li><li> b에 직류 전원을 켭니다egin 에칭. </li><li> 수동 모드에서 동작 할 경우, 팁의 저부를 통해 모든 방법을 에칭하고 내려지면, DC 전원을 끄. 자동 차단 스위치를 작동하면, 에칭 전류가 차단됩니다 자동으로로드를 통해 에칭하면. </li></ol></li></ol></li></ol> 전계 방출 포인트 2. 특성 <ol><li> 팁 검사 <ol><li> 조심스럽게 집게 나 핀셋을 사용하여 포수 블록의 하단 끝 부분을 제거합니다. 4-40 나사를 풀고 부드럽게 집게 나 핀셋으로 상단 끝을 잡아 당겨 텅스텐 막대 홀더에서 상위 팁을 제거합니다. </li><li> 아세톤으로하고 탈 이온수로 씻어. </li><li> 광학 현미경으로 검사합니다. 팁 좋은 점에 테이퍼 볼 수 있습니다. 그들은 절곡 또는 일반 원뿔 구조를 가지지 않기 때문에, 폐기되어야 예, 그렇지 않은.도 3은 예를 나타낸다 (a) 좋은 팁 (b) 굽힘 팁. </li><li> 데시 케이 터에 보관 팁. </li></ol></li></ol><img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54030/54030fig3.jpg" /> FEP 팁 그림 3. 광학 이미지입니다. (A) 좋은 팁 및 (b) 나쁜 팁, 광학 현미경을 통해 볼 수있다. 그림 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54030/54030fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <ol start="2"><li> 주사 전자 현미경 (SEM) 영상 <ol><li> 의 콘을 보려면 약 1,800X 및 37,000X의 배율에서 제조 업체의 프로토콜에 따라 SEM에서 (그림 4 예를 들어, 참조) 이미지를 SEM 이미지를 들어, 전도성 홀더에 안전하게 FEP 팁 테이프를 실시하여 나에게 돌려서 각각 팁과 팁 끝. </li></ol></li> &lt;/ OL&gt; <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/54030/54030fig4.jpg" /> SEM 영상 그림 4. FEP 홀더. (A) 상단과의 그림 (b)는 SEM과 영상이. 반면 FEPs을 확보하는 데 사용되는 홀더의 바닥 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54030/54030fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/54030/54030fig5.jpg" /> 도 5의 전계 방출 장치에 관한 것이다. 상기 장치의 회로도는 전자빔을 생성하도록 진공 상태 FEPs에 HV를 적용하는 데 사용. 전자 빔 전류가 picoammeter와 패러데이 컵 모니터링된다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54030/54030fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <ol start="3"><li><stroNG&gt; 전계 방출 테스트 <ol><li> 기구 참고 : 전계 방출은 다음과 같은 또는 유사한 테스트의 경우, 장비가 필요합니다 : 6 길 6 2 ¾ &quot;conflat 플랜지 길이가 제로 어댑터, SHV에&quot;conflat 플랜지 크로스, 진공 챔버로 세 6 봉사 &quot;(안전 2 ¾에 높은 전압) 피드 스루 &quot;conflat 플랜지, 2 ¾에 BNC 피드 스루&quot;conflat 플랜지, 2 ¾에 선형 피드 스루 &quot;conflat 플랜지, 6&quot;conflat 플랜지 창, 빈 6 &quot;conflat 플랜지 해제하는 터보 진공 펌프는 6 &quot;conflat 플랜지에 장착하고, 백킹 펌프 (예를 들어, 스크롤 펌프)가 터보. -5 kV의 최대 전달 능력 고전압 (HV) 전원은 FEP 바이어스 필요하며 picoammeter은 예 13 참조 패러데이 컵에 FEP로부터 방출하고 수집 된 전자 전류를 감시 할 필요가있다. 패러데이 컵 대신에 간단한 도전성 수집 판을 사용할 수있다. schemati을전계 방출 설정의 C는도 5에 도시되어있다. <ol><li> 두 번째 텅스텐 막대 홀더 (단계 1.1.1.1 참조)합니다. FEP에 홀더의 대향 단부에서, 1 mm 직경의 구멍을 뚫고, 드릴 SHV 피드 스루의 진공 측에 고정하는 4-40 스크루로드의 측면에 구멍을 눌러. </li><li> 셋업 전계 방출 장치는도 5에 도시 된 바와 같이. 패러데이 컵은 FEP의 끝에서 약 2cm이어야한다. </li><li> FEP를 홀더에 부착 된 SHV 피드 스루에 HV 공급을 연결하고, 패러데이 컵이 부착 된 BNC 피드 스루에 picoammeter 연결한다. </li><li> 6 밀리바 이하 - (10)의 압력에 셋업을 펌프. </li></ol></li><li> 전계 방출 <ol><li> 점차적 FEP에 바이어스를 증가와 함께 picoammeter 패러데이 컵 전자 빔 전류를 모니터링한다. 전계 방출이 시작되면, 전류가 관찰 될picoammeter. </li><li> (약 50 V의) 증분 단계에서 HV를 늘리고 각 단계에서 picoammeter에 평균 전자 빔 전류를 기록한다. (원하는, 또는 수동으로 수행 할 수있는 경우이 프로세스는 LabVIEW 프로그램에 의해 제어되는 컴퓨터 등 일 수있다). 1 μA 이하로 전자 빔 전류를 유지합니다. </li></ol></li><li> 조절 <ol><li> 1 시간 동안 5 수 NA 전계 발광 모드로 동작하여 팁을 컨디셔닝. </li><li> 2.3.2.2의 HV 스캔 대 전류를 반복합니다. </li></ol></li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

우리는 전기 화학적 NaOH 용액 날카로운 전계 방출 지점 (FEPs)을 에칭하고, 전계 방출 모드들을 조작함으로써 FEPs을 테스트하는 간단한 절차를 설명 하였다. 기재된 에칭 방법은 기존 기술 - 라멜라 이탈 기법 -7,8- 플로팅 층 기법 9,10의 변형이다. 그러나, 우리는 상기 한 방법보다 구현하는 것이 더 편리하고 신뢰할 수를 발견했다. 도 2에 도시 된 바...

예리한 팁 또는 포인트 오랫동안 이러한 필드 이온 현미경 (FIM) (1)과, 주사 터널링 현미경 (STM)이, 다양한 재료의 예리한 팁을 제조하는 기술의 범위로 현미경 애플리케이션에서 사용 된 3가 개발되었다. 이 첨예도 그들에 고전압을인가하여 전계 전자 방출 지점 (FEPs)로서 동작하고 편리한 전자빔 원의 역할을 할 수있다. 같은 소스의 하나의 응용 프로그램은 전자 충격 이온화 (EII)를 통해 이온 생산이다. FEP를 열 방출에 의해 생성 된 온도 변화는 바람직하지 않은 응용 프로그램에서 특히 유리하다. 예를 들면, 고정밀의 배경 페닝 가스 또는 증기의 EII 통해 이온 생산 4,5- 트랩. FEPs 제조하는 간단한 방법은 전기 화학적 수산화 나트륨 (NaOH로) 용액에 텅스텐 봉을 에칭한다. 이 방법으로 상대적으로 구현이 간단적당한 장비는 매우 신뢰성 있고, 재현성있는 것으로 밝혀졌다. 다수의 방법이 문헌에 기재되어 있으며이 기술에 관한 개선도 6을 계속 표시. 여기서 우리는 NaOH 용액에 텅스텐 팁의 전기 화학적 에칭하는 방법을 설명합니다. 우리의 방법은 라멜라 드롭 오프 기술 7,8의 변화 및 부유 계층 기술 9,10입니다. 이러한 두 가지 방법과 마찬가지로 하나의 에칭 과정에서이 팁의 생산을 가능하게한다. 팁을 에칭하기위한 실험 장치의 그림은 그림 1과 같다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54030/54030fig1.jpg" /> 그림 1. 에칭 장치. NaOH 용액과 텅스텐 막대의 전기 화학적 에칭에 사용되는 실험 장치의 사진. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54030/54030fig1large.jpg" target="_blank">를 클릭하십시오</a>여기이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다. 수성 NaOH를베이스에 텅스텐의 전기 화학적 에칭은 두 단계 과정을 통해 발생한다. 우선, 중간 텅스텐 산화물이 형성되며, 둘째,이 산화물은 비 전기 화학적 가용성 텅스텐 음이온을 형성하도록 용해된다. 이 프로세스는 두 반응에 의해, 단순화 된 형태로 기술되어 (1) W + 6OH - WO → 3 (S) + 3H 2 O + (e) - 및 (2) (3) (S) + WO 2OH - → 4 + 2 H 2 O WO 에칭 현재 사용 된 NaOH 용액의 몰 농도는 텅스텐 봉을 에칭하는데 필요한 시간 및 전압에 영향을 미친다. 이러한 효과에 대한 연구가 제시되고 논의된다. 더 중요한 것은, 에칭 파라미터는 전계 방출 모드에서의 동작에 같은 선단의 형상과,에 영향을 갖는다. 의 기하<html> 우리가 생성 팁을 주 사형 전자 현미경 (SEM)로 촬상 특징 하였다. 이러한 이미지는, 예를 들어, 팁 반경을 추정하기 위해 사용될 수있다. 또한, 팁은 그들 몇 킬로 볼트에 일반적으로 몇 백 볼트의 음의 전압을인가하고, 생성 된 전자 방출 전류를 모니터링함으로써 전계 방출 모드에서 작동되었다. 전계 방출 전류의 관계는, I, 및이 바이어스 전압, V, 파울러 노드 하임 식 (11)에 의해 설명 될 수 적용된 (3) I = AV 2 전자 -Cr의 EFF / V, R의 EFF는 팁의 유효 반경이고, A는 상수이며, C는 제 파울러 - 노드 하임 일정 <img alt="식 (9)" src="/files/ftp_upload/54030/54030eq9.jpg" /> , 어떤에서 B = eV의 6.83 - 3/2 V / 나노,030eq11.jpg &quot;/&gt; 텅스텐의 일 함수 (인 <img alt="식 (11)" src="/files/ftp_upload/54030/54030eq11.jpg" /> ≈ 4.5 eV의가), k는 형상에 의존하는 요인 (K ≈ 5), 및 <img alt="식 (12)" src="/files/ftp_upload/54030/54030eq15.jpg" /> 노드 하임 화상 보정 항은 (인 <img alt="식 (12)" src="/files/ftp_upload/54030/54030eq15.jpg" /> ≈ 1) 12. 따라서, 팁의 유효 반경은 바이어스 전압의 함수로서 전자 전류를 측정함으로써 결정될 수있다. 구체적으로는 LN의 소위 파울러 노드 하임 (FN) 플롯 (I / V 2) 대 1 / V의 기울기로부터 구할 수있다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1230">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:325px;">Tungsten Rod 0.020&#34; x 12&#34;</td>
			<td style="width:159px;">ESPI Metals</td>
			<td style="width:451px;"><a href="http://www.espimetals.com/index.php/online-catalog/467-Tungsten">http://www.espimetals.com/index.php/online-catalog/467-Tungsten&#160;</a></td>
			<td style="width:297px;">3N8 Purity</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">NaOH salt</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>Item # WU-88404-71</td>
			<td>100 g</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Separatory funnel</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>Item#&#160;WU-34506-03</td>
			<td>250 mL&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">DC Power supply</td>
			<td>BK Precision</td>
			<td>1672</td>
			<td>Triple Output 0 - 32 V, 0 - 3 A DC Power Supply</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Acetone</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>Item#&#160;WU-88000-68</td>
			<td>500 mL</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Data Acquisition Card</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td style="width:451px;">NI PXI-6221</td>
			<td>16 AI, 24 DIO, 2 AO</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Relay</td>
			<td>Magnecraft</td>
			<td>276 XAXH-5D</td>
			<td>7 A, 30 V DC Reed Relay</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">6-way 6&#34; conflat flange cross</td>
			<td>Kurt J Lesker</td>
			<td>C6-0600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">6&#34; to 2-3/4&#34; conflat zero length reducer flange&#160; (x3)</td>
			<td>Kurt J Lesker</td>
			<td>RF600X275</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">2-3/4&#34; conflat flange SHV feedthrough</td>
			<td>Kurt J Lesker</td>
			<td>IFTSG041033</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">2-3/4&#34; conflat flange BNC feedthrough</td>
			<td>Kurt J Lesker</td>
			<td>IFTBG042033</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">2-3/4&#34; conflat flange linear feedthrough</td>
			<td>MDC</td>
			<td>660006, REF# BLM-275-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">6&#34; conflat flange blankoff</td>
			<td>Kurt J Lesker</td>
			<td>F0600X000N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">6&#34; conflat flange window</td>
			<td>Kurt J Lesker</td>
			<td>VPZL-600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">HV Power supply</td>
			<td>Keithley Instruments</td>
			<td>Keithley Model #2290-5</td>
			<td>0 - 5 kV DC HV Power Supply</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Picoammeter</td>
			<td>Keithley Instruments</td>
			<td>Keithley Model #6485</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Faraday Cup</td>
			<td>Beam Imaging Solutions</td>
			<td>Model FC-1 Faraday Cup</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electrochemical etching and characterization of sharp field emission points for electron impact ionization

A new variation of the drop-off method for fabricating field emission points by electrochemically etching tungsten rods in a NaOH solution is described. The results of studies in which the etching current and the molarity of the NaOH solution used in the etching process were varied are presented. The investigation of the geometry of the tips, by imaging them with a scanning electron microscope, and by operating them in field emission mode is also described. The field emission tips produced are intended to be used as an electron beam source for ion production via electron impact ionization of background gas or vapor in Penning trap mass spectrometry applications.

에칭 파라미터 학습 에칭 프로세스 중에 전원이 정전류 모드로 동작된다. 전압은 텅스텐로드가 (인해로드의 저항의 증가)을 에칭으로 약간 상승이 정전류를 유지하는 데 필요한. 팁 끝까지을 에칭 할 때 전류는 거의 제로로 떨어진다. 작은 전류가 상단 팁이 에칭 용액과 접촉 계속되기 때문 계속 흐른다. 에칭 프?...

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Electrochemical Etching and Characterization of Sharp Field Emission Points for Electron Impact Ionization

A method for electrochemically etching field emission tips is presented. Etching parameters are characterized and the operation of the tips in field emission mode is investigated.

전기 화학적 에칭 및 전자 충격 이온화 샤프 전계 방출 포인트의 특성

A new variation of the drop-off method for fabricating field emission points by electrochemically etching tungsten rods in a NaOH solution is described. ...

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Steady-State Transmission Lines and Power Flows

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9.4K 조회수.  Central Michigan University. A method for electrochemically etching field emission tips is presented. Etching parameters are characterized and the operation of the tips in field emission mode is investigated.

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Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for synthesizing nanoscopic VB2 is presented as well as step-by-step procedure for applying a zirconium oxide coating to the VB2 particles for stabilization upon discharge. The process for disassembling existing zinc/air cells is shown, in addition construction of the new working electrode to replace the conventional zinc/air cell anode with a the nanoscopic VB2 anode. Finally, discharge of the completed VB2/air battery is reported. We show that using the zinc/air cell as a test bed is useful to provide a consistent configuration to study the performance of the high-energy high capacity nanoscopic VB2 anode.

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

A protocol is presented to study multi-electron metal/air battery systems by using previous technology developed for the zinc/air cell. Electrochemical testing is then performed on fabricated batteries to evaluate performance.

VB의 제작<sub&gt; 2</sub전기 테스트를위한&gt; / 공기 전지

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for ...

연구

공학

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold molecular beams. However, these beams often contain multiple conformers and clusters, even at low rotational temperatures. We present an experimental methodology that allows the spatial separation of these constituent parts of a molecular beam expansion. Using an electric deflector the beam is separated by its mass-to-dipole moment ratio, analogous to a bender or an electric sector mass spectrometer spatially dispersing charged molecules on the basis of their mass-to-charge ratio. This deflector exploits the Stark effect in an inhomogeneous electric field and allows the separation of individual species of polar neutral molecules and clusters. It furthermore allows the selection of the coldest part of a molecular beam, as low-energy rotational quantum states generally experience the largest deflection. Different structural isomers (conformers) of a species can be separated due to the different arrangement of functional groups, which leads to distinct dipole moments. These are exploited by the electrostatic deflector for the production of a conformationally pure sample from a molecular beam. Similarly, specific cluster stoichiometries can be selected, as the mass and dipole moment of a given cluster depends on the degree of solvation around the parent molecule. This allows experiments on specific cluster sizes and structures, enabling the systematic study of solvation of neutral molecules.

We present a technique that allows the spatial separation of different conformers or clusters present in a molecular beam. An electrostatic deflector is used to separate species by their mass-to-dipole moment ratio, leading to the production of gas-phase ensembles of a single conformer or cluster stoichiometry.

분자 순응및 클러스터의 공간 분리

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

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.

액체 이온화 챔버의 재조합 효과의 특성은 Radiosurgical 가속기의 선량 측정에 사용

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

Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging (ECCI) in a scanning electron microscope (SEM). ECCI allows for imaging of defects and crystallographic features under specific diffraction conditions, similar to that possible via plan-view transmission electron microscopy (PV-TEM). A particular advantage of the ECCI technique is that it requires little to no sample preparation, and indeed can use large area, as-produced samples, making it a considerably higher throughput characterization method than TEM. Similar to TEM, different diffraction conditions can be obtained with ECCI by tilting and rotating the sample in the SEM. This capability enables the selective imaging of specific defects, such as misfit dislocations at the GaP/Si interface, with high contrast levels, which are determined by the standard invisibility criteria. An example application of this technique is described wherein ECCI imaging is used to determine the critical thickness for dislocation nucleation for GaP-on-Si by imaging a range of samples with various GaP epilayer thicknesses. Examples of ECCI micrographs of additional defect types, including threading dislocations and a stacking fault, are provided as demonstration of its broad, TEM-like applicability. Ultimately, the combination of TEM-like capabilities &#8211; high spatial resolution and richness of microstructural data &#8211; with the convenience and speed of SEM, position ECCI as a powerful tool for the rapid characterization of crystalline materials.

The use of electron channeling contrast imaging in a scanning electron microscope to characterize defects in III-V/Si heteroexpitaxial thin films is described. This method yields similar results to plan-view transmission electron microscopy, but in significantly less time due to lack of required sample preparation.

빠른 III-V 족 이종 특성에 대한 전자 채널링 대비 이미징

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging ...

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic electrolyte, and an O2-breathing cathode. The aprotic electrolyte is a solution of lithium salt with aprotic solvent; and porous carbon is commonly used as the cathode substrate. To improve the performance, an electrocatalyst is deposited onto the porous carbon substrate by certain deposition methods, such as atomic layer deposition (ALD) and wet-chemistry reaction. The as-prepared cathode materials are characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray absorption near edge structure (XANES). A Swagelok-type cell, sealed in a glass chamber filled with pure O2, is used for the electrochemical test on a battery test system. The cells are tested under either capacity-controlled mode or voltage controlled mode. The reaction products are investigated by electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, and Raman spectroscopy to study the possible pathway of oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). This protocol demonstrates a systematic and efficient arrangement of routine tests of the aprotic Li-O2 battery, including the electrochemical test and characterization of battery materials.

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

A protocol for the electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery with the preparation of electrodes and electrolytes and an introduction of the frequently used methods of characterization is presented here.

비 양성 자성 리튬 O의 전기 시험 프로토콜 및 특성<sub&gt; 2</sub&gt; 배터리

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Plasmatron에서 절제 재료 시험 중에 방출 분광 경계 계층 조사

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications of semiconductor materials. However, it is still under debate how the defect structure determines the band structure, and therefore, the recombination behavior of electron-hole pairs responsible for the optical and electrical properties of the extended defects. The present paper is a survey of procedures for the spatially resolved investigation of structural and of physical properties of extended defects in semiconductor materials with a scanning electron microscope (SEM). Representative examples are given for crystalline silicon. The luminescence behavior of extended defects can be investigated by cathodoluminescence (CL) measurements. They are particularly valuable because spectrally and spatially resolved information can be obtained simultaneously. For silicon, with an indirect electronic band structure, CL measurements should be carried out at low temperatures down to 5 K due to the low fraction of radiative recombination processes in comparison to non-radiative transitions at room temperature. For the study of the electrical properties of extended defects, the electron beam induced current (EBIC) technique can be applied. The EBIC image reflects the local distribution of defects due to the increased charge-carrier recombination in their vicinity. The procedure for EBIC investigations is described for measurements at room temperature and at low temperatures. Internal strain fields arising from extended defects can be determined quantitatively by cross-correlation electron backscatter diffraction (ccEBSD). This method is challenging because of the necessary preparation of the sample surface and because of the quality of the diffraction patterns which are recorded during the mapping of the sample. The spatial resolution of the three experimental techniques is compared.

