Sandia sözleşme DE-AC04-94-AL85000 altında Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi için Sandia Corporation, Lockheed Martin Şirketi tarafından işletilen bir çoklu program laboratuvardır. Çalışmaları da Tek Araştırmacı Küçük Grup Araştırma projesinin Prof Violi arasında (Grant No DE-SC0002619) (University of Michigan, Ann Arbor) kapsamında ABD Enerji Departmanı, Temel Enerji Bilimler Dairesi tarafından desteklenmiştir. KRW Enerji Bölümü, Fen Dairesi, Enerji Sözleşme No DE-AC02-05CH11231 ABD Bölümü altında Erken Kariyer Araştırma Programı tarafından desteklenmektedir. Gelişmiş Işık Kaynağı Sözleşme No DE-AC02-05CH11231 altında ABD Enerji Dairesi Müdürü, Fen Bilimleri, Temel Enerji Bilimler Dairesi Ofisi tarafından desteklenmektedir. KKH sözleşme KO 1363/18-3 altında DFG tarafından bu araştırma kapsamında devam eden desteği kabul eder.

1.. Gaz fazlı Deneyleri <ol><li> Düşük basınç Premix Flame ateæIendirilmesi <ol><li> Soğutma suyu brülör ve alev odası duvarına ve alev odası ~ 0.1 mbar aşağı pompalanır olduğu akan emin olun. </li><li> Brülör yüzey boyunca bir argon 1 L / dk akış ve oksijen, 1,5 L / dakika akış oluşturulması ve alev odası içinde 80 mbar (60 Torr) bir basıncı muhafaza. </li><li> Brülör yüzey üzerinde sıcak-tel ateşleyiciyi yerleştirin; 0.4 L / dk hidrojen akışını ayarlamak ve hızlı bir ateşleyici etkinleştirin. </li><li> Kontak açıldıktan sonra, sıcak-tel ateşleyici kapatın ve brülör onu uzakta konumlandırmak. </li><li> Argon, oksijen, hidrojen ve yakıt akışlarının arzu edilen kurulması. Hedef alev [genelde 20-40 mbar (15-30 Torr)] ve koşullarına uygun basıncını ayarlayın. Not: Bireysel alevler için alev koşulları özgün literatürde verilmektedir. Örneğin, stokiyometrik allen boyunca akar ve propin alevlerHansen ve arkadaşları 22 listelenmiştir. </li></ol></li><li> Enerji Tarama - Fotoiyonizasyon Verimliliği (PIE) Curves kazanılması <ol><li> Iyonlaşma odası içindeki basınç 10 mbar -6 ≤ olduğunda, time-of-flight kütle spektrometre ve mikrokanal plaka dedektörü iyon optik gerilimleri uygulamak ve beamline vanalarını açın. Not: (video gösterilmemiştir) Daha önce kalibrasyon deneyleri kütle spektrometresi optimum performans için voltaj ayarlarını bulmak için kullanıldı. </li><li> LabVIEW veri toplama programı &quot;Genel Interface.vi&quot; (Şekil 2) başlatın ve yazılım &quot;Motor&quot; sekmesini kullanarak istediğiniz konuma brülör taşıyın. Not: Bu LabVIEW kod ışın hattı geliştirilen ve istek üzerine mevcuttur edildi. </li><li> Tarama parametrelerini tanımlamak için &quot;Genel&quot; sekmesini kullanın, yani foton enerji eV başına adım sayısı. Tipik olarak, 0.05 eV bir adım boyutukullanılır. </li><li> Istediğiniz başlangıç ​​değerine foton enerjisini ayarlamak için &quot;ALS&quot; sekmesini kullanın ve &quot;aktif&quot; olmak &quot;ALS Enerji&quot; tanımlar. </li><li> &quot;Control&quot; panelindeki, fotodiyot tarafından ölçülen photocurrent okumak için &quot;K6485&quot; etkinleştirin. </li><li> &quot;P7886&quot; sekmesinde, süpürür sayısını ayarlamak için &quot;Set Parameters&quot; butonunu kullanabilirsiniz (normalde 2 ila 19 ve 2 21), depo (normalde 48k) sayısı ve bin genişliği (500 İcra Komitesinin). </li><li> Geçerli bir dosya yolu ve adını girin ve bilgisayar kontrollü veri toplama işlemini başlatmak için &quot;Başlat&quot; düğmesini tıklatın. </li></ol></li><li> Mass Spectra kazanılması - Burner Tarama <ol><li> Time-of-flight kütle spektrometresi Mikrokanallı plaka dedektör iyon optik enerji taramaları gibi voltajları uygulayın. </li><li> Odası içindeki foton ışını sağlamak için beamline vanalarını açın. </li><li> LabVIEW veri ACQ açınuisition programı &quot;Genel Interface.vi&quot;. </li><li> Yazılım &quot;Motor&quot; sekmesini kullanarak, örnekleme koni mümkün olduğunca yakın brülör yüzeyine taşımak için &quot;Jogger&quot; kullanımı ve &quot;Origin&quot; olarak bu konumunu tanımlar. &quot;Aktif&quot; olmak motoru tanımlayın. </li><li> Tarama parametrelerini tanımlamak için &quot;Genel&quot; sekmesine kullanın, yani, brülör hareketin mm başına adım sayısı. Tipik değerler 20 adımda 0-5 mm, 15 adımlarla 5-20 mm, ve 5 adımda 20-30 mm. </li><li> Istenen değere foton enerjisini ayarlamak için &quot;ALS&quot; sekmesini kullanın. Tipik değerler 8-16,65 eV bulunmaktadır. </li><li> &quot;Control&quot; panelindeki, fotodiyot