This work is a part of the STW project "Integral solution for sustainable construction (IS2C, Fleur van Rossem for her support during the chip fabrication, Justyna Wiedemair for the chip design and Allison Bidulock for her support during the manuscript preparation.

1. fabricação de chips Nota: O chip é constituído por um eléctrodo de Ag / AgCl de trabalho (WE), um eléctrodo de pseudo-referência de Ag / AgCl (RE-pseudo) e um contra-eléctrodo de platina sobre um chip de vidro. O metal de prata é depositado sobre um chip de vidro, utilizando os processos de 16 sala limpa padrão. Em seguida, é chloridized em M FeCl3 solução de 0,1 durante 30 segundos para formar uma camada de AgCl sobre a superfície. O Ag / AgCl WE (área = 9,812 milímetros 2) está localizada no centro, rodeado pela pseudo-RE Ag / AgCl, como mostrado na Figura 1. <ol><li> Depositar o metal de prata no vidro para formar um eléctrodo de prata planar. O chip de fabrico passo-a-passo para uma sala limpa é dada como se segue: <ol><li> Litografia <ol><li> Para a limpeza wafer, mergulhe a pastilha de vidro pela primeira vez em conc. HNO 3 banho para remover qualquer contaminação orgânica e, em seguida, em 1 M de KOH para limpar a superfície. </li><li> Aplicar uma foto positiva resistir (200 nm de espessura) aobolacha por revestimento rotativo e o pré-cozimento resistir a 95 ° C durante 15 min. </li><li> Expor a bolacha à luz UV durante 5 segundos através de uma máscara de vidro. </li><li> Desenvolver o fotorresiste em solução desenvolvedor. Isto irá expor a área de eléctrodos de vidro onde será depositado e a área restante será coberto pela resistir não exposta. </li></ol></li><li> glass Etching <ol><li> Imergir a bolacha de vidro desenvolvido no banho de KOH para gravar a área exposta do vidro. </li></ol></li><li> Metal Deposition (Sputtering) <ol><li> metal prateado depósito na área de vidro exposta. <ol><li> Em primeiro lugar de depósito de uma camada de 20 nm de titânio (Ti) (por pulverização), como uma camada de adesão de vidro. </li><li> Em seguida, deposita camada de 70 nm de paládio (Pd) (por pulverização), como uma barreira de difusão entre a prata e Ti. </li><li> Finalmente depositar 500 nm de metal prateado. Esta é a espessura do metal depositado. A área do eléctrodo de trabalho é de 4 mm2. </li><li> Remover o remaining resistir pelo processo de lift-off em um banho de acetona. </li></ol></li><li> Dado o hóstia no tamanho único chip. O chip está agora pronto para ser chloridized para formar um eléctrodo de Ag / AgCl no chip. </li></ol></li></ol></li><li> Colocar o chip num suporte de chip de politetrafluoroetileno concebido em casa, como mostrado na Figura 1. O suporte proporciona ligações eléctricas fácil através de os pinos (ou pinos carregados por mola) e contém uma célula electroquímica. </li><li> Chloridize o eléctrodo de prata para formar um eléctrodo de Ag / AgCl sobre o chip. Para isso, derrame H FeCl solução 0,1 3 na célula durante 30 seg. ou até que a cor de prata do eletrodo torna-se cinzento escuro. imersão já não é crítico enquanto que mais curto tempo de imersão pode conduzir a não deposição de Ag / AgCl. </li><li> Enxaguar o chip com água desionizada para limpar o restante chip de FeCl 3 .O está agora pronto para ser utilizado para a medição cronopotenciometria. </li></ol>2. Preparação de eletrólitos Nota: Os electrólitos foram preparadas com diferentes concentrações de cloreto de potássio em 0,5 M de KNO 3. <ol><li> Preparar 50 ml de 50 mM de KCl solução de electrólito (0,186 g de KCl em 50 ml de solução). </li><li> Na mesma solução adicionar 2,52 g de KNO 3 para formar um KNO 3 0,5 M fundo electrólito. </li><li> Manter a concentração inicial de cloreto de zero e KNO 3-0,5 M. Em outras palavras adicionar 2,52 g de KNO 3 em 50 ml de água desionizada. </li><li> Adicionar 50 mM de KCl para aumentar a concentração de ião cloreto (de 1 mm a 6 mm) de electrólito, sistematicamente, como mostrado nos passos seguintes. <ol><li> Adicionar 100 ul de cloreto de potássio 50 mM em 4,9 ml de uma 0,5 M KNO 3 para obter 1 mM [Cl]. </li><li> Adicionar 104 ul da solução de 50 mM de KCl para a solução do passo 2.4.1 para obter 2 mM [Cl]. </li><li> Adicionar 108.41 ul de uma solução a 50 mM de KCl para a solução da etapa 2.4.2 para obter 3 mM [CL]. </li><li> Adicionar 113.19 ul de uma solução a 50 mM de KCl para a solução do passo 2.4.3 para obter 4 mM [Cl]. </li><li> Adicionar 118,2 mL de uma solução a 50 mM de KCl para a solução do passo 2.4.4 para obter 5 mM [Cl]. </li><li> Adicionar 123,3 mL de uma solução a 50 mM de KCl para a solução do passo 2.4.5 para obter 6 mM [Cl]. </li></ol></li></ol> 3. Configuração Experimental Nota: As medições foram realizadas usando um potenciostato (Biologic Ciência Instruments, França). <ol><li> Coloque o chip no suporte de chip e ligar o terminal correspondente do potenciostato. </li><li> Ligar o terminal de eléctrodo de trabalho do potenciostato para o eléctrodo de Ag / AgCl. </li><li> Ligar o terminal de eléctrodo de referência do potenciostato para outro eléctrodo de Ag / AgCl. </li><li> Ligar o terminal de eléctrodo contador do potenciostato para o eléctrodo de platina. </li><li> Coloque o compconfiguração da experiência lete em uma gaiola de Faraday para evitar o ruído ambiente. </li></ol> 4. Configurações operacionais Instrumento Nota: Os parâmetros de funcionamento da célula electroquímica é controlado através da interface do utilizador do potenciostato. A resposta do potencial de Ag / AgCl NÓS durante um impulso de corrente aplicada é medido para diferentes concentrações de ião cloreto. <ol><li> No programa potenciostato, abra o cronopotenciometria técnica e definir os parâmetros operacionais. <ol><li> Defina o seguinte parâmetro de acordo com os requisitos: <ol><li> Corrente (I s) </li><li> Tempo de corrente aplicada (s t) </li></ol></li><li> Comece esta técnica, clicando no botão play no programa potenciostato. Nota: O programa potenciostato mostra a resposta potencial como uma função do tempo, sob o impulso de corrente aplicada. </li></ol></li></ol> 5. Medições e Dados Analysis <ol><li> Desenhe a curva de calibração do tempo de transição vs. concentração de iões de Cl no eletrólito. <ol><li> Alterar a concentração de Cl no eletrólito KCl, sistematicamente. <ol><li> Inicie a medição com 5 mL de KCl 1 mM com KNO 3 0,5 M fundo electrólito na célula electroquímica. </li><li> Iniciar a experiência cronopotenciometria usando o potenciostato e aplicar uma corrente de 10 mA / cm2 durante 10 seg e armazenar os dados. </li><li> Sistematicamente alterar a concentração a 6 mm, com incrementos de 1 mm e repetir as medições. </li></ol></li><li> Armazenar os dados medidos como a.mpt arquivo e analisar o arquivo de dados no programa de processamento de dados. <ol><li> Analisar os dados utilizando um programa de processamento de dados desenvolvido internamente para calcular o primeiro derivativo da resposta de potencial e calcular o pico da primeira derivada. O pico da primeira derivada é o momento de transição. Nota: O bacalhau completaing do programa de processamento de dados é dada na informação suplementar de Abbas et al., 2014. </li></ol></li><li> Repetir a medição três vezes com intervalos de 1 hora cada. </li><li> Abrir todos os ficheiros de dados no programa de processamento de dados e calcular o tempo de transição para cada medição. etapas detalhe de cálculo do tempo de transição é dada abaixo: <ol><li> Traça-se a diferença de potencial em função do tempo obtida a partir dos arquivos de dados de medição cronopotenciometria. </li><li> Calcula-se a primeira derivada da resposta de potencial. </li><li> Indicar o máximo da primeira derivada e a hora do evento. O tempo do máximo da derivada de primeira é o tempo de transição. </li></ol></li><li> Para a curva de calibração, traçar a raiz quadrada do tempo de transição em relação à concentração de iões Cl. </li><li> Junto os dados medidos traçar a curva teórica com base na equação de areia 25. Calcule volta o coeffic difusãotário da trama de dados. <ol><li> Na trama de dados medidos entre o tempo de transição e do [CL] tomar qualquer ponto na linha e registrar o valor de tempo de transição e do [CL]. A equação da areia é dada como: τ = (FC * / 2J (1-t Cl -)) 2 Dπ Aqui, C * é a concentração de grandes quantidades de iões Cl, F é a constante de Faraday, j é a densidade de corrente, t Cl - é o número de transportes e D é o coeficiente de difusão. Negligenciar o t Cl -, uma vez que se aproxima de zero para uma maior concentração de eletrólitos fundo. </li><li> A variável único remanescente na equação de areia no coeficiente de difusão; colocar o valor de tempo de transição, a concentração de iões de cloreto e a corrente aplicada na equação Areia obter o valor do coeficiente de difusão. </li></ol></li></ol></li><li> Medição de deriva <ol><li> Pour 5 mL de 1 mM de cloreto de potássio nacélula electroquímica. </li><li> No potenciostato, defina a aplicada atual para ser 10:00 -2 e tempo para ser 10 seg. </li><li> Medir a resposta potencial para 2 semanas com três medição de cada dia com um intervalo de 3 horas entre as medições. </li><li> Recarregar o electrólito, isto é, KCl 1 mM, todos os dias antes da realização das medições. </li><li> Traçar o tempo de transição ao longo de duas semanas de medições. A mudança no tempo de transição, por dia é o desvio da resposta de tempo de transição. </li></ol></li><li> Efeito do eléctrodo de pseudo-referência sobre as medições do tempo de transição Nota: Várias referências pseudo tal como um fio de Ag / AgCl, um fio de platina e um fio de aço são testadas para medir o tempo de transição. <ol><li> Pour 4 mM de KCl electrólito na célula electroquímica. </li><li> Use Ag / AgCl como um eléctrodo de pseudo-referência e conecte-o ao terminal do eletrodo de referência do potenciostato. Devido ao impulso de corrente anódica a Cl &amp; #713; iões estão esgotados perto do eléctrodo de trabalho de Ag / AgCl. </li><li> Realizar a medição cronopotenciometria, aplicando uma densidade de corrente de 15 Am -2 durante 10 seg. </li><li> Repita as medições com platina como eletrodo de pseudo-referência e registrar os dados. </li><li> Repita as medições com barra de aço como um eléctrodo de pseudo-referência e registrar os dados. </li><li> Traçar o tempo de transição medida para vários eletrodos pseudo-referência utilizados. </li><li> Repita o conjunto completo de medição com 5 mM de KCl e traçar o tempo de transição usando vários eletrodos pseudo-referência. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

O tempo de transição é o momento de inflexão; é teoricamente independente da isto é, potencial de referência, o eléctrodo de referência. Por conseguinte, qualquer fio metálico pode ser utilizado como um eléctrodo de pseudo-referência para medições de tempo de transição. Em contraste com a medição potenciométrica existente de iões cloreto no betão este método permite que a longo prazo e calibração da medição livre. Além disso, a sensibilidade e a gama de detecção de concentr...

Um sensor de iões cloreto com base na medição do tempo de transição de um eléctrodo de Ag / AgCl é apresentada. O objectivo é evitar os desvios inerentes durante a monitorização em contínuo a longo prazo dos iões de cloreto no electrólito. medição cronopotenciometria, que é uma abordagem dinâmica de medição, de um eléctrodo de Ag / AgCl é utilizado para esta finalidade. Aqui, uma taxa de variação do potencial de um eléctrodo de Ag / AgCl é medida durante um estímulo (pulso galvanostático). A vantagem desta abordagem é demonstrada por evitar o eléctrodo de referência líquida de junção e, em vez de usar qualquer fio de metal como um eléctrodo de pseudo-referência, portanto, permitindo a detecção de Cl concentração de iões para a longo prazo (anos) e em aplicações in situ, tal como medição dentro de estruturas de concreto. Os iões cloreto em estruturas de betão é uma das principais causas de degradação 1,2. Ele inicia corrosão localizada no reforço de aço and resultados na falha final da estrutura 3. Portanto, medir iões Cl no concreto é inevitável para prever o ciclo de vida de serviço e manutenção de um 4,5 estrutura. Princípios de Detecção diferentes foram relatados para a medição de iões de cloreto no concreto, como eletroquímica 6,7, 8,9 e óptica eletromagnética 10,11. No entanto, métodos ópticos e eletromagnéticos têm configurações volumosos, são difíceis de integrar como um sistema stand-alone e têm problemas com seletividade 12. Na técnica electroquímica, medição potenciométrica de um eléctrodo de Ag / AgCl é o estado da arte 6,7,13 abordagem. Apesar dos resultados promissores, esta abordagem é limitada a medição em escala de laboratório uma vez que os desvios no potencial de referência e de difusão de resultados potenciais de queda em dados falhos 14,15. Uma abordagem tempo de transição com base na medição electroquímica dinâmico (DEM) pode aliviar o problema devido ao potencialderiva 16. No DEM, a resposta do sistema a um estímulo aplicado é medido 17-19. O exemplo de um tal sistema é cronopotenciometria. Aqui, um impulso de corrente aplicada é utilizada como um estímulo esgotar iões perto da superfície do eléctrodo e o potencial de resposta correspondente é medida. Uma corrente anódica a um eléctrodo de Ag / AgCl inicia uma reacção faradaica (Ag + Cl <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/53312/arrow.jpg" /> AgCl + E), resultando em uma depleção de íons Cl perto da superfície do eletrodo. O potencial alteração é uma função da corrente aplicada e a concentração dos iões (selectivos) do electrólito 12,20. No momento em que estes íons esgotar completamente perto do eletrodo de superfície a taxa de mudança de potenciais aumenta rapidamente, dando um ponto de inflexão 21. O ponto de inflexão sobre a curva de resposta em tempo potencial (chronopotentiogram) mostra o tempo de transição e pode ser determinada a partir damáximo da primeira derivação do potencial de resposta 22. O tempo de transição é uma característica da concentração iónica. Esta abordagem tem sido usada para determinar a concentração diferentes iões 17 e o pH de electrólitos 23,24. No caso de um eléctrodo de Ag / AgCl como um eléctrodo de trabalho (em que a corrente é aplicada) os iões esgotam será iões cloreto 17. Portanto medir o seu tempo de transição irá determinar a sua concentração.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1009">
	<tbody>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:373px;">Platinum wire (&#8805;99.99% trace metals)</td>
			<td style="width:292px;">Sigma Aldrich, the Netherlands</td>
			<td style="width:172px;">EP1330-1EA</td>
			<td style="width:172px;"></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Potassium chloride (BioXtra, &#8805;99.0%)</td>
			<td>Sigma Aldrich, the Netherlands</td>
			<td>P9333-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Potassium hydroxide (90% pure reagent grade)</td>
			<td>Sigma Aldrich, the Netherlands</td>
			<td>484016-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Ferric chloride&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich, the Netherlands</td>
			<td>451649-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">potassium nitrate (&#62; 99% reagent grade)&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich, the Netherlands</td>
			<td>P6083-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Ag/AgCl liquid junction reference electrode&#160;</td>
			<td>BASi, USA</td>
			<td>model MF-2079</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">VSP potentiostat</td>
			<td>Biologic Science Instruments, France</td>
			<td>VSP 300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Steel wire</td>
			<td>Microlab TU Delft</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Silver wire&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich, the Netherlands</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

dynamic electrochemical measurement of chloride ions

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver chloride electrode is used extensively for potentiometric measurement of chloride ions concentration in electrolyte. In this measurement, long-term and continuous monitoring is limited due to the inherent drift and the requirement of a stable reference electrode. We utilized the chronopotentiometric approach to minimize drift and avoid the use of a conventional reference electrode. A galvanostatic pulse is applied to an Ag/AgCl electrode which initiates a faradic reaction depleting the Cl&#713; ions near the electrode surface. The transition time, which is the time to completely deplete the ions near the electrode surface, is a function of the ion concentration, given by the Nernst equation. The square root of the transition time is in linear relation to the chloride ion concentration. Drift of the response over two weeks is negligible (59 &#181;M/day) when measuring 1 mM [Cl&#713;]using a current pulse of 10 Am-2. This is a dynamic measurement where the moment of transition time determines the response and thus is independent of the absolute potential. Any metal wire can be used as a pseudo-reference electrode, making this approach feasible for long-term measurement inside concrete structures.

O eléctrodo de Ag / AgCl é fabricado num chip de vidro (Figura 1) usando um processo padrão de salas limpas. A configuração de medição cronopotenciometria (Figura 2) foi usada e a resposta foi medida usando um potenciostato. Para observar o efeito da concentração de iões Cl no tempo de transição, soluções contendo 4, 5 e 6 mM de Cl íons em uma KNO 0,5 M 3 fundo são medidos (Figura 3). A curva de calibração da...

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Dynamic Electrochemical Measurement of Chloride Ions

Dynamic measurement of chloride ions is presented. Transition time of an Ag/AgCl electrode, during a chronopotentiometric technique, can give the concentration of chloride ions in electrolyte. This method does not require a stable conventional reference electrode.

Dinâmica eletroquímico Medição de íons cloreto

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver ...

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11.3K visualizações.  University of Twente. Dynamic measurement of chloride ions is presented. Transition time of an Ag/AgCl electrode, during a chronopotentiometric technique, can give the concentration of chloride ions in electrolyte. This method does not require a stable conventional reference electrode.

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Activating Molecules, Ions, and Solid Particles with Acoustic Cavitation

The chemical and physical effects of ultrasound arise not from a direct interaction of molecules with sound waves, but rather from the acoustic cavitation: the nucleation, growth, and implosive collapse of microbubbles in liquids submitted to power ultrasound. The violent implosion of bubbles leads to the formation of chemically reactive species and to the emission of light, named sonoluminescence. In this manuscript, we describe the techniques allowing study of extreme intrabubble conditions and chemical reactivity of acoustic cavitation in solutions. The analysis of sonoluminescence spectra of water sparged with noble gases provides evidence for nonequilibrium plasma formation. The photons and the "hot" particles generated by cavitation bubbles enable to excite the non-volatile species in solutions increasing their chemical reactivity. For example the mechanism of ultrabright sonoluminescence of uranyl ions in acidic solutions varies with uranium concentration: sonophotoluminescence dominates in diluted solutions, and collisional excitation contributes at higher uranium concentration. Secondary sonochemical products may arise from chemically active species that are formed inside the bubble, but then diffuse into the liquid phase and react with solution precursors to form a variety of products. For instance, the sonochemical reduction of Pt(IV) in pure water provides an innovative synthetic route for monodispersed nanoparticles of metallic platinum without any templates or capping agents. Many studies reveal the advantages of ultrasound to activate the divided solids. In general, the mechanical effects of ultrasound strongly contribute in heterogeneous systems in addition to chemical effects. In particular, the sonolysis of PuO2 powder in pure water yields stable colloids of plutonium due to both effects.

Acoustic cavitation in liquids submitted to power ultrasound creates transient extreme conditions inside the collapsing bubbles, which are the origin of unusual chemical reactivity and light emission, known as sonoluminescence. In the presence of noble gases, nonequilibrium plasma is formed. The "hot" particles and the photons generated by collapsing bubbles are able to excite species in solution.

Ativando moléculas, íons e partículas sólidas com Acústico cavitação

The chemical and physical effects of ultrasound arise not from a direct interaction of molecules with sound waves, but rather from the acoustic ...

Química

Measurement of Particle Size Distribution in Turbid Solutions by Dynamic Light Scattering Microscopy

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a technique used to measure the size distribution of polymer solutions or colloidal particles. Although this technique is widely used for the assessment of polymer solutions, it is difficult to measure the particle size in concentrated solutions due to the multiple scattering effect or strong light absorption. Therefore, the concentrated solutions should be diluted before measurement. Implementation of the confocal optical component in a dynamic light scattering microscope1 helps to overcome this barrier. Using such a microscopic system, both transparent and turbid systems can be analyzed under the same experimental setup without a dilution. As a representative example, a size distribution measurement of a temperature-responsive polymer solution was performed. The sizes of the polymer chains in an aqueous solution were several tens of nanometers at a temperature below the lower critical solution temperature (LCST). In contrast, the sizes increased to more than 1.0 &#181;m when above the LCST. This result is consistent with the observation that the solution turned turbid above the LCST.

A protocol for the direct measurement of particle size distribution in concentrated solutions using dynamic light scattering microscopy is presented.

Medição do Tamanho de Partículas Distribuição em turvas Solutions pela Dynamic dispersão de luz Microscopia

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a ...

Fabrication and Testing of Photonic Thermometers

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being leveraged for developing sophisticated photonic sensors. Silicon photonic sensors seek to exploit the strong confinement of light in nano-waveguides to transduce changes in physical state to changes in resonance frequency. In the case of thermometry, the thermo-optic coefficient, i.e., changes in refractive index due to temperature, causes the resonant frequency of the photonic device such as a Bragg grating to drift with temperature. We are developing a suite of photonic devices that leverage recent advances in telecom compatible light sources to fabricate cost-effective photonic temperature sensors, which can be deployed in a wide variety of settings ranging from controlled laboratory conditions, to the noisy environment of a factory floor or a residence. In this manuscript, we detail our protocol for the fabrication and testing of photonic thermometers.

We describe the process of fabrication and testing of photonic thermometers.

Fabricação e teste dos termómetros fotônicos

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being ...

Electrochemical Impedance Spectroscopy as a Tool for Electrochemical Rate Constant Estimation

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). In the case of fast reversible electrochemical processes, current is predominantly affected by the rate of diffusion, which is the slowest and limiting stage. EIS is a powerful technique that allows separate analysis of stages of charge transfer that have different AC frequency response. The capability of the method was used to extract the value of charge transfer resistance, which characterizes the rate of charge exchange on the electrode-solution interface. The application of this technique is broad, from biochemistry up to organic electronics. In this work, we are presenting the method of analysis of organic compounds for optoelectronic applications.

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) of species that undergo reversible oxidation or reduction in solution was used for determination of rate constants of oxidation or reduction.

Espectroscopia de impedância eletroquímica como uma ferramenta para estimativa de constante taxa eletroquímica

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). ...

Preparation of Stable Bicyclic Aziridinium Ions and Their Ring-Opening for the Synthesis of Azaheterocycles

Bicyclic aziridinium ions were generated by the removal of an appropriate leaving group through internal nucleophilic attack by nitrogen atom in the aziridine ring. The utility of bicyclic aziridinium ions, specifically 1-azoniabicyclo[3.1.0]hexane and 1-azoniabicyclo[4.1.0]heptane tosylate highlighted in the aziridine ring openings by the nucleophile with the release of the ring strain to yield the corresponding ring-expanded azaheterocycles such as pyrrolidine, piperidine and azepane with diverse substituents on the ring in regio- and stereospecific manner. Herein, we report a simple and convenient method for the preparation of the stable 1-azabicyclo[4.1.0]heptane tosylate followed by selective ring opening via a nucleophilic attack either at the bridge or at the bridgehead carbon to yield piperidine and azepane rings, respectively. This synthetic strategy allowed us to prepare biologically active natural products containing piperidine and azepane motif including sedamine, allosedamine, fagomine and balanol in highly efficient manner.

Bicyclic aziridinium ions such as 1-azoniabicyclo[4.1.0]heptane tosylate were generated from 2-[4-tolenesulfonyloxybutyl]aziridine, which was utilized for the preparation of substituted piperidines and azepanes via regio- and stereospecific ring-expansion with various nucleophiles. This highly efficient protocol allowed us to prepare diverse azaheterocycles including natural products such as fagomine, febrifugine analogue and balanol.

Preparação de Íons Aziridínio Bicíclicos Estáveis e sua Abertura de Anel para a Síntese de Azaheterociclos

Bicyclic aziridinium ions were generated by the removal of an appropriate leaving group through internal nucleophilic attack by nitrogen atom in the ...

Disentangling High Strength Copolymer Aramid Fibers to Enable the Determination of Their Mechanical Properties

Traditionally, soft body armor has been made from poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA) and ultra-high molecular weight polyethylene. However, to diversify the fiber choices in the United States body armor market, copolymer fibers based on the combination of 5-amino-2-(p-aminophenyl) benzimidazole (PBIA) and the more conventional PPTA were introduced. Little is known regarding the long-term stability of these fibers, but as condensation polymers, they are expected to have potential sensitivity to moisture and humidity. Therefore, characterizing the strength of the materials and understanding their vulnerability to environmental conditions is important for evaluating their use lifetime in safety applications. Ballistic resistance and other critical structural properties of these fibers are predicated on their strength. To accurately determine the strength of the individual fibers, it is necessary to disentangle them from the yarn without introducing any damage. Three aramid-based copolymer fibers were selected for the study. The fibers were washed with acetone followed by methanol to remove an organic coating that held the individual fibers in each yarn bundle together. This coating makes it difficult to separate single fibers from the yarn bundle for mechanical testing without damaging the fibers and affecting their strength. After washing, fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy was performed on both washed and unwashed samples and the results were compared. This experiment has shown that there are no significant variations in the spectra of poly(p-phenylene-benzimidazole-terephthalamide-co-p-phenylene terephthalamide) (PBIA-co-PPTA1) and PBIA-co-PPTA3 after washing, and only a small variation in intensity for PBIA. This indicates that the acetone and methanol rinses are not adversely affecting the fibers and causing chemical degradation. Additionally, single fiber tensile testing was performed on the washed fibers to characterize their initial tensile strength and strain to failure, and compare those to other reported values. Iterative procedural development was necessary to find a successful method for performing tensile testing on these fibers.

The primary goal of the study is to develop a protocol to prepare consistent specimens for accurate mechanical testing of high strength copolymer aramid fibers, by removing a coating and disentangling the individual fiber strands without introducing significant chemical or physical degradation.

Desembaraçar as fibras de aramida de copolímero de alta resistência para permitir a determinação de suas propriedades mecânicas

Traditionally, soft body armor has been made from poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA) and ultra-high molecular weight polyethylene. However, to ...

Electrochemical Roughening of Thin-Film Platinum Macro and Microelectrodes

This protocol demonstrates a method for electrochemical roughening of thin-film platinum electrodes without preferential dissolution at grain boundaries of the metal. Using this method, a crack free, thin-film macroelectrode surface with up to 40 times increase in active surface area was obtained. The roughening is easy to do in a standard electrochemical characterization laboratory and incudes the application of voltage pulses followed by extended application of a reductive voltage in a perchloric acid solution. The protocol includes the chemical and electrochemical preparation of both a macroscale (1.2 mm diameter) and microscale (20 &#181;m diameter) platinum disc electrode surface, roughening the electrode surface and characterizing the effects of surface roughening on electrode active surface area. This electrochemical characterization includes cyclic voltammetry and impedance spectroscopy and is demonstrated for both the macroelectrodes and the microelectrodes. Roughening increases electrode active surface area, decreases electrode impedance, increases platinum charge injection limits to those of titanium nitride electrodes of same geometry and improves substrates for adhesion of electrochemically deposited films.

This protocol demonstrates a method for electrochemical roughening of thin-film platinum electrodes without preferential dissolution at grain boundaries. The electrochemical techniques of cyclic voltammetry and impedance spectroscopy are demonstrated to characterize these electrode surfaces.

Desbaste eletroquímico de macro e microeletrodos de platina de película fina

This protocol demonstrates a method for electrochemical roughening of thin-film platinum electrodes without preferential dissolution at grain boundaries ...

Asymmetric Thermoelectrochemical Cell for Harvesting Low-grade Heat under Isothermal Operation

Low-grade heat is abundantly available in the environment as waste heat. The efficient conversion of low-grade heat into electricity is very difficult. We developed an asymmetric thermoelectrochemical cell (aTEC) for heat-to-electricity conversion under isothermal operation in the charging and discharging processes without exploiting the thermal gradient or the thermal cycle. The aTEC is composed of a graphene oxide (GO) cathode, a polyaniline (PANI) anode, and 1M KCl as the electrolyte. The cell generates a voltage due to the pseudocapacitive reaction of GO when heating from room temperature (RT) to a high temperature (TH, ~40-90 &#176;C), and then current is successively produced by oxidizing PANI when an external electrical load is connected. The aTEC demonstrates a remarkable temperature coefficient of 4.1 mV/K and a high heat-to-electricity conversion efficiency of 3.32%, working at a TH = 70 &#176;C with a Carnot efficiency of 25.3%, unveiling a new promising thermoelectrochemical technology for low-grade heat recovery.

Low-grade heat is abundant, but its efficient recovery is still a great challenge. We report an asymmetric thermoelectrochemical cell using graphene oxide as a cathode and polyaniline as an anode with KCl as the electrolyte. This cell works under isothermal heating, exhibiting a high heat-to-electricity conversion efficiency in low-temperature regions.

Célula Termoeletroquímica assimétrica para colheita de calor de baixo grau operação isothermal

Low-grade heat is abundantly available in the environment as waste heat. The efficient conversion of low-grade heat into electricity is very difficult. We ...

Fabrication of Thin Film Silver/Silver Chloride Electrodes with Finely Controlled Single Layer Silver Chloride

This paper aims to present a protocol to form smooth and well-controlled films of silver/silver chloride (Ag/AgCl) with designated coverage on top of thin film silver electrodes. Thin film silver electrodes sized 80 &#181;m x 80 &#181;m and 160 &#181;m x 160 &#181;m were sputtered on quartz wafers with a chromium/gold (Cr/Au) layer for adhesion. After passivation, polishing and cathodic cleaning processes, the electrodes underwent galvanostatic oxidation with consideration of Faraday&#39;s Law of Electrolysis to form smooth layers of AgCl with a designated degree of coverage on top of the silver electrode. This protocol is validated by inspection of scanning electron microscope (SEM) images of the surface of the fabricated Ag/AgCl thin film electrodes, which highlights the functionality and performance of the protocol. Sub-optimally fabricated electrodes are fabricated as well for comparison. This protocol can be widely used to fabricate Ag/AgCl electrodes with specific impedance requirements (e.g., probing electrodes for impedance sensing applications like impedance flow cytometry and interdigitated electrode arrays).

This paper aims to present a method to form smooth and well-controlled films of silver chloride (AgCl) with designated coverage on top of thin film silver electrodes.

Fabricação de eletrodos de cloreto de prata/prata de filme fino com cloreto de prata de camada única finamente controlado

This paper aims to present a protocol to form smooth and well-controlled films of silver/silver chloride (Ag/AgCl) with designated coverage on top of thin ...

Probing Surface Electrochemical Activity of Nanomaterials using a Hybrid Atomic Force Microscope-Scanning Electrochemical Microscope (AFM-SECM)

Scanning electrochemical microscopy (SECM) is used to measure the local electrochemical behavior of liquid/solid, liquid/gas and liquid/liquid interfaces. Atomic force microscopy (AFM) is a versatile tool to characterize micro- and nanostructure in terms of topography and mechanical properties. However, conventional SECM or AFM provides limited laterally resolved information on electrical or electrochemical properties at nanoscale. For instance, the activity of a nanomaterial surface at crystal facet levels is difficult to resolve by conventional electrochemistry methods. This paper reports the application of a combination of AFM and SECM, namely, AFM-SECM, to probe nanoscale surface electrochemical activity while acquiring high-resolution topographical data. Such measurements are critical to understanding the relationship between nanostructure and reaction activity, which is relevant to a wide range of applications in material science, life science and chemical processes. The versatility of the combined AFM-SECM is demonstrated by mapping topographical and electrochemical properties of faceted nanoparticles (NPs) and nanobubbles (NBs), respectively. Compared to previously reported SECM imaging of nanostructures, this AFM-SECM enables quantitative assessment of local surface activity or reactivity with higher resolution of surface mapping.

Probing Surface Electrochemical Activity of Nanomaterials using a Hybrid Atomic Force Microscope-Scanning Electrochemical Microscope AFM-SECM

Atomic force microscopy (AFM) combined with scanning electrochemical microscopy (SECM), namely, AFM-SECM, can be used to simultaneously acquire high-resolution topographical and electrochemical information on material surfaces at nanoscale. Such information is critical to understanding heterogeneous properties (e.g., reactivity, defects, and reaction sites) on local surfaces of nanomaterials, electrodes and biomaterials.

Sondagem atividade eletroquímica de superfície de nanomateriais usando um microscópio eletroquímico de microscópio de força atômica híbrida (AFM-SECM)

Scanning electrochemical microscopy (SECM) is used to measure the local electrochemical behavior of liquid/solid, liquid/gas and liquid/liquid interfaces. ...

Methods Article

Dinâmica eletroquímico Medição de íons cloreto