The optical, electrical, and structural properties of dislocations and of grain boundaries in semiconductor materials can be determined by experiments performed in a scanning electron microscope. Electron microscopy has been used to investigate cathodoluminescence, electron beam induced current, and diffraction of backscattered electrons.

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active layer which consists of blue-fluorescent poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) and &#960;-conjugated triphenylamine molecules. This white light emission originates from exciplexes formed between PFD and amines in electronically excited states. A device containing PFD, 4,4&#39;,4&#39;&#39;-tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine (2-TNATA), Poly(ethylene oxide) and K2CF3SO3 showed white light emission with Commission internationale de l&#39;&#233;clairage (CIE) coordinates of (0.33, 0.43) and a Color Rendering Index (CRI) of Ra = 73 at an applied voltage of 3.5 V. Constant voltage measurements showed that the CIE coordinates of (0.27, 0.37), Ra of 67, and the emission color observed immediately after application of a voltage of 5 V were nearly unchanged and stable after 300 sec.

The authors present a method for fabricating stable white-light-emitting electrochemical cells utilizing emission from exciplexes formed between a blue-emitting fluorene polymer and aromatic amines.

화이트의 제작 Exciplexes에서 안정 방출과 전기 화학 셀 라이트 발광

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active ...

One-Step Approach to Fabricating Polydimethylsiloxane Microfluidic Channels of Different Geometric Sections by Sequential Wet Etching Processes

Polydimethylsiloxane (PDMS) materials are substantially exploited to fabricate microfluidic devices by using soft lithography replica molding techniques. Customized channel layout designs are necessary for specific functions and integrated performance of microfluidic devices in numerous biomedical and chemical applications (e.g., cell culture, biosensing, chemical synthesis, and liquid handling). Owing to the nature of molding approaches using silicon wafers with photoresist layers patterned by photolithography as master molds, the microfluidic channels commonly have regular cross sections of rectangular shapes with identical heights. Typically, channels with multiple heights or different geometric sections are designed to possess particular functions and to perform in various microfluidic applications (e.g., hydrophoresis is used for sorting particles and in continuous flows for separating blood cells6,7,8,9). Therefore, a great deal of effort has been made in constructing channels with various sections through multiple-step approaches like photolithography using several photoresist layers and assembly of different PDMS thin sheets. Nevertheless, such multiple-step approaches usually involve tedious procedures and extensive instrumentation. Furthermore, the fabricated devices may not perform consistently and the resulted experimental data may be unpredictable. Here, a one-step approach is developed for the straightforward fabrication of microfluidic channels with different geometric cross sections through PDMS sequential wet etching processes, that introduces etchant into channels of planned single-layer layouts embedded in PDMS materials. Compared to the existing methods for manufacturing PDMS microfluidic channels with different geometries, the developed one-step approach can significantly simplify the process to fabricate channels with non-rectangular sections or various heights. Consequently, the technique is a way of constructing complex microfluidic channels, which provides a fabrication solution for the advancement of innovative microfluidic systems.

Several methods are available for the fabrication of channels of non-rectangular sections embedded in polydimethylsiloxane microfluidic devices. Most of them involve multistep manufacturing and extensive alignment. In this paper, a one-step approach is reported for fabricating microfluidic channels of different geometric cross sections by polydimethylsiloxane sequential wet etching.

1 단계 접근입니다 미세 채널 순차적 습식된 에칭 프로세스에 의해 다른 형상 섹션의 조작

Polydimethylsiloxane (PDMS) materials are substantially exploited to fabricate microfluidic devices by using soft lithography replica molding techniques. ...

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 ...