tarafından ölçülen photocurrent okumak için &quot;K6485&quot; etkinleştirin. </li><li> &quot;P7886&quot; sekmesinde, süpürür sayısını ayarlamak için bir alt-VI (Şekil 3) başlatmak için &quot;Set Parametreleri&quot; düğmesini kullanın, yani kütle spektrumları adde sayısıHer brülör pozisyonda birbiri üstüne d (normal olarak 2 ila 19 ve 21 2), depo (normalde 48k) sayısı ve genişliği bin (500 İcra Komitesinin). </li><li> Geçerli bir dosya yolu ve adını sağlayın ve otomatik veri toplama işlemine başlamak için &quot;Başlat&quot; düğmesini tıklatın. </li></ol></li></ol><img alt="Şekil 2," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig2highres.jpg" width="500" /> Şekil 2. Veri toplama programı grafiksel kullanıcı arabirimi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51369/51369fig2highres.jpg" target="_blank">, bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig3highres.jpg" width="500" /> Şekil 3.. Grafiksel kullanıcı interfacgiriş kanallı skaleri parametrelerine e. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51369/51369fig3highres.jpg" target="_blank">, bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.</a> 2.. Aerosol Deneyler <ol><li> Yakın-atmosferik basınç karşıt-akım Alev ateæIendirilmesi <ol><li> Reaktif çıkışları yaklaşık olduğu, soğutma suyu brülör akan emin olun. Alev odası minimum elde basınç altında (~ 2 mbar) aşağı pompalanır 10 mm ayrı ve bu. </li><li> Argon ile alev odasını doldurmak ve ~ 860 mbar (650 Torr) kadar basınç getirmek. </li><li> Yaklaşık ateşleyici bobin yerleştirin. iki brülör satış merkezi. </li><li> Oxidizer stream: (o odayı doldurmak için kullanılan çünkü Ar zaten akan olmalıdır) aşağıdaki gibi gaz akışını ayarlayın O 2 0.3 L / dk ve Ar 1.6 L / dak; Oxidizer akış coflow: 2.5 L / dak Ar; Yakıt akışı: H 2 0.3 L / dakika, Ar 2.5 L / dakika; Yakıt akışı coflow: Ar2.5 L / dak. </li><li> Hidrojen ve oksijen vanalarını açın ve hemen ateşleyici bobin açın. </li><li> Alev tutuşuyor sonra, ateşleyici bobin kapatın ve onu geri. </li><li> Oksijen, argon ve yakıt akışlarının arzu edilen kurulması. Hidrojen akımı ve basınç ayarlamak ve hedef alev için istenen değerlere reaktif çıkış ayırma kapatın. Not: video gösterilir propan alev için akış hızları Skeen et al 4&#39;te verilmiştir. </li></ol></li><li> Bir Aerosol Kütle Spektrum edinimi <ol><li> Iyon optik ve AMS dedektöre uygun gerilimler uygulayın. Not: Optimum performans için voltaj ayarları videoda gösterilmeyen önceki kalibrasyon deneylerde, bulundu. </li><li> LabVIEW veri toplama programı &quot;Genel Arayüz-karşıt-Flow.vi&quot; açın. Not: Bu VI motor kontrol güncellendi edildiği &quot;Genel Interface.vi&quot;, bir değişiklikyeni ihtiyaçlarına uygun. </li><li> Kuvars mikroprob yakıt akışı çıkışı (Şekil 4) en yakın konumda böylece karşı-akım brülör çevirmek için &quot;Motor&quot; sekmesindeki &quot;Jogger&quot; uygulamasını kullanın. Bu pozisyonda iken, sıfıra motorun adım konumunu sıfırlamak. Bu prosedür &quot;köken&quot; konumunu tanımlar. </li><li> Yavaş yavaş aerodinamik lens (ADL) sistemi içine alev-örnekleme hattından akışı sağlayan çeyrek dönüşlü vanasını açın. ADL çıkışında basınç 1 x 10 2 mbar yakın olduğunu onaylayın. </li><li> Tarama parametrelerini tanımlamak için &quot;Genel&quot; sekmesini kullanın, yani, brülör hareketi (brülör tarama) veya foton enerjisi (enerji tarama) mm başına adım sayısı. </li><li> İstenilen foton enerjisini ayarlamak ve istenen brülör konuma brülör taşımak için &quot;Motor&quot; sekmesini kullanın &quot;ALS&quot; sekmesini kullanın. </li><li> &quot;P7886&quot; sekmesini ve &quot;Set Kullanım Parameters &quot;düğmesi orada etme parametrelerini ayarlamak için. </li><li> &quot;Aktif&quot; olmak için &quot;Motor&quot; (brülör tarama) veya &quot;ALS Enerji&quot; (Enerji taraması) tanımlayın. </li><li> Uygun alanlara geçerli bir dosya yolu ve adını takın ve &quot;Başlat&quot; düğmesini tıklatın. Aerosol kütle spektrumları şimdi otomatik olarak alınır. </li></ol></li></ol><img alt="Şekil 4," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig4highres.jpg" width="500" /> Şekil 4. Karşı-akım alev montaj için brülör hareket için grafiksel kullanıcı arabirimi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51369/51369fig4highres.jpg" target="_blank">, bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.</a>

<ol>
	<li>Hansen, N., Cool, T. A., Westmoreland, P. R., Kohse-H&#246;inghaus, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+contributions+of+flame-sampling+molecular-beam+mass+spectrometry+to+a+fundamental+understanding+of+combustion+chemistry.">Recent contributions of flame-sampling molecular-beam mass spectrometry to a fundamental understanding of combustion chemistry.</a> Progress in Energy and Combustion Science. 35, 168-191 (2009).</li><li>Taatjes, C. A., 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=Imaging"+combustion+chemistry+via+multiplexed+synchrotron-photoionization+mass+spectrometry.">Imaging" combustion chemistry via multiplexed synchrotron-photoionization mass spectrometry.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 10, (1039).</li><li>Leone, S. R., Ahmed, M., Wilson, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+dynamics,+molecular+energetics,+and+kinetics+at+the+synchrotron.">Chemical dynamics, molecular energetics, and kinetics at the synchrotron.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 12, 6564-6578 (2010).</li><li>Skeen, S. A., 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=Near-threshold+photoionization+mass+spectra+of+combustion-generated+high-molecular-weight+soot+precursors.">Near-threshold photoionization mass spectra of combustion-generated high-molecular-weight soot precursors.</a> Journal of Aerosol Science. 58, 86-102 (2013).</li><li>Cool, T. A., 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=Photoionization+mass+spectrometer+for+studies+of+flame+chemistry+with+a+synchrotron+light+source.">Photoionization mass spectrometer for studies of flame chemistry with a synchrotron light source.</a> Review of Scientific Instruments. 76, (2005).</li><li>Cool, T. A., 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=Selective+detection+of+isomers+with+photoionization+mass+spectrometry+for+studies+of+hydrocarbon+flame+chemistry.">Selective detection of isomers with photoionization mass spectrometry for studies of hydrocarbon flame chemistry.</a> Journal of Chemical Physics. 119, 8356-8365 (2003).</li><li>Hansen, N., Miller, J. A., Klippenstein, S. J., Westmoreland, P. R., Kohse-H&#246;inghaus, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+formation+pathways+of+aromatic+compounds+in+laboratory-based+model+flames+of+aliphatic+fuels.">Exploring formation pathways of aromatic compounds in laboratory-based model flames of aliphatic fuels.</a> Combustion Explosion and Shock Waves. 48, 508-515 (2012).</li><li>Wang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+nascent+soot+and+other+condensed-phase+materials+in+flames.">Formation of nascent soot and other condensed-phase materials in flames.</a> Proceedings of the Combustion Institute. 33, 41-67 (2011).</li><li>Bockhorn, H., D'Anna, A., Sarofim, A. F., Wang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Combustion generated fine carbonaceous particles. , (2009).</li><li>Lewtas, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Air+pollution+combustion+emissions:+Characterization+of+causative+agents+and+mechanisms+associated+with+cancer,+reproductive,+and+cardiovascular+effects.">Air pollution combustion emissions: Characterization of causative agents and mechanisms associated with cancer, reproductive, and cardiovascular effects.</a> Mutation Research-Reviews in Mutation Research. 636, 95-133 (2007).</li><li>Cohen, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Outdoor+air+pollution+and+lung+cancer.">Outdoor air pollution and lung cancer.</a> Environmental Health Perspectives. 108, 743-750 (2000).</li><li>Gaffney, J. S., Marley, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impacts+of+combustion+emissions+on+air+quality+and+climate+-+From+coal+to+biofuels+and+beyond.">The impacts of combustion emissions on air quality and climate - From coal to biofuels and beyond.</a> Atmos. Environ. 43, 23-36 (2009).</li><li>Lighty, J. S., Veranth, J. M., Sarofim, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combustion+aerosols:+Factors+governing+their+size+and+composition+and+implications+to+human+health.">Combustion aerosols: Factors governing their size and composition and implications to human health.</a> Journal of the Ai., &amp; Waste Management Association. 50, 1565-1618 (2000).</li><li>Gardiner, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Gas-Phase Combustion Chemistry. , (2000).</li><li>Warnatz, J., Maas, U., Dibble, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Combustion: Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation. , (2006).</li><li>McEnally, C. S., Pfefferle, L. D., Atakan, B., Kohse-H&#246;inghaus, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+aromatic+hydrocarbon+formation+mechanisms+in+flames:+Progress+towards+closing+the+fuel+gap.">Studies of aromatic hydrocarbon formation mechanisms in flames: Progress towards closing the fuel gap.</a> Progress in Energy and Combustion Science. 32, 247-294 (2006).</li><li>Kohse-H&#246;inghaus, K., Barlow, R. S., Alden, M., Wolfrum, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combustion+at+the+focus:+laser+diagnostics+and+control.">Combustion at the focus: laser diagnostics and control.</a> Proceedings of the Combustion Institute. 30, 89-123 (2005).</li><li>Qi, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combustion+chemistry+probed+by+synchrotron+VUV+photoionization+mass+spectrometry.">Combustion chemistry probed by synchrotron VUV photoionization mass spectrometry.</a> Proceedings of the Combustion Institute. 34, 33-63 (2013).</li><li>Golan, A., Ahmed, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+beam+mass+spectrometry+with+tunable+vacuum+ultraviolet+(VUV)+synchrotron+radiation.">Molecular beam mass spectrometry with tunable vacuum ultraviolet (VUV) synchrotron radiation.</a> Journal of Visualized Experiments. 50164 (68), (2012).</li><li>Kohse-H&#246;inghaus, K., 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=Biofuel+combustion+chemistry:+From+ethanol+to+biodiesel.">Biofuel combustion chemistry: From ethanol to biodiesel.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 49, 3572-3597 (2010).</li><li>Hansen, N., 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=Fuel-structure+dependence+of+benzene+formation+processes+in+premixed+flames+fueled+by+C6H12+isomers.">Fuel-structure dependence of benzene formation processes in premixed flames fueled by C6H12 isomers.</a> Proceedings of the Combustion Institute. 33, 585-592 (2011).</li><li>Hansen, N., 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=Isomer-specific+combustion+chemistry+in+allene+and+propyne+flames.">Isomer-specific combustion chemistry in allene and propyne flames.</a> Combustion and Flame. 156, 2153-2164 (2009).</li><li>Hansen, N., 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=Initial+steps+of+aromatic+ring+formation+in+a+laminar+premixed+fuel-rich+cyclopentene+flame.">Initial steps of aromatic ring formation in a laminar premixed fuel-rich cyclopentene flame.</a> Journal of Physical Chemistry A. 111, 4081-4092 (2007).</li><li>Hansen, N., 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=Identification+of+C5Hx+isomers+in+fuel-rich+flames+by+photoionization+mass+spectrometry+and+electronic+structure+calculations.">Identification of C5Hx isomers in fuel-rich flames by photoionization mass spectrometry and electronic structure calculations.</a> Journal of Physical Chemistry A. 110, 4376-4388 (2006).</li><li>Hansen, N., 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=Identification+and+chemistry+of+C4H3+and+C4H5+isomers+in+fuel-rich+flames.">Identification and chemistry of C4H3 and C4H5 isomers in fuel-rich flames.</a> Journal of Physical Chemistry A. 110, 3670-3678 (2006).</li><li>Hansen, N., 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+combined+ab+initio+and+photoionization+mass+spectrometric+study+of+polyynes+in+fuel-rich+flames.">A combined ab initio and photoionization mass spectrometric study of polyynes in fuel-rich flames.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 10, 366-374 (2008).</li><li>Taatjes, C. A., 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=Enols+are+common+intermediates+in+hydrocarbon+oxidation.">Enols are common intermediates in hydrocarbon oxidation.</a> Science. 308, 1887-1889 (2005).</li><li>Tolocka, M. P., Zhao, B., Wang, H., Johnston, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+species+associated+with+the+early+stage+of+soot+growth+in+a+laminar+premixed+ethylene-oxygen-argon+flame.">Chemical species associated with the early stage of soot growth in a laminar premixed ethylene-oxygen-argon flame.</a> Combustion and Flame. 142, 364-373 (2005).</li></ol>

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Kütle spektrometresi ile alev-örnekleme ve Sinkrotron tabanlı VUV tek-foton iyonlaşma anlatılan kombinasyonu şu anda mümkün laboratuvar-tabanlı model alevlerin kimyasal bileşimine en ayrıntılı bir görünüm sağlar. Kütle spektrometresi geniş bir dinamik aralığında yüksek hassasiyet (ppm aralığında) ile aynı anda tüm örneklenmiş alev türlerin evrensel algılanmasını sağlar. Bu tekniğin başarısı için Enstrümantal enerjileri kolayca izomerleri ve parçalanma kontrol arasında iyi bir seçicilik sağlamak için, ayarlı olabilir sinkrotron oluşturulan VUV fotonlar, kullanılmasıdır. Kompleks karışımlarını analiz ederken ikinci faktör önemlidir. Anlatılan deney özellikleri yaygın olarak izomer ayrılması için kullanılan gaz kromatografisi, ile ve enerjik elektron iyonizasyonu kullanılarak geleneksel teknikler ile eşsiz vardır. Sinkrotron bazlı tekniğin sınırlamaları, özellikle büyük kütle-ücret oranları için, ma gerçeğinden kaynaklanmaktadırny farklı izomerleri daha sonra benzersiz tespit edilemeyen, akla ve onların katkıları güvenilir 1 ayrılamaz. Deneysel sonuçlar, izomer-çözülmüş alev bileşimler şeklinde, son derece ayrıntılı bir moleküler düzeyde yanma kimya geliştirilmiş kinetik modelleri verebilir. Açıklanan deneyler çok karmaşık ve sorun giderme prosedürleri bir açıklama video ve / veya bu yazının protokol bölümünde belgelenmiştir olabilir ötesinde ne olduğunu. Bu durum aynı zamanda, veri analiz işlemleri için de geçerlidir. Deneysel set-up değişiklikleri normalde tahsis &quot;beamtime&quot; arasında off-line yapılır. Bu deneylerin vurgu yanma ara kantitatif belirlenmesi ile ilgili olduğu için, kararlı ve yeniden üretilebilir bir alevler için çok önemlidir. Ayrıca, akıllıca elde etmek için foton enerjileri ve diğer tarama parametreleri seçmek için gerekli olan biralev yapı güvenilir bir tespiti için yeterli olan deneysel verilerin n yeterli grubu. Advanced Light Source gerçekleştirilen deneyler, başarılı bir şekilde hidrokarbon alev, alev 7 benzen oluşumunun kimyası çözülmeye katkıda bulunmuştur. Öncüler olarak rezonans açısından kararlı radikallerin önemli bir rol propargil, alil tanımlama ile, örneğin, kurulan ve i-C4 H 5 artıkları olmuştur. Benzen oluşumu genel kurum-oluşum sürecinde sadece ilk adım olduğu düşünülmektedir, çünkü, ek çabalar alev örneklenmiş kurum parçacıklarının kimyasal bileşimini tanımlamak için Advanced Light Source sürüyor. Önceki benzeri kurum-örnekleme deneyleri 28 ile karşılaştırıldığında, bu yeni kurulan aerosol-örnekleme deney foton enerji t hassas ayarlanmış olabilir, yani yakın eşik kütle spektrumları kaydedilmesini sağlaro nedenle parçalanması engellenir, sadece hafif bileşenlerin iyonizasyon enerjileri üzerinde olmamalıdır. Bundan başka, aynı zamanda büyük ölçüde parçalanmışlıklarıyla sıcaklık kontrollü bakır blok üzerinde flaş buharlaşma sürecini kullanılarak önlenir. Ancak, deneme anda nicel verileri sağlamak mümkün değil varlık ile sınırlıdır. Aynı zamanda, kaydedilen kütle spektrumları tanecik özel değildir, ama muhtemelen kompozisyon ve boyutu değişen sayıda parçacıkları üzerinde ortalama. Buna ek olarak, yoğuşma ve alev içinde parçacıklar ile ilişkili türlerin tanımlanmasını zorlaştıran, numune alma sondası meydana gelir olabilir. Ayrıca, tespit edilen türler, vakum altında bakır bloğu (300-400 ° C) arasında bir sıcaklıkta buharlaşmış olacak kadar uçucu olmalıdır. Ther aksine Bununla birlikte, erken niteliksel verileri is ön-madde türlerinin bileşimler yakıtın kimyasal yapısına ve kurum-ön-madde-oluşum mekanizmaları bağımlı olduğunu göstermektedir kinetik olarak sürülürmodynamically. Aerosol kütle spektrometresi çabaları erken aşamalarında şu anda, ve kazanmış anlayışlar bugüne kadar fazla araştırma fırsatlarını belirlemek. Kurum-oluşum süreçleri hakkında gelecekteki çalışma ilk aromatik halka dışında kimya odaklanmak muhtemeldir, yani, inden, naftalin, antrasen, vb, ve bunların izomerleri oluşumu. Nihai hedefi parçacık kurulduğu kimya (ve fizik) anlamak için, ve tüm kurum-oluşum sürecini (yakıt oksidasyonu parçacık pıhtılaşmasına) tanımlayan bir öngörü modeli geliştirmektir.

Moleküler büyüme ve kurum oluşum süreçleri için tutarlı ve akıllı bir mekanizma kurulması yanma kimyası araştırma 8,9 en büyük zorluklardan biridir. Yanma süreçleri (PM 2.5 - ≤ 2.5 mikron bir aerodinamik çapı tarafından tanımlanan ince parçacıklar) ince partikül hava kirliliğinin yarısından fazlasını oluşturmaktadır bu istenmeyen yanma yan ürünlerin emisyonunu azaltmak için, ve, onların kimlikleri, konsantrasyonlarını bilmek önemlidir ve oluşumu 10. yolaklar. Yanma yan doğası yakıt ve yanmış edildiği koşullar altında etkilenmektedir. Birçok çalışma, akut çevre ve sağlık etkileri 11-13 yanma emisyonları bağlantılı var. Örneğin, yanma oluşturulan parçacıklar hava kalitesi, atmosferik görüş ve Dünya&#39;nın atmosfer, radyasyon dengesi üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Bu kabul edilir havadaki tarağın kimyasal bileşimiustion oluşturulan parçacıklar genellikle polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH) ile ilişkili toksıklıklerinı belirler. Bu ikinci tür kurum moleküler ön olarak kabul edilir ve bunlar eksik yanma işlemlerde meydana getirilir. Yine, bu süreçleri tanımlamak hala zorlu bir sorundur. Genel olarak konuşursak, bu emisyonların kökeni olan yanma reaksiyonları, birçok farklı reaktif türler içeren, karmaşık yakıt ayrışma ve oksidasyon yolları izleyin. Onlar oranları sıcaklık ve basınç 14,15 bağlıdır reaksiyonların yüzlerce hatta binlerce bir ağ içinde bağlanır. Laminer, önceden karıştırılmış, 20-80 mbar (15-60 Torr) gibi düşük basınçta tesis edilebilir brülör-stabilize düz alevler, genellikle bu karmaşık kimyasal ağı çözülmeye ve kirletici araştırmak için kullanılan standart yanma ortamlarında birini temsil bir potansiyely prototip yakıt 16 verilmektedir. Bu alev ön ulaştıklarında Bu konfigürasyonda, yakıt ve oksitleyici önceden karıştırılır; Bu şekilde, yanma hızı, kimyasal işlemlerle olup karıştırma hakimdir. Bir alt-atmosferik basınç altında, bu alevler işletme olarak, reaksiyon, bölgenin fiziksel kalınlığı lazer tabanlı veya prob-örnekleme teknikleri 1,17 ile ısı ve konsantrasyon gradyanları geliştirilmiş uzamsal çözünürlük sağlayan, artar. Kesin bir şekilde bu alevlerin kimyasal bileşimini analiz etmek amacıyla, bir analitik araç aynı anda tüm türlerinin genel algılama, yüksek hassasiyet ve dinamik aralık, izomerlerin arasında iyi seçicilik ve moleküler parçalanma kontrolü sağlayan gerekmektedir. Yakma-kimya araştırmalarda bir hamle ayarlanabilir vakum ultraviyole (VUV) radyasyon yakın tasarımda kullanılan sinkrotron ışık kaynaklarına alev örnekleme kütle spektrometresi kullanılarak elde edilmiştirtek-foton iyonlaşma 5,6 shold. Eşlik eden videoda gösterilen Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı, Gelişmiş Işık Kaynağı (ALS) de alev deneylerde, gaz örnekleri yüksek vakum içine genişletilmiş, bir kuvars koni tarafından premix alevler içinde çekilir, ve VUV tarafından iyonize 1,5 fotonlar. Deneysel set-up, Şekil 1 &#39;de şematik olarak gösterilmektedir. Bu deney başarısı için en önemli en aza indirmek ya da önlemek Fotoyeniden ve izin vermek için uygun bir aralıkta ayarlamak için yeteneği, iyonize fotonların enerji olmuştur izomer 1,3 özgüllük , 5,18. Videoda görüldüğü gibi, fotoiyonizasyon verimlilik (PIE) eğrileri bize karmaşık alev karışımda spesifik izomer türleri tanımlamak için izin foton enerjisini 19, tuning tarafından kaydedilebilir. Bireysel türler için PIE eğrileri genellikle farklı özelliklere sahip, yani iyonlaşma eşikleri, şekiller ve yoğunlukları. VideoLSO brülör yüzeyine mesafenin bir fonksiyonu olarak ayrı ayrı bileşenlerin mol fraksiyonu profillerini belirlemek için kullanılan deneysel yaklaşım gösterilmektedir. Bu ALS-tabanlı yakma deneyleri hidrokarbon alevler içinde kurum-oluşum süreçleri hakkında ve oksijenli, nesil, biyo-türevli yakıtların 1,20 oksidasyonu üzerinde yoğunlaşmıştır. Kurum oluşumu sorunu ile ilgili olarak, deneyler birçok yeni anlayışlar ortaya çıkardı. Özetle, şu anda yakıtın kimyasal yapısı kimlik (ve miktar) haberci moleküllerin ve buna bağlı olarak çok farklı yollar genel kurum-oluşum süreci 7,21 ilk adımı katkıda bulunabilir etkisi olduğu anlaşılmaktadır. ALS-bazlı aerosol kütle spektrometresi ile alev oluşturulan kurum nanopartiküller kimyasal bileşenlerini belirlerken kurum oluşumu kimyası daha derin anlayışlar elde edilmiştir. Bu deneyde, yeni, burada expVideonun ikinci yarısında lained olmayan premix (difüzyon) alevler kullanılır. Deney düzeneği, aynı zamanda, Şekil 1 &#39;de gösterilmiştir., Bu yapılandırmada, bir alev yakıt ve oksitleyici iki zıt laminar jetleri arasında yakın atmosfer basıncında [933 mbar (700 Torr)] kurulmuştur. Yakıt ve oksitleyici akışı reaksiyon bölgesi dışında ayrı kalır, çünkü bu yapılandırma, moleküler büyüme işlemlerini incelemek için iyi bir fırsat sağlar. Alev oluşturulan parçacıkların bir kuvars mikrosondajını kullanan alev çekilen ve daha sonra parçacıklar buharlaşacak ve bireysel bileşenlerinin içine parçalayın yanıp ısıtılmış bir bakır hedef, üzerine bir aerodinamik mercek sistemi ile odaklanmıştır. Bu moleküler birimler daha sonra ALS VUV fotonlar tarafından iyonize edilir ve karşılık gelen iyonlarının kitle 4 seçilir. Tüm gerekli çalışmaları videoda gösterilen, ancak aerosol veriler kurum-oluşum mekanizmaları kineticall olabileceğini düşündürmektedir<html> y ve termodinamik olarak kontrol edilmemiştir. Ayrıca, veriler de göstermektedir ki, H-soyutlama ve C 2 bir tekrarlayan dizisi tarafından yaygın olarak kabul H-soyutlama-C 2 H 2-ilavesi küçük aromatik türler büyük polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH) için büyümek olduğu (HACA) mekanizması, H 2-katılma reaksiyonları, tüm gözlenen parçacık bileşenleri izah edemez. Video ile birlikte, aşağıdaki protokol veri elde etme işlemleri göstermektedir. <img alt="Şekil 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig1highres.jpg" width="500" /> Şekil 1. Refs gelen izinleri ile Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı İleri Işık Source alev-örnekleme moleküler ışın ve aerosol kütle spektrometresi deneyler şematik.. 2 ve 4.9fig1highres.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:71px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">flame-sampling mass spectrometer</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>custom-built</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">aerosol mass spectrometer</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>custom-built</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

flame experiments at the advanced light source: new insights into soot formation processes

Aşağıdaki deneysel protokoller ve beraberindeki Video Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı 1-4 İleri Işık Kaynak Kimyasal Dynamics beamline (ALS) gerçekleştirilir alev deneyleri ile ilgilidir. Bu video laboratuvar-tabanlı model alevlerin karmaşık kimyasal yapıları ayarlanabilir Sinkrotron oluşturulan vakum ultraviyole (VUV) radyasyon ile alev-örnekleme kütle spektrometresi ile analiz nasıl gösterir. Bu deneysel yaklaşım, yüksek hassasiyet ve geniş dinamik aralık 5,6 ile izomer-çözme yeteneklerini birleştiriyor. Videonun ilk bölümü brülör-stabilize, azaltılmış basınç (20-80 mbar) laminer önceden karıştırılmış alevleri içeren deneyleri açıklar. Küçük bir hidrokarbon yakıt genel deney yaklaşımı göstermek için, seçilmiş alev için kullanılmıştır. Bu türün profilleri brülör yüzeyinden mesafenin bir fonksiyonu olarak elde edilen ve nasıl VUV en ayarlanabilirliği nasıl gösterilirfoton enerjisi kendi iyonizasyon enerjileri dayanan bir çok yanma ara maddeleri tanımlamak için avantajlı olarak kullanılır. Örneğin, bu teknik, kurum oluşumu işlemlerin gaz fazı yönlerini incelemek için kullanılmıştır ve video nasıl rezonans açısından stabilize gibi C3 3 H, C3 H5 gibi radikalleri, ve i-C4 H gösterir 5, önemli ara 7 olarak tanımlanır. Bu çalışma is oluşumu süreçlerine yoğunlaştı ve karbon atomu ihtiva eden, milyonlarca kimyasal yapı, sadece milisaniye olarak sadece birkaç karbon atomuna sahip olan bir yakıt molekülden monte edilir, çünkü kimyasal bakış açısından, bu işlem oldukça ilgi çekicidir. Videonun ikinci bölümü, bir karşı-akım difüzyon alev ve Sinkrotron-bazlı aerosol kütle spektrometresi yanma oluşturulan kurum partiküllerinin 4 kimyasal bileşimini incelemek için kullanıldığı yeni bir deneme, vurgulamaktadır. Deney sonuçları, t göstermektedirşapka yaygın olarak kabul H-soyutlama-C 2 H 2-ek (HACA) mekanizması gözlenen büyük polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH) oluşumundan sorumlu tek moleküler büyüme süreç değildir.

Alçak basınç önceden karıştırılmış bir brülör ile alev örneklenmiş gazların tipik bir kütle spektrumu Şekil 5&#39;te gösterilmiştir. Sinyale katkıda türlerin kimlikleri her bir kütle-için alev örneklenmiş fotoiyonizasyon verimliliği (PIE) eğrileri ile ortaya çıkar yük (m / z) oranı ile bilinen bir izomer spesifik iyonizasyon enerjileri ve PIE eğriler ile karşılaştırılması. Alev örnek PIE eğrilerinin tipik örnekleri, m / z için Şekil 6&#39;da gösterilmektedir = 39 (C3 H 3) ve 41 (C3 H5). Veriler, bir stoikiometrik propin alev 22 alınır. Sinyal açıkça resonantly stabilize propargildir ve alil radikallere kaynaklanan kendi karakteristik iyonlaşma eşikleri ile tanımlanır. Birçok m / z değerleri için, birden fazla rutin izomerleri birden fazla eşik gözlemleyerek belirlenmiştir. Pek çok örnek, literatürde yaygın olarak ele alınmıştır, örneğin, m / z= 40 (allen ve propin), 44 (etenol ve asetaldehit), 54 (1,3-butadien, 1-bütin, 2-bütin) ya da 78 (fulven ve benzen) 23-27. <img alt="Şekil 5," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig5highres.jpg" width="500" /> Şekil 5. Time-of-flight kütle spektrumu. Stokiyometrik propine-O 2 alev içinde düşük basınçlı premix brülör 1,25 mm mesafe 9.9 eV foton kaydedildi. Bir sonraki aşamada belirtilen tüm tepe kolayca çeşitli yanma ara atanabilir. <img alt="Şekil 6," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig6highres.jpg" width="500" /> Şekil 6,. M / z = 39 ve 41. Rezonant stabilize kökleri propargil fotoiyonizasyon verim eğrileri Alevle örneklenir vellyl açıkça gözlemlenen iyonlaşma eşikleri göre tespit edilebilir. Izomerik bileşim bilinen bir kez Protokolü Bölüm yukarıda tarif edildiği gibi, bir kütle spektrumları olarak tek türlerin izomer spesifik mol fraksiyon profillerinin belirlenmesi izin vermek için, alevde farklı konumlarda içinde çeşitli foton enerjilerde ve alınan brülör yüzeyinden mesafenin fonksiyonu. Alçak basınç önceden karıştırılmış bir brülör bir alev içerisinde stoikiometrik propin fulven ve benzen Örnek mol fraksiyon profilleri Şekil 7 22 &#39;de gösterilmiştir. Her bir alev için, tipik olarak 40-50 bireysel mol fraksiyon profilleri toplam kadar türler için belirlenir Bilimsel hedeflerine bağlı olarak m / z = 1 m / z = 78 (benzen ve / veya fulven) ila (H atomu) ya da daha yüksek,. Bu mol kesri profiller daha sonra yanma-kimya modellerinin öngörü yeteneklerini değerlendirmek ve v için kullanılırOnları alidate. <img alt="Şekil 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig7highres.jpg" width="500" /> Şekil 7,. Deneysel mol fraksiyon profilleri. Alçak basınç ön-karıştırmaya brülör stoikiometrik propin alevde fulven ve benzen profilleri. Tipik bir aerosol kitle spektrumu, Şekil 8&#39;de gösterilmiştir. Bir propan karşı-akım difüzyon alev içinde alınmıştır. İyon sinyal m / z = 226 etrafında bir zirve ile 150-600 arasında değişen m / z oranı, olan türler için gözlenmiştir. Bu kütle spektrumunda ya da olası oluşumu yolları çözülmeye görülen türlerin tüm tanımlamak için mevcut deney yeteneklerinin ötesindedir. Yukarıda tarif edildiği gibi (ve video gösterilir) halinde yakıt çıkışından mesafenin bir fonksiyonu olarak örneğin kütle spektrumu alınması uzamsal olarak çözündürülerek profili bulunur. Bir aGısentative Örnek m / z = 256 (C 20 H 16) türleri için, Şekil 8&#39;deki giriş gösterilmiştir. Benzer profilleri dolayısıyla herhangi bir yakma kimya model doğrulama hedef olarak kullanılabilir olan, hem de diğer türlerin herhangi biri için elde edilebilir. <img alt="Şekil 8," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig8highres.jpg" width="500" /> Bir propan-O 2 karşı-akım difüzyon alevden Şekil 8,. Alevle örneklenmiş aerosol kütle spektrumu. Giriş m / z = 256 de C 20 H 16 çözülmüş türler için uzamsal profili temsil eden göstermektedir.

Watch this Scientific Journal Video about Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes at JoVE.com

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

Kütle spektrometrisi ile tüm türlerin çevrimiçi analizi ile laboratuar ölçekli alevden gaz örnekleme yanma süreçleri sırasında meydana gelen kimyasal bileşiklerin kompleks bir karışımı araştırmak için güçlü bir yöntemdir. Sinkrotron oluşturulan vakum ultraviyole radyasyon yoluyla ayarlanabilir yumuşak iyonizasyon ile birleştiğinde, bu teknik izomer-çözüldü bilgi ve potansiyel fragmanı-serbest kütle spektrumları sağlar.

İleri Işık Source Alev Deneyler: İs Oluşumu Süreçlerinin içine Yeni Trendleri

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

flame-experiments-at-advanced-light-source-new-insights-into-soot

Research

JoVE Journal

Engineering

12.7K Görüntüleme.  Sandia National Laboratories.  Kütle spektrometrisi ile tüm türlerin çevrimiçi analizi ile laboratuar ölçekli alevden gaz örnekleme yanma süreçleri sırasında meydana gelen kimyasal bileşiklerin kompleks bir karışımı araştırmak için güçlü bir yöntemdir. Sinkrotron oluşturulan vakum ultraviyole radyasyon yoluyla ayarlanabilir yumuşak iyonizasyon ile birleştiğinde, bu teknik izomer-çözüldü bilgi ve potansiyel fragmanı-serbest kütle spektrumları sağlar. 

Video: Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

Plasmonic geliştirilmiş Işık-tutucu ile Polycrystalline Silikon İnce-film Solar hücreler

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

Mühendislik

Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

The physical properties of a material are defined by its electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;) and momentum (k) and the probability to find them in a particular state with given &omega; and k is described by the spectral function A(k, &omega;). This function can be directly measured in an experiment based on the well-known photoelectric effect, for the explanation of which Albert Einstein received the Nobel Prize back in 1921. In the photoelectric effect the light shone on a surface ejects electrons from the material. According to Einstein, energy conservation allows one to determine the energy of an electron inside the sample, provided the energy of the light photon and kinetic energy of the outgoing photoelectron are known. Momentum conservation makes it also possible to estimate k relating it to the momentum of the photoelectron by measuring the angle at which the photoelectron left the surface. The modern version of this technique is called Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy (ARPES) and exploits both conservation laws in order to determine the electronic structure, i.e. energy and momentum of electrons inside the solid. In order to resolve the details crucial for understanding the topical problems of condensed matter physics, three quantities need to be minimized: uncertainty* in photon energy, uncertainty in kinetic energy of photoelectrons and temperature of the sample.
In our approach we combine three recent achievements in the field of synchrotron radiation, surface science and cryogenics. We use synchrotron radiation with tunable photon energy contributing an uncertainty of the order of 1 meV, an electron energy analyzer which detects the kinetic energies with a precision of the order of 1 meV and a He3 cryostat which allows us to keep the temperature of the sample below 1 K. We discuss the exemplary results obtained on single crystals of Sr2RuO4 and some other materials. The electronic structure of this material can be determined with an unprecedented clarity.

The overall goal of this method is to determine the low-energy electronic structure of solids at ultra-low temperatures using Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy with synchrotron radiation.

Ultra-düşük sıcaklıklarda Açı çözüldü Photoemission Spektroskopi

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

Integrating a Triplet-triplet Annihilation Up-conversion System to Enhance Dye-sensitized Solar Cell Response to Sub-bandgap Light

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents and hence higher efficiencies. Photon up-conversion by way of triplet-triplet annihilation (TTA-UC) is an attractive technique for using these otherwise wasted low energy photons to produce photocurrent, while not interfering with the photoanodic performance in a deleterious manner. Further to this, TTA-UC has a number of features, distinct from other reported photon up-conversion technologies, which renders it particularly suitable for coupling with DSC technology. In this work, a proven high performance TTA-UC system, comprising a palladium porphyrin sensitizer and rubrene emitter, is combined with a high performance DSC (utilizing the organic dye D149) in an integrated device. The device shows an enhanced response to sub-bandgap light over the absorption range of the TTA-UC sub-unit resulting in the highest figure of merit for up-conversion assisted DSC performance to date.

An integrated device, incorporating a dye-sensitized solar cell and triplet-triplet annihilation up-conversion unit was produced, affording enhanced light harvesting, from a wider section of the solar spectrum. Under modest irradiation levels a significantly enhanced response to low energy photons was demonstrated, yielding a record figure of merit for dye-sensitized solar cells.

Bir Üçüz-üçlü Annihilation&#39;ın Up-dönüşüm Sistemi entegre Alt-bandaralıklı Işık Boya duyarlı Solar Hücre Yanıtı arttırmak için

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents ...

Failure Analysis of Batteries Using Synchrotron-based Hard X-ray Microtomography

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent of lithium-ion batteries, researchers have known that the lithium metal anode has the highest theoretical energy density of any anode material. However, rechargeable batteries containing a lithium metal anode are not widely used in consumer products because the growth of lithium dendrites from the anode upon charging of the battery causes premature cell failure by short circuit. Lithium dendrites can also form in commercial lithium-ion batteries with graphite anodes if they are improperly charged. We demonstrate that lithium dendrite growth can be studied using synchrotron-based hard X-ray microtomography. This non-destructive imaging technique allows researchers to study the growth of lithium dendrites, in addition to other morphological changes inside batteries, and subsequently develop methods to extend battery life.

Synchrotron-based hard X-ray microtomography is used to image the electrochemical growth of dendrites from a lithium metal electrode through a solid polymer electrolyte membrane.

Sinkrotron merkezli Sert X-ışını Microtomography kullanılması Akü Arıza Analizi

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent ...

Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is reported. The measurements were demonstrated at the 1-BM bending magnet beamline of the Advanced Photon Source (APS) at Argonne National Laboratory (ANL). By using a 2-D checkerboard &#960;/2 phase-shift grating, transverse coherence lengths were obtained along the vertical and horizontal directions as well as along the 45&#176; and 135&#176; directions to the horizontal direction. Following the technical details specified in this paper, interferograms were measured at different positions downstream of the phase grating along the beam propagation direction. Visibility values of each interferogram were extracted from analyzing harmonic peaks in its Fourier Transformed image. Consequently, the coherence length along each direction can be extracted from the evolution of visibility as a function of the grating-to-detector distance. The simultaneous measurement of coherence lengths in four directions helped identify the elliptical shape of the coherence area of the Gaussian-shaped X-ray source. The reported technique for multiple-direction coherence characterization is important for selecting the appropriate sample size and orientation as well as for correcting the partial coherence effects in coherence scattering experiments. This technique can also be applied for assessing coherence preserving capabilities of X-ray optics.

The measurement protocol and data analysis procedure are given for obtaining transverse coherence of a synchrotron radiation X-ray source along four directions simultaneously using a single 2-D checkerboard phase grating. This simple technique can be applied for complete transverse coherence characterization of X-ray sources and X-ray optics.

2-D Dama Faz GRATING kullanarak birden çok Directions boyunca X-ışını Işın Tutarlılık Ölçümü

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data acquisition times with high spatial resolution. In the electronics industry there is serious interest in performing failure analysis on 3D microelectronic packages, many which contain multiple levels of high-density interconnections. Often in tomography there is a trade-off between image resolution and the volume of a sample that can be imaged. This inverse relationship limits the usefulness of conventional computed tomography (CT) systems since a microelectronic package is often large in cross sectional area 100-3,600 mm2, but has important features on the micron scale. The micro-tomography beamline at the Advanced Light Source (ALS), in Berkeley, CA USA, has a setup which is adaptable and can be tailored to a sample&#39;s properties, i.e., density, thickness, etc., with a maximum allowable cross-section of 36 x 36 mm. This setup also has the option of being either monochromatic in the energy range ~7-43 keV or operating with maximum flux in white light mode using a polychromatic beam. Presented here are details of the experimental steps taken to image an entire 16 x 16 mm system within a package, in order to obtain 3D images of the system with a spatial resolution of 8.7 &#181;m all within a scan time of less than 3 min. Also shown are results from packages scanned in different orientations and a sectioned package for higher resolution imaging. In contrast a conventional CT system would take hours to record data with potentially poorer resolution. Indeed, the ratio of field-of-view to throughput time is much higher when using the synchrotron radiation tomography setup. The description below of the experimental setup can be implemented and adapted for use with many other multi-materials.

For this study synchrotron radiation micro-tomography, a non-destructive three-dimensional imaging technique, is employed to investigate an entire microelectronic package with a cross-sectional area of 16 x 16 mm. Due to the synchrotron&#39;s high flux and brightness the sample was imaged in just 3 min&#160;with an 8.7 &#181;m spatial resolution.

Çok ölçekli Üç boyutlu Mikroelektronik paketleri Soruşturma Sinkrotron Radyasyon Microtomography kullanma

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

Toplu Heterojonksiyonlar Solar Hücre Baskı İmalatı ve<em&gt; In Situ</em&gt; Morfoloji Karakterizasyonu

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a microfluidic chamber assembled in the specimen holder for Transmission Electron Microscopy (TEM) and STEM. The microfluidic system consists of two silicon microchips supporting thin Silicon Nitride (SiN) membrane windows. This article describes the basic steps of sample loading and data acquisition. Most important of all is to ensure that the liquid compartment is correctly assembled, thus providing a thin liquid layer and a vacuum seal. This protocol also includes a number of tests necessary to perform during sample loading in order to ensure correct assembly. Once the sample is loaded in the electron microscope, the liquid thickness needs to be measured. Incorrect assembly may result in a too-thick liquid, while a too-thin liquid may indicate the absence of liquid, such as when a bubble is formed. Finally, the protocol explains how images are taken and how dynamic processes can be studied. A sample containing AuNPs is imaged both in pure water and in saline.

This protocol describes the operation of a liquid flow specimen holder for scanning transmission electron microscopy of AuNPs in water, as used for the observation of nanoscale dynamic processes.

Tarama Transmisyon Elektron Mikroskobu kullanılarak Sıvı Nano-ölçekli Nesnelerin dinamik Süreçlerinin İncelenmesi

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional component that should have high electrical conductivity, high mechanical properties, and high productivity.
In this regard, a carbon fiber/epoxy resin composite can be an ideal material to replace the conventional graphite bipolar plate, which often leads to the catastrophic failure of the entire system because of its inherent brittleness. Though the carbon/epoxy composite has high mechanical properties and is easy to manufacture, the electrical conductivity in the through-thickness direction is poor because of the resin-rich layer that forms on its surface. Therefore, an expanded graphite coating was adopted to solve the electrical conductivity issue. However, the expanded graphite coating not only increases the manufacturing costs but also has poor mechanical properties.
In this study, a method to expose fibers on the composite surface is demonstrated. There are currently many methods that can expose fibers by surface treatment after the fabrication of the composite. This new method, however, does not require surface treatment because the fibers are exposed during the manufacture of the composite. By exposing bare carbon fibers on the surface, the electrical conductivity and mechanical strength of the composite are increased drastically.

A protocol to expose bare fibers on the composite surface by eliminating resin rich area is presented. The fibers are exposed during fabrication of the composites, not by the post surface treatment. The exposed carbon composites exhibit high electrical conductivity in the through-thickness direction and high mechanical property.

Deneysel yeni bir bileşik imalat yöntemi uygulanması: bileşik yüzeyi yumuşak katman yöntemi tarafından çıplak lifleri ortaya

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder microdiffraction two-dimensional (2D) maps at beamline 12.3.2 of the Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory. Measurements can be performed on any sample that is less than 10 cm x 10 cm x 5 cm, with a flat exposed surface. The experimental geometry is calibrated using standard materials (elemental standards for XRF, and crystalline samples such as Si, quartz, or Al2O3 for diffraction). Samples are aligned to the focal point of the x-ray microbeam, and raster scans are performed, where each pixel of a map corresponds to one measurement, e.g., one XRF spectrum or one diffraction pattern. The data are then processed using the in-house developed software XMAS, which outputs text files, where each row corresponds to a pixel position. Representative data from moissanite and an olive snail shell are presented to demonstrate data quality, collection, and analysis strategies.

We describe a beamline setup meant to carry out rapid two-dimensional x-ray fluorescence and x-ray microdiffraction mapping of single crystal or powder samples using either Laue (polychromatic radiation) or powder (monochromatic radiation) diffraction. The resulting maps give information about strain, orientation, phase distribution, and plastic deformation.