Graças ao XG Ciências de doações generosas de papel grafeno. Graças ao Dr. C. Friedrich para generosamente nos deixar usar o equipamento de micro-perfuração. Um agradecimento especial é estendido para Tayloria Adams para narrar o vídeo.

1. Fabricar uma estrutura 3D laminado Eletrodo / isolamento <ol><li> Para uma camada de grafeno 6, 5 dispositivo de camada de fita, corte o papel de grafeno com um bisturi ou lâmina de barbear semelhante e governante com bordas retas em seis 0,7 centímetros x 1,5 cm retângulos e usar uma tesoura para cortar a fita sensível à pressão de dupla face em cinco 1,3 centímetros x ~ 5 centímetros listras. NOTA: Como mostrado na Figura 1a, isso gera um eletrodo de 3 chão, 3 dispositivo eletrodo sinal AC. A 7 milímetros realização largura camada é estreito o suficiente para caber em uma lâmina de vidro, mas grande o suficiente para a perfuração fácil. O comprimento de 2 mm não quebrar facilmente sobre o uso repetido e tem espaço suficiente para prender os fios de cobre. A profundidade do dispositivo é limitado pela profundidade de fresa. </li><li> Coloque a primeira camada de papel de grafeno sobre uma lâmina de vidro limpa. Lentamente cobrir uma extremidade do papel grafeno com uma tira de fita, deixando uma margem de ~ 2 mm a assegurar o isolamento entre as duas camadas de papel grafene adjacentes (Figura 1b </strong&gt;). </li><li> Coloque a segunda camada de papel grafeno sobre o topo da fita de deslocamento para a primeira camada de papel grafeno (Figura 1a). Aplique pressão moderada (imprensa de maneira uniforme com o polegar, ~ 100 N sobre 0,7 centímetros 2 de área), após a adição de cada camada para garantir a realização de uma boa vedação entre as camadas. </li><li> Repita os passos 1.2 e 1.3 para as restantes camadas, deixando ambas as camadas superior e inferior de papel grafeno. O corte ao longo da linha a tracejado mostrado na Figura 1 B para remover o excesso de fita a partir das extremidades do dispositivo, deixando uma pequena margem de ~ 1 milímetro para assegurar o isolamento entre as camadas de papel selado grafene (Figura 1b). NOTA: Fita dupla face não é utilizado como as camadas superior e inferior para evitar a coleta de detritos como esta estrutura laminada é perfurado, montado em um slide, e preenchido com amostra. </li><li> Realize um teste de isolamento rápido com um multímetro (modo de resistência). Posicione as sondas positivos e negativos em dois lados diferentes do the dispositivo (A e B na Figura 1c); alta resistência (kilo-to mega-Ohms) indica um bom isolamento entre as camadas. Remova a estrutura em camadas da lâmina de vidro para se preparar para micro-perfuração de poços. NOTA: Um dispositivo normalmente falha o teste de isolamento quando as camadas de papel de grafeno adjacentes fazer contato durante as etapas de 1.2 a 1.4. Descartar tais dispositivos. </li></ol> 2. Broca Micro-bem na estrutura laminada <ol><li> Use uma máquina de micro-moagem mecânica controlada por computador e escolher uma fresa de topo com um mM 700 de diâmetro e 2,1 mm de comprimento de corte. Imobilizar a estrutura laminada na fase de micro-moagem usando braçadeiras apropriadas (figuras 2a e b). Executar o fuso da máquina de fresagem de 8600 rpm, em seguida, baixar a fresa lentamente para dentro e através do centro da estrutura laminada. Mova a fresa girando para cima e para baixo através do micro-bem para suavizar a parede interna. <ol><li> Escolha de micro-poçosdiâmetros, que são limitados por disponível fresa de topo diâmetro / comprimento de proporções corte. Certifique-se de que a superfície interna do micro-bem é tão vertical e limpo possível para ótimas gradientes de campo elétrico e passagem de luz através do micro-bem. </li></ol></li><li> Limpo de detritos a partir de micro-poços com ar pressurizado. Execute outro teste de isolamento, conforme descrito no 1.5. </li></ol> 3. Fixe fios elétricos à estrutura laminada <ol><li> Dobre as duas 3 cm de comprimento 32 G fios de cobre em um ângulo direito a 2 cm. Misturar ~ 1,5 ml de partes A e B de prata epóxi condutora. NOTA: <img alt="Equação 1" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51696/51696eq1.jpg" /></li><li> Aplique manualmente epóxi prata misturada ao topo e as pontas de todos os 3 camadas de papel de grafeno para garantir um bom contato entre as camadas do lado A da estrutura laminada (Figura 1c), em seguida, coloque a ponta do fio de cobre de 1 cm de epóxi e entre quaisquer dois camadas. Suavemente squeeze as camadas para remover o excesso de epóxi e assegurar um bom contato elétrico. Repetir para o lado B da estrutura laminada. </li><li> Colocar todo o dispositivo na prateleira do forno, para secar durante a noite de 70 ° C a 1 atm e. </li></ol> 4. Prepare Sample e Mídia <ol><li> Prepare a mídia isotónica de um espectro de condutividade utilizando o medidor de condutividade, a solução de manitol 290 mM e adições de série dos isotónica salina de tampão fosfato (PBS). NOTA: Existe uma correlação linear entre a condutividade eo volume de concentração de ~ 290 mOsm / L PBS (condução) em ~ 290 solução mOsm / L de manitol (não condutores). O vídeo apresenta uma média de 0,01 S / m de condutividade. </li><li> Misture esferas de poliestireno com meios preparados condutividade ou e-pura água (~ 5 x 10 -6 S / m) para uma relação de 01:50 vol: vol. Este protocolo é facilmente adaptável às células biológicas bem. </li></ol> 5. Experiência de Instalação e Operação Dispositivo <ol><li> Prenda o dispositivo onto uma lâmina de vidro com pressão moderada (Figura 2d) usando grampos de papel modificados ou equivalente. Os fundamentos deve ser perto o suficiente para o micro-bem para selar a estrutura laminada para a lâmina de vidro impedindo o vazamento da amostra. O grampo deve caber dentro do estágio do microscópio com pressão otimizado para a) evitar a deformação da estrutura laminada, e b) garantir o fluido micro-bem não vaza. Deformação altera a geometria bem e caminho da luz reduzindo experimento reprodutibilidade. </li><li> Usando uma seringa de micro ou equivalente, injectar lentamente ~ 1 ul da amostra num micro-poços e evitar a introdução de quaisquer bolhas. Repetir a injecção, se necessário, e utilizar o cuidado de não danificar as paredes de micro-poços, com a agulha afiada. Ligeiramente sobrecarregue o micro-bem e deslize imediatamente tampa de vidro sobre o micro-bem para remover o excesso de líquido, evitar a evaporação, e garantir volumes reprodutíveis para cada experimento. NOTA: A ponta de diamante glasscutter funciona bem para SCORe de crack e tampa de vidro de tamanho. </li><li> Fixe o microdispositivo laminado preenchido para o estágio do microscópio e anexar os fios de eletrodo gerador de função para os dois de cobre leva no dispositivo. Em AxioVision (software Zeiss), clique no botão para iniciar a gravação da câmera em modo de aquisição multidimensional. Iniciado sinal gerador de função em um período de tempo fixo após o início da gravação da câmera CCD para documentar as respostas com e sem campo elétrico aplicado. NOTA: Aqui 100 Hz a 10 MHz com um sinal de pico a pico de 15 V foram aplicados e os experimentos foram observados em aumento de 10x em 1 a 200 acima da superfície da lâmina de vidro por 2 segundos sem campo e ~ 5 min com o campo aplicado. As imagens foram digitalmente salvo no 1 a 5 frames por segundo (fps) para análise posterior. </li><li> Ao final do experimento, remover o dispositivo e desmontar as pinças. Mergulhe tanto a lâmina de vidro e dispositivo com água e sabão, em seguida, enxágüe bem. Reutilizar dispositivos cerca de 30 horas com um desempenho consistente. </li></ol> 6. Análise de Dados e Processamento de Imagem <ol><li> Analisar dados de imagem com software preferido, como o ImageJ. Calcule a velocidade do deslocamento da partícula entre imagens consecutivas em um determinado intervalo de tempo. </li><li> Calcule a força força DEP e campo experimental com base na velocidade de compilar as tendências e comparar com a teoria 29. </li><li> Velocidade da partícula medida radialmente no micro-geometria bem consistente com a forma do gradiente de campo eléctrico. A partir do bordo de micro-poços para o centro, identificar oito contornos concêntricos isoeléctricos (350, 300, ... 50, 0 um), o que resulta em sete regiões. NOTA: O tempo de partículas para atravessar a distância 50 mm foi utilizada para calcular a velocidade. Quando variações geométricas exigiu ele, os contornos isoelétrico foi ligeiramente alterado. </li></ol>

Os autores não têm conflitos de divulgar.

Este manuscrito detalhes protocolos para fabricar uma camada de grafeno novela 6 e 5 camada de fita microdispositivo. Além disso, a operação do dispositivo é ilustrada através de comportamentos DEP observados de 6,08 mM esferas de poliestireno, juntamente com uma abordagem de análise de velocidade da partícula única, geometricamente relevante. Esta abordagem versátil para construir dispositivos eletrocinéticos não-lineares é menos onerosa do que eletrodo e técnicas de microfabricação camada fluídicos, en...

O grafeno é um novo material conhecido por suas propriedades eletrônicas de alta qualidade e potenciais aplicações de produtos químicos e biossensores 1. Nanoplatelets grafeno têm sido utilizados para suporte de catalisador 2, 3, 4, biossensores super-capacitores 5 e-eletrodos compósitos incluindo grafeno / polianilina e compósitos de nanopartículas de silício / grafeno 6-8. Este manuscrito descreve a utilização de papel grafeno como eletrodos em um único tridimensional (3D), dispositivo micro camadas. Eletrodos papel de grafeno foram laminados com fita dupla face isolante e uma câmara perfurado dentro da qual AC 3D dieletroforese de esferas de poliestireno foi realizada. Dieletroforese (DEP) refere-se ao movimento de partículas polarizáveis ​​sob campos elétricos não uniformes. DEP positiva (PDEP) ou DEP negativo (PADS) ocorre quando as partículas são mais ou menos polarizável do que o meio, resu circundantelting em movimento na direção do campo elétrico mais forte ou mais fraco, respectivamente. Esta ferramenta electrokinetic não-linear foi utilizada para separação, classificação, prendendo, e identificação de partículas e células biológicas 9-15. A força dieletroforética experimentada por uma partícula polarizado é uma função do gradiente de campo eléctrico, o raio e a forma da partícula, partículas de propriedades dielétricas, incluindo condutividade e permissividade, bem como a meios de condutividade e permitividade. Em bidimensional (2D) DEP tradicional, o movimento das partículas é no plano principal do gradiente do campo eléctrico formado entre os eléctrodos normalmente superfície microfabricados; movimento na direção vertical é desprezível em comparação com em-plano sentidos na maioria dos dispositivos. No entanto, o aproveitamento desta terceira dimensão de gradientes do campo eléctrico para a DEP 3D permite maior rendimento da amostra e aumenta a versatilidade para conceber novas e melhoradas separações dielectrof oréticas em que o fluxo é traverse a gradientes do campo 16, 17. Outros projetos específicos incluem-base isolante 3D DEP 18, carbono-eletrodo 3D DEP 13, 19, e 3D galvanoplastia DEP 10. Como evidenciado pela investigação sobre as estruturas 3D, tais dispositivos podem ser operados no modo de fluxo contínuo para alcançar débitos mais elevados. Observação do movimento de partículas 3D no nosso dispositivo 3D em camadas é obtida como uma função de frequência e condutividade média através de microscopia de luz em diferentes alturas focais. Fatoyinbo et al. Relatada pela primeira vez em um DEP 3D laminado estrutura eletrodo / isolamento usando alternativamente empilhados 30 mm folha de alumínio e 150 mM de resina epóxi filmes 20. Hubner et al. Então projetado eletrodos laminados 3D semelhantes com 35 mM fita de cobre e 118 mM adesiva poliimida 21. Este trabalho toma emprestado o design 3D-bem 22, 23, E utiliza exclusivamente a conveniência de 50 mM papel grafeno como as camadas condutoras e 100 mm de fita dupla face como as camadas de isolamento, que alcançou a vedação e blindagem elétrica suficiente. Grafeno papel versatilidade é uma vantagem distinta para microdevices eletrodo 3D porque os nanoplatelets grafeno tem a capacidade de agir simultaneamente como biossensores, que este grupo já demonstrou 24. Os gradientes de campo obtidos no grafeno papel / polímero laminado microdevices 3D dependem das dimensões micro-assim, as camadas de papel de grafeno, eo campo elétrico aplicado. Dimensões críticas incluem o espaçamento vertical do eletrodo (condução e isolamento espessuras de camadas) e micro-bem diâmetro e altura (determinada por camadas empilhadas). O sinal elétrico pode ser sintonizada via amplitude e frequência. A estrutura do dispositivo actual é para a operação em lotes, mas pode ser adaptado a um dispositivo de fluxo contínuo. O fab dispositivotécnica rication aqui descrito é adequado para o desenvolvimento de 3D laminado eléctrodos com uma grande variedade de propriedades grafeno nanoplatelet simplesmente trocando o papel grafeno utilizado. Vantagens da utilização de papel grafeno são versatilidade de propriedades físicas e químicas, a despesa reduzida, e os nanoplatelets grafene pode simultaneamente actuar como biosensores para detectar uma grande variedade de bioanalytes 24. Os objetivos a longo prazo de sistemas de DEP 3D alto rendimento são identificar rapidamente os tipos de células 25-27, ou conseguir sem rótulo, separação de células eletricamente mediada de células doentes a partir de populações de células saudáveis ​​28. Este trabalho demonstra a otimização de materiais e preparação de dispositivos e operação seguido de ilustração e análise dos resultados típicos.

<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

O projeto e fabricação de um romance microdispositivo eletrodo 3D usando 50 mm de espessura e papel grafeno 100 mm fita dupla face é descrito. O protocolo detalha os procedimentos para a construção de um, reutilizável, múltiplas camadas versátil, câmara dieletroforese laminado. Especificamente, seis camadas de 50 mm x 0.7 cm x 2 cm de papel grafeno e cinco camadas de fita adesiva de face dupla foram alternadamente empilhados juntos, em seguida, fixar-se uma lâmina de vidro. Em seguida, um um de diâmetro de micro-poços 700 foi perfurado através da estrutura de laminado utilizando uma máquina de perfuração de micro controlado por computador. Propriedades de isolamento da camada de fita adesiva entre as camadas adjacentes grafene foram asseguradas por testes de resistência. Prata epóxi condutor ligado camadas alternadas de papel grafeno e formaram conexões estáveis ​​entre o papel grafeno e os eletrodos de fio de cobre externas. O dispositivo acabado foi então fixada e selada a uma lâmina de vidro. O gradiente de campo elétrico foi modelado dentro de tele dispositivo multi-camada. Comportamentos dieletroforética de 6 mM esferas de poliestireno foram demonstrados nos 1 mm de espessura micro-Bem, com condutividades médias que variam de 0,0001 S / m para 1,3 S / m, e aplicados frequências de sinal de 100 Hz a 10 MHz. Dielectrof oréticas respostas negativas foram observadas em três dimensões sobre a maior parte do espaço condutividade freqüência e cross-over valores de frequência são consistentes com os valores da literatura anteriormente relatados. O dispositivo não impediu eletroosmose e eletrotérmica fluxos de corrente alternada, que ocorreram nas regiões de baixa e alta freqüência, respectivamente. O papel grafeno utilizado neste dispositivo é versátil e pode posteriormente funcionar como um biossensor após caracterizações dielectrof oréticas estão completas.

Experimentos dieletroforética em 6 um esferas de poliestireno foram conduzidos em um 0,38 milímetros 3 cilíndrico micro-poços. Os resultados demonstram que um dispositivo 3D laminado à base de papel grafeno pode ilustrar assinaturas dielectrof oréticas semelhantes como dispositivos de folha de metal laminado 3D 20, 21, tradicional 2D metal eletrodo 26, 27, e dispositivos isolantes 2D 25. Nas experiências que se seguem, um sinal AC de 15 V pico a pico e foi ap...

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Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

Um microdispositivo com elevado potencial de transferência é utilizado para demonstrar tridimensional (3D) dieletroforese (DEP) com novos materiais. Papel nanoplatelet grafeno e fita dupla face foram alternadamente empilhados; um micro-poços 700 um foi perfurado transversal às camadas. DEP comportamento de esferas de poliestireno, foi demonstrada em micro-poços.

Desenvolvimento de um dispositivo 3D Grafeno Eletrodo dieletroforética

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 ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

11.9K visualizações.  Michigan Technological University.  Um microdispositivo com elevado potencial de transferência é utilizado para demonstrar tridimensional (3D) dieletroforese (DEP) com novos materiais. Papel nanoplatelet grafeno e fita dupla face foram alternadamente empilhados; um micro-poços 700 um foi perfurado transversal às camadas. DEP comportamento de esferas de poliestireno, foi demonstrada em micro-poços. 

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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.

Sondagem e Mapeamento superfície do eletrodo em células a combustível de óxido sólido

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

Engenharia

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.

De alta resolução, de alta velocidade, de imagens de vídeo tridimensional com Franja Digital Técnicas de Projeção

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.

O ultra-som de velocidade de medição em um eletrodo de metal líquido

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.

Tomografia de raios-X de energia dispersiva para 3D Elemental Mapeamento de nanopartículas individuais

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.

Síntese e funcionalização de 3D Materiais Nano-grafeno Grafeno: Aerogels e grafeno Assembléias Macro

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.

Processamento Eletrodo não aquoso e Construção de iões de lítio Coin Cells

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.

Uma câmara 3D-impresso para orgânicos dispositivo optoeletrônico testes de degradação

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.

Preparação de célula de moeda de três-elétrodo e eletrodeposição Analytics para baterias do lítio-íon

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.

Um método padrão e confiável para fabricar nanoelectrónica bidimensional

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.

Desenvolvimento de método para estudos espectroscópicos dielétricos de cavidade ressonante sem contato de papel Celulóico

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