Grafen kağıdı cömert bağış için XG Bilimleri teşekkürler. Cömertçe bize mikro-sondaj ekipmanları kullanmak için icar Dr C. Friedrich sayesinde. Özel bir teşekkür videoyu anlatan için Tayloria Adams uzatıldı.

1.. Bir Lamine Elektrot / yalıtım 3D Yapı Üretiyor <ol><li> 6 grafen tabakası için, 5 bant katmanı cihazı, altı 0.7 cm x 1.5 cm dikdörtgenler halinde bir neşter ya da benzer bir jilet ve düz kenarlı cetvel ile grafen kağıdı kesti ve beş 1.3 cm içine çift taraflı basınca duyarlı bant kesmek için makas kullanın x ~ 5 cm çizgili. NOT: Şekil 1a&#39;da gösterildiği gibi, bir toprak elektrotu 3, 3 AC sinyali elektrotlu bir aygıt elde edilir. Tabaka genişliği yürüten 7 mm kolay delme için yeterince geniş, henüz bir cam slayt üzerine sığacak kadar dar olduğunu. 2 mm uzunluk kolayca tekrar tekrar kullanımı üzerine kırmak ve bakır tel takmak için yeterli oda vardır değil. Cihaz derinlik derinliklerine freze ile sınırlıdır. </li><li> Temiz bir cam slayt grafen kağıdı ilk katman yatıyordu. Yavaşça iki bitişik graphene kağıt tabakaları arasında yalıtım (Şekil 1b sağlamak için bir ~ 2 mm kenar boşluğu bırakarak şeridinin bir şerit ile grafen kağıdın bir ucunu kapsar </strong&gt;). </li><li> Graphene kağıt (Şekil 1a) birinci tabaka ofset bandın üzerine grafen kağıt, ikinci kat yerleştirin. Tabakalar arasında iyi bir sızdırmazlık sağlamak için, her iletken tabakanın ilave edildikten sonra orta basınç (başparmak ile muntazam pres, ~ 100 N fazla 0,7 cm 2 alan) uygulanır. </li><li> Tekrar üst ve alt katmanları grafen kağıdı hem bırakarak, 1.2 ve kalan katmanları için 1.3 adımları. Graphene kağıt tabakası arasında yalıtım sağlamak için, küçük bir ~ 1 mm kenar boşluğu bırakarak cihaz kenarlarından fazla bandı çıkarmak için Şekil 1b de gösterildiği gibi kesikli bir hat boyunca kesilmiş (Şekil 1b). NOT: Çift taraflı bant, bu lamine yapı olarak enkaz toplama önlemek için alt ve üst katmanlar delinmiş gibi bir slayt üzerine monte, kullanılan ve örnek ile dolu değil. </li><li> Bir multimetre (direnç modu) ile hızlı bir izolasyon testi yapın. Th iki farklı yanları üzerinde pozitif ve negatif probları yerleştirine cihazı (Şekil 1c A ve B); yüksek direnç (mega Ohm kilo kadar) katmanlar arasında iyi bir yalıtım gösterir. Mikro kuyu sondajı için hazırlamak için cam slayt katmanlı yapısını çıkarın. NOT: komşu grafen kağıdı tabakaları adımlarla 1,4 ile 1,2 esnasında temas yaparken bir cihaz genellikle yalıtım test başarısız olur. Bu tür cihazlar atın. </li></ol> 2.. Lamine Yapısı Mikro-iyi Matkap <ol><li> Bir bilgisayar kontrollü mekanik mikro-freze makinesi kullanın ve bir çapı 700 mikron ve kesim 2.1 mm uzunluğunda bir uç değirmeni seçin. Uygun kelepçeler kullanılarak mikro-freze sahnede lamine yapıyı hareketsiz (Şekil 2a ve b). 8600 rpm&#39;de freze milini çalıştırın ve ardından uç değirmen içine yavaş yavaş ve tabakalı yapının merkezi boyunca aşağı indirin. Iç duvarını yumuşatmak için mikro-kuyunun yukarı ve aşağı dönen uç değirmen taşı. <ol><li> Mikro-iyi seçinkesim boy oranları mevcut freze çap / uzunluğuna göre kısıtlı çapları. Mikro kuyusunun iç yüzeyinin mikro-gözenekli sayesinde optimal elektrik alan gradyanları ve ışık geçişi için mümkün olduğu kadar dikey ve temiz olduğundan emin olun. </li></ol></li><li> Basınçlı hava ile mikro-kuyudan temiz enkaz. 1.5 açıklandığı gibi başka bir yalıtım testi yapın. </li></ol> 3.. Lamine Yapısı Elektrik İlanlar takın <ol><li> 2 cm bir dik açı ile iki 3 cm uzunluğunda 32 G bakır teller katlayın. ~ Karıştırın kısım A ve gümüş iletken epoksi B 1.5 ml. NOT: <img alt="Denklem 1" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51696/51696eq1.jpg" /></li><li> El üstüne gümüