Research is carried out at the Center for Functional Nanomaterials, Brookhaven National Laboratory, which is supported by the U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, under Contract No. DE-SC0012704.

Atenção: Por favor, consulte todas as fichas de dados de segurança do material (MSDS) relevantes antes de usar. Os nanomateriais podem ter riscos adicionais em comparação com o seu homólogo granel. Utilize todas as práticas de segurança adequadas ao manusear substratos coberto de nanomaterial, incluindo o uso de controles de engenharia (extractor de fumo) e equipamentos de proteção individual (óculos de segurança, luvas, jaleco, calça de corpo inteiro, fechou-toe sapatos). 1. Trabalhos preparatórios <ol><li> Preparação do sistema de deposição de vapor <ol><li> Faça a ventilação da câmara de deposição de pressão atmosfera e abrir a câmara. A ventilação é feito pressionando o botão &quot;Start PC ventilação&quot; na interface do software de controle, que inicia automaticamente uma sequência que ventilar a câmara à pressão atmosférica. Ao alcançar a pressão da câmara de atmosfera aberta puxando a porta Acesso frente. </li><li> Montar um barco evaporação de tungstênio (alumina revestido) entre um par de eléctrodos evaporação térmica. Coloque 1pelotas g de bismuto para o barco evaporação. </li><li> Montar um alvo vanádio pulverização catódica com a fonte de pulverização catódica. Consulte o passo 1.1.4) para o sistema de deposição que não está equipado com uma fonte de pulverização catódica. </li><li> (Opcional, para o sistema de deposição que não está equipado com uma fonte de pulverização catódica) montar um barco evaporação tungsténio entre um par de eléctrodos de evaporação térmica. Coloque 0,5 g lesmas vanádio no barco evaporação. </li><li> Ligue os conectores mini-bananas (dois para o aquecimento / arrefecimento e potência de dois para sonda de temperatura) do controlador de temperatura de circuito fechado para a passagem direta elétrica do sistema de deposição. </li></ol></li><li> Preparação de substratos de crescimento Nota: A formação de nanofios de bismuto é insensível ao substrato de crescimento de escolha. Resultados semelhantes foram obtidos a partir de lâminas de vidro, placa de silício, ou folha de metal. É recomendado pelos autores que o substrato deve ser limpos imediatamente anterior à vaporprocesso de deposição, a fim de conseguir uma adesão consistente da subcamada de vanádio. Várias técnicas de limpeza do substrato, incluindo a limpeza de plasma e limpeza química húmida, pode ser aplicada e levar a resultados semelhantes. <ol><li> Limpar os substratos de crescimento por plasma de oxigênio <ol><li> Coloque os substratos de crescimento em um aspirador de plasma e bombear a câmara, premindo o botão &quot;VAC ON&quot; botão, a sua pressão base de 10 mTorr. </li><li> Abra a válvula de gás oxigênio e introduzir gás oxigênio para a câmara pressionando o &quot;GAS ON&quot; botão no painel frontal e ajustar a taxa de fluxo, pressionando os botões &quot;decr&quot; para controle de fluxo de gás &quot;INCR&quot; e de manter uma pressão da câmara de cerca de 100 mTorr. </li><li> Defina a energia do plasma em 20 W, pressionando os botões &quot;decr&quot; &quot;INCR&quot; e para o controle de poder e inflamar o plasma, pressionando o &quot;RF ON&quot; botão. </li><li> Espere 5 minutos antes de desligar o plasma pressionando &quot;; RF ON &quot;. Botão ventilar a câmara premindo o botão&quot; Bleed &quot;e recuperar os substratos. </li></ol></li><li> Limpar os substratos de crescimento por método químico molhado <ol><li> Mergulhar os substratos de crescimento contidos em acetona numa proveta. Colocar a proveta numa ultrasonicator e sonicar durante 2 min à potência máxima. </li><li> Remover os substratos da proveta e lavá-los com uma corrente de álcool absoluto a partir de um frasco de lavagem durante 30 segundos. </li><li> Secam-se os substratos em uma corrente de azoto gasoso. </li></ol></li></ol></li><li> Carregamento de substrato e sistema de deposição de bombagem <ol><li> Montar o conjunto de controle de temperatura do substrato para o suporte de substrato. </li><li> Use grampos de mola para montar os substratos de crescimento na parte superior do conjunto de arrefecimento / aquecimento Peltier. </li><li> Montar o suporte do substrato totalmente montado dentro da câmara de deposição de vapor, com os substratos de frente para as fontes de deposição. Ligue os oríficios de passagem elétrica para oRefrigerador Peltier / montagem de aquecedor. </li><li> Fechar o obturador substrato para evitar a deposição não intencional para o substrato. </li><li> Começar a bombear para baixo da câmara de deposição. O bombeamento é feito pressionando o botão &quot;Iniciar PC Pumping&quot; na interface do software de controle, que inicia automaticamente uma sequência que bombear a câmara à sua pressão base. </li></ol></li></ol> 2. Crescimento de bismuto Nanowires Nota: A experiência não está a avançar para o próximo passo até que a pressão de base da câmara de deposição atingiu 2 × 10 -6 Torr ou menos. <ol><li> A deposição da camada interior vanádio Nota: O melhor reprodutibilidade experimental é obtida quando a camada interior de vanádio é depositado pelo método de descarga eléctrica do magnetrão. Na ausência de uma fonte de pulverização catódica, de alta reprodutibilidade pode também ser conseguida ainda por depositar a camada inferior de vanádio utilizando o método de evaporação térmica, desde que o sistema de deposição hasa pressão base baixa (≤ 5 × 10 -7 Torr). Consulte a etapa 3.1.2 para os detalhes. <ol><li> Deposição de vanádio com uma fonte de pulverização catódica. <ol><li> Iniciar o fluxo de árgon na fonte de pulverização catódica. Ajustar a taxa de fluxo para 40 sccm. </li><li> Ajuste a taxa de revolução da bomba turbomolecular para uma pressão na câmara de 2,5 mTorr. </li><li> Enquanto a câmara está a atingir gradualmente a sua pressão estado estacionário, defina os fatores de calibração espessura para a QCM. Para vanádio, a densidade é de 5,96 g / cm3 e o factor-Z é 0,530. </li><li> Ligue a fonte de pulverização catódica DC e definir o poder em 200-250 W. Para o sistema de deposição operado pelos autores, a taxa de deposição é de cerca de 0,4 A / seg a este poder. Sem abrir o obturador substrato, manter a fonte de corrente durante 2 minutos. NOTA: Com este passo o óxido nativo na fonte de vanádio é removida, expondo a superfície de vanádio fresco. </li><li> Abra o obturador substrato para iniciar Depositio vanádion. Nesse meio tempo, redefinir a espessura acumulada da QCM a zero. </li><li> Continuar até que a deposição de uma espessura aparente de 20 nm é acumulada, por leitura QCM. Feche o obturador substrato. </li><li> Gradualmente diminuir a potência de descarga eléctrica para zero. Desligue a fonte. </li><li> Desligue o fluxo de árgon. Retornar a bomba turbomolecular à sua potência máxima. </li></ol></li><li> (Opcional, para o sistema de deposição que não está equipado com uma fonte de pulverização) a deposição de vanádio com uma fonte de evaporação térmica. <ol><li> Devido ao elevado ponto de fusão de vanádio (1910 ° C) e a sua disponibilidade para a oxidação, é recomendável que a sua evaporação térmica ser conduzida a uma pressão de base de 5 × 10 -7 Torr ou menos. </li><li> Defina os fatores de calibração espessura para a QCM. Para vanádio, a densidade é de 5,96 g / cm3 e o factor-Z é 0,530. </li><li> Ligue a energia de evaporação térmica para fornecimento a fonte de vanádio.Lentamente, aumentar o poder de aquecimento para o barco de tungstênio até as lesmas vanádio derreter. </li><li> Com o obturador substrato mantidas fechadas, lentamente aumentar o poder de aquecimento até uma velocidade de deposição de 2 A / sec é alcançado, por leitura QCM. Abrir o obturador do substrato para iniciar a deposição de vanádio. Nesse meio tempo, redefinir a espessura acumulada da QCM a zero. </li><li> Continuar até que a deposição de uma espessura aparente de 50 nm, são acumuladas. Feche o obturador substrato. </li><li> Gradualmente diminuir a potência de evaporação térmica a zero. Desligue a fonte. </li></ol></li></ol></li><li> A deposição de nanofios de bismuto <ol><li> Para a deposição de bismuto a temperatura acima ou abaixo da temperatura ambiente, ajustar o valor desejado para o controlador de temperatura. Aguardar até que a temperatura desejada seja atingida. </li><li> Defina os fatores de calibração espessura para a QCM. Para bismuto, a densidade é de 9,78 g / cm3 e o factor-Z é 0,790. </li><li> Ligue a energia evaporação térmica suplicar à fonte de bismuto. Lentamente, aumentar o poder de aquecimento para o barco de tungstênio até que a taxa de deposição de 2 Å / s é alcançado, por leitura QCM. </li><li> Abra o obturador substrato para começar a deposição de bismuto. Nesse meio tempo, redefinir a espessura acumulada da QCM a zero. </li><li> Continuar até que a deposição de uma espessura aparente de 50 nm, são acumuladas. Feche o obturador substrato. </li><li> Gradualmente diminuir a potência de evaporação térmica a zero. Desligue a fonte. </li><li> Desligue a fonte de alimentação para o elétrico refrigerador / aquecedor térmico. </li><li> Faça a ventilação da câmara de deposição de pressão atmosfera e abrir a câmara. Recuperar o suporte de substrato e recolher os nanofios de bismuto substratos cobertos. </li></ol></li></ol>

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	<li>Hu, J. T., Odom, T. W., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemistry+and+physics+in+one+dimension:+Synthesis+and+properties+of+nanowires+and+nanotubes.">Chemistry and physics in one dimension: Synthesis and properties of nanowires and nanotubes.</a> Acc. Chem. Res. 32, 435-445 (1999).</li><li>Akimov, A. 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E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confinement+effects+and+surface-induced+charge+carriers+in+Bi+quantum+wires.">Confinement effects and surface-induced charge carriers in Bi quantum wires.</a> Appl Phys Lett. 84, 1326-1328 (2004).</li><li>Huber, T. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+state+band+mobility+and+thermopower+in+semiconducting+bismuth+nanowires.">Surface state band mobility and thermopower in semiconducting bismuth nanowires.</a> Phys. Rev. B. 83, 235414-23 (2011).</li><li>Dresselhaus, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 23, 129-140 (2003).</li><li>Cheng, Y. -. T., Weiner, A. M., Wong, C. A., Balogh, M. 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Nanotech. 12, 8624-8629 (2012).</li><li>Shim, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On-film+formation+of+Bi+nanowires+with+extraordinary+electron+mobility.">On-film formation of Bi nanowires with extraordinary electron mobility.</a> Nano Lett. 9, 18-22 (2009).</li><li>Berglund, S. P., Rettie, A. J. E., Hoang, S., Mullins, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Incorporation+of+Mo+and+W+into+nanostructured+BiVO4+films+for+efficient+photoelectrochemical+water+oxidation.">Incorporation of Mo and W into nanostructured BiVO4 films for efficient photoelectrochemical water oxidation.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 7065-7075 (2012).</li><li>Liu, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-Energy+Induced+Formation+of+Single+Crystalline+Bismuth+Nanowires+over+Vanadium+Thin+Film+at+Room+Temperature.">Surface-Energy Induced Formation of Single Crystalline Bismuth Nanowires over Vanadium Thin Film at Room Temperature.</a> Nano Lett. 14, 5630-5635 (2014).</li></ol>

Authors have nothing to disclose.

O crescimento de nanofios de bismuto é para ser conduzida num sistema de deposição física de vapor com pelo menos duas fontes de deposição, um para outro e bismuto para vanádio. Recomenda-se que uma das fontes é uma fonte de pulverização catódica, para a deposição de vanádio. Alto vácuo é conseguido por um bombas turbomoleculares apoiados por uma bomba de deslocamento seco. O sistema de deposição de vapor está equipada com uma microbalança de cristal de quartzo calibrado (QCM) para monitorização <e...

Nanofios de limitar o transporte de portadores de carga e outros quasiparticles, tais como fótons e plasmons em uma dimensão. Assim, nanofios geralmente exibem novas propriedades elétricas, magnéticas, ópticas e químicas, que lhes concedem potencial quase infinita para aplicações em fotônica, eletrônica, tecnologias biomédicas, ambientais e relacionados com a energia micro / nano. 1,2 Durante as duas últimas décadas, numerosos top-down e bottom-up abordagens têm sido desenvolvidos para síntese de uma ampla gama de metais ou semicondutores nanofios de alta qualidade em escala de laboratório 3-6. Apesar destes desenvolvimentos, cada abordagem depende de determinadas propriedades únicas do produto final para o seu sucesso. Por exemplo, o método popular de vapor-líquido-sólido (VLS) é melhor ajuste para os materiais semicondutores que têm pontos de fusão mais elevados e formam liga eutéctica com correspondente &quot;sementes&quot; catalíticos. 7 Como resultado, a síntese de um nanofioo material de interesse particular não pode ser coberta por técnicas existentes. Como um semimetal com pequena sobreposição indireta band (-38 meV a 0 K) e portadores de carga invulgarmente luz, bismuto é um exemplo. O material se comporta radicalmente diferente em dimensão reduzida quando comparada ao seu volume, como confinamento quântico poderia transformar nanofios de bismuto ou filmes finos em um semicondutor lacuna de banda estreita. 8-12 Nesse meio tempo, a superfície de formas de bismuto um metal quase-bidimensional que é significativamente mais do que a sua massa metálica. 13,14 Mostrou-se que a superfície de bismuto alcança uma mobilidade dos electrões de 2 x 10 4 cm 2 seg -1 -1 V e contribui fortemente para a sua termoeléctrica em forma nanofio. 15 Como tal, existem interesses significativos no estudo de nanofios de bismuto para eletrônica e em determinadas aplicações termelétricas. 12-16 No entanto, devido ao bismuto de muito baixoponto de fusão (544 K) e prontidão para a oxidação, continua a ser um desafio para a síntese de alta qualidade e nanofios de bismuto cristalino únicos usando fase de vapor ou de soluções técnicas de fase tradicionais. Anteriormente, foi relatado por alguns grupos que único cristalinas nanofios de bismuto crescer em baixo rendimento durante a deposição em vácuo de película fina de bismuto, o que é atribuído à libertação de tensão embutido na película. 17-20 Recentemente, descobrimos um novo técnica que é baseada na evaporação térmica de bismuto sob alto vácuo e conduz à formação escalável de nanofios individuais bismuto cristalino de alto rendimento. 21 Comparando a previamente relatada métodos, a principal característica desta técnica é que o substrato de crescimento é recentemente revestidas com uma fina camada de nanoporoso vanádio antes da deposição de bismuto. Durante a evaporação térmica deste último, o vapor de bismuto infiltra-se na estrutura nanoporoso do furgãoadium filme e condensa lá como nanodomínios. Desde vanádio não seja humedecido por bismuto condensado, os domínios infiltradas são posteriormente expulsos a partir da matriz de vanádio para liberar sua energia de superfície. É a expulsão contínua dos nanodomínios bismuto que formam os nanofios de bismuto verticais. Uma vez que os domínios de bismuto são apenas 1-2 nm de diâmetro, que estão sujeitas a supressão do ponto de fusão significativa, o que os torna quase fundida à TA. Como resultado, o crescimento nanofios prossegue com o substrato realizada à temperatura ambiente. Por outro lado, como o da migração dos domínios de bismuto é activado termicamente, o comprimento e a largura dos nanofios pode ser sintonizado através de uma vasta gama por simplesmente controlar a temperatura do substrato de crescimento. Este protocolo de vídeo detalhado destina-se a ajudar os novos profissionais da área evitar vários problemas comuns associados com a deposição de vapor física de filmes finos em um ambiente livre de oxigênio alto vácuo.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Bismuth&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>556130</td>
			<td>Granular, 99.999%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vanadium Slug</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>42829</td>
			<td>3.175mm (0.125in) dia x 6.35mm (0.25in) length, 99.8%&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vanadium Sputtering Target</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>EJTVXXX253A2</td>
			<td>3.00&#34; Dia. x 0.125&#34; Thick, 99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>179124</td>
			<td>&#62;99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>33361</td>
			<td>Anhydrous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon Wafer</td>
			<td>University Wafers</td>
			<td></td>
			<td>300 microns in thickness, (100) orientation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver Filled Epoxy</td>
			<td>Circuit Works</td>
			<td>CW2400</td>
			<td>Two part conductive epoxy resin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten Boat, Alumina Coated</td>
			<td>R. D. Mathis</td>
			<td>S9B-AO-W</td>
			<td>For bismuth thermal evaporation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten Boat</td>
			<td>R. D. Mathis</td>
			<td>S4-.015W</td>
			<td>For vanadium thermal evaporation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RIE Plasma</td>
			<td>Nordson March</td>
			<td>CS-1701</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVD 75 Vapor Deposition Platform</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>PEDP75FTCLT001</td>
			<td>Equipped with three thermal evaporation source and one DC magnetron sputtering source</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermoelectric Temperature Controller</td>
			<td>LairdTech</td>
			<td>MTTC-1410</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PT1000 RGD</td>
			<td>LairdTech</td>
			<td>340912-01</td>
			<td>Temperature sensor for MTTC-1410</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermoelectric Module</td>
			<td>LairdTech</td>
			<td>56910-502</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonicator</td>
			<td>Crest Ultrasonics</td>
			<td>Tru-Sweep 175</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

seedless growth of bismuth nanowire array via vacuum thermal evaporation

Aqui uma técnica sem sementes e sem modelo é demonstrado escalavelmente crescer nanofios de bismuto, por meio de evaporação térmica em alto vácuo à temperatura ambiente. Convencionalmente reservados para a fabricação de filmes finos de metal, depósitos de evaporação térmica de bismuto em uma matriz de nanofios verticais único cristalinos sobre uma película fina plana de vanádio realizada na RT, que é preparado na depositado por pulverização catódica magnetrão ou evaporação térmica. Ao controlar a temperatura do substrato de crescimento do comprimento e largura dos nanofios pode ser ajustado ao longo de um amplo intervalo. Responsável por esta nova técnica é um mecanismo de crescimento nanofio anteriormente desconhecido que as raízes na porosidade leve da película fina de vanádio. Infiltrados nos poros de vanádio, os domínios de bismuto (~ 1 nm) carregam energia excessiva superfície que suprime seu ponto de fusão e continuamente expulsa-los para fora da matriz de vanádio para formar nanofios. Esta descoberta demonstra a viabilidade de vapor escalável fase synthesis de alta pureza nanomateriais sem usar catalisadores.

As imagens de secção transversal SEM de subcamadas de vanádio formadas por pulverização catódica e evaporação térmica métodos são apresentados na Figura 2. A microscopia electrónica de varrimento imagens (SEM) são apresentados para os nanofios de bismuto formados em diferentes temperaturas de substrato (Figura 3). A estrutura cristalina dos nanofios de bismuto é determinada por meio de microscopia electrónica de transmissão (TEM), selectivo de difracçã...

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Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

A protocol for seedless and high yield growth of bismuth nanowire arrays through vacuum thermal evaporation technique is presented.

Crescimento sem sementes de bismuto Nanowire matriz via vácuo evaporação térmica

Here a seedless and template-free technique is demonstrated to scalably grow bismuth nanowires, through thermal evaporation in high vacuum at RT. ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

8.3K visualizações.  Brookhaven National Laboratory. A protocol for seedless and high yield growth of bismuth nanowire arrays through vacuum thermal evaporation technique is presented. 

Vídeo: Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy and dynamics1-4. Fundamental studies of photoionization processes of biomolecules provide information about the electronic structure of these systems. Furthermore determinations of ionization energies and other properties of biomolecules in the gas phase are not trivial, and these experiments provide a platform to generate these data. We have developed a thermal vaporization technique coupled with supersonic molecular beams that provides a gentle way to transport these species into the gas phase. Judicious combination of source gas and temperature allows for formation of dimers and higher clusters of the DNA bases. The focus of this particular work is on the effects of non-covalent interactions, i.e., hydrogen bonding, stacking, and electrostatic interactions, on the ionization energies and proton transfer of individual biomolecules, their complexes and upon micro-hydration by water1, 5-9.
We have performed experimental and theoretical characterization of the photoionization dynamics of gas-phase uracil and 1,3-dimethyluracil dimers using molecular beams coupled with synchrotron radiation at the Chemical Dynamics Beamline10 located at the Advanced Light Source and the experimental details are visualized here. This allowed us to observe the proton transfer in 1,3-dimethyluracil dimers, a system with pi stacking geometry and with no hydrogen bonds1. Molecular beams provide a very convenient and efficient way to isolate the sample of interest from environmental perturbations which in return allows accurate comparison with electronic structure calculations11, 12. By tuning the photon energy from the synchrotron, a photoionization efficiency (PIE) curve can be plotted which informs us about the cationic electronic states. These values can then be compared to theoretical models and calculations and in turn, explain in detail the electronic structure and dynamics of the investigated species 1, 3.

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet VUV Synchrotron Radiation

A molecular beam coupled to tunable vacuum ultraviolet photoionization mass spectrometer at a synchrotron provides a convenient tool to explore the electronic structure of isolated gas phase molecules and clusters. Proton transfer mechanisms in DNA base dimers were elucidated with this technique.

Espectrometria de Massa Molecular Beam Com Tunable radiação ultravioleta de vácuo Síncrotron (VUV)

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy ...

Engenharia

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

Análise de Contato Interfaces para únicos dispositivos de nanofios de GaN

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including conductive, semi-conductive or nonconductive one-dimensional structures. This technique broadens the measurement scope of materials (conductive and nonconductive) and improves the accuracy and stability. If the sample (especially biomaterials, such as human head hair, spider silk, and silkworm silk) is not conductive, it will be coated with a gold layer to make it electronically conductive. The effect of parasitic conduction and radiative losses on the thermal diffusivity can be subtracted during data processing. Then the real thermal conductivity can be calculated with the given value of volume-based specific heat (&#961;cp), which can be obtained from calibration, noncontact photo-thermal technique or measuring the density and specific heat separately. In this work, human head hair samples are used to show how to set up the experiment, process the experimental data, and subtract the effect of parasitic conduction and radiative losses.

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials.

Caracterização dos Transportes térmica em materiais sólidos unidimensionais

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and polar dielectric liquids. These bridges are unique from capillary bridges in that they exhibit extensibility beyond a few millimeters, have complex bi-directional mass transfer patterns, and emit non-Planck infrared radiation. A number of common solvents can form such bridges as well as low conductivity solutions and colloidal suspensions. The macroscopic behavior is governed by electrohydrodynamics and provides a means of studying fluid flow phenomena without the presence of rigid walls. Prior to the onset of a liquid bridge several important phenomena can be observed including advancing meniscus height (electrowetting), bulk fluid circulation (the Sumoto effect), and the ejection of charged droplets (electrospray). The interaction between surface, polarization, and displacement forces can be directly examined by varying applied voltage and bridge length. The electric field, assisted by gravity, stabilizes the liquid bridge against Rayleigh-Plateau instabilities. Construction of basic apparatus for both vertical and horizontal orientation along with operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Horizontal and vertical electrohydrodynamic liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields and polar dielectric liquids. The construction of basic apparatus and operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

A preparação de eletro Pontes de Polar dielétricos líquidos

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

Fazendo Record-eficiência SnS Células solares por evaporação térmica e Deposição Camada Atómica

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. Micromachining techniques allow reduction of the thermal mass of fabricated structures and introduce the possibility to perform high sensitivity thermal measurements in the micro-scale and nano-scale devices. Combining thermal measurement techniques with microfluidic devices allows performing different analytical measurements with low sample consumption and reduced measurement time by integrating the miniaturized system on a single chip. The procedures of thermal measurement techniques for particle detection, material characterization, and chemical detection are introduced in this paper.

Here, we present three protocols for thermal measurements in microfluidic devices.

Técnicas de Medição térmicos em analíticos microfluídicos

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. ...

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their behavior for single stages of a process or even an entire process. For the simulation with occurring particle-particle and particle-wall contacts, the value of the coefficient of restitution is required. It can be determined experimentally. The coefficient of restitution depends on several parameters like the impact velocity. Especially for fine particles the impact velocity depends on the air pressure and under atmospheric pressure high impact velocities cannot be reached. For this, a new experimental setup for free-fall tests under vacuum conditions is developed. The coefficient of restitution is determined with the impact and rebound velocity which are detected by a high-speed camera. To not hinder the view, the vacuum chamber is made of glass. Also a new release mechanism to drop one single particle under vacuum conditions is constructed. Due to that, all properties of the particle can be characterized beforehand.

The coefficient of restitution is a parameter that describes the loss of kinetic energy during collision. Here, a free-fall setup under vacuum conditions is developed to be able to determine the coefficient of restitution parameter for particles in micrometer range with high impact velocities.

Desenvolvimento de uma instalação experimental para a medição do coeficiente de restituição sob condições de vácuo

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

How to Build a Vacuum Spring-transport Package for Spinning Rotor Gauges

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to 1.0 Pa. In this application, the SRGs are frequently transported to laboratories for calibration. Events can occur during transportation that change the rotor surface conditions, thus changing the calibration factor. To assure calibration stability, a spring-transport mechanism is often used to immobilize the rotor and keep it under vacuum during transport. It is also important to transport the spring-transport mechanism using packaging designed to minimize the risk of damage during shipping. In this manuscript, a detailed description is given on how to build a robust spring-transport mechanism and shipping container. Together these form a spring-transport package. The spring-transport package design was tested using drop-tests and the performance was found to be excellent. The present spring-transport mechanism design keeps the rotor immobilized when experiencing shocks of several hundred g (g = 9.8 m/sec2 and is the acceleration due to gravity), while the shipping container assures that the mechanism will not experience shocks greater than about 100 g during common shipping mishaps (as defined by industry standards).

Here we describe how to build a robust spring-transport mechanism for a spinning rotor gauge. This device securely immobilizes the rotor and keeps it under vacuum during transportation. We also describe packaging that minimizes the risk of damage during transport. Tests show our design works for typical shocks during transport.

Como construir um pacote Spring-transporte a vácuo para Spinning Rotor Gauges

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to ...

A High Performance Impedance-based Platform for Evaporation Rate Detection

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was employed here for demonstration purposes. Multiple evaporation tests on the model compound as a humectant with various concentrations in solutions were conducted for comparison purposes. A conventional weight loss approach is known as the most straightforward, but time-consuming, measurement technique for evaporation rate detection. Yet, a clear disadvantage is that a large volume of sample is required and multiple sample tests cannot be conducted at the same time. For the first time in literature, an electrical impedance sensing chip is successfully applied to a real-time evaporation investigation in a time sharing, continuous and automatic manner. Moreover, as little as 0.5 ml of test samples is required in this impedance-based apparatus, and a large impedance variation is demonstrated among various dilute solutions. The proposed high-sensitivity and fast-response impedance sensing system is found to outperform a conventional weight loss approach in terms of evaporation rate detection.

This paper presents an impedance-based apparatus for evaporation rate detection of solutions. It offers clear advantages over a conventional weight loss approach: a fast response, high-sensitivity detection, a small sample requirement, multiple sample measurements, and easy disassembly for cleaning and reuse purposes.

A plataforma baseada em alta impedância de desempenho para a detecção Taxa de evaporação

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was ...

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of nanowires. DEP is used for nanowire analysis, characterization, and for solution-based fabrication of semiconducting devices. The method works by applying an alternating electric field between metallic electrodes. The nanowire formulation is then dropped onto the electrodes which are on an inclined surface to create a flow of the formulation using gravity. The nanowires then align along the gradient of the electric field and in the direction of the liquid flow. The frequency of the field can be adjusted to select nanowires with superior conductivity and lower trap density. 
In this work, flow-assisted DEP is used to create nanowire field effect transistors. Flow-assisted DEP has several advantages: it allows selection of nanowire electrical properties; control of nanowire length; placement of nanowires in specific areas; control of orientation of nanowires; and control of nanowire density in the device. 
The technique can be expanded to many other applications such as gas sensors and microwave switches. The technique is efficient, quick, reproducible, and it uses a minimal amount of dilute solution making it ideal for the testing of novel nanomaterials. Wafer scale assembly of nanowire devices can also be achieved using this technique, allowing large numbers of samples for testing and large-area electronic applications.

In this paper, flow assisted dielectrophoresis is demonstrated for the self-assembly of nanowire devices. The fabrication of a silicon nanowire field effect transistor is shown as an example.

Dieletroforese assistida por fluxo: Um método de baixo custo para a fabricação de dispositivos de solução-processable nanofio de alto desempenho

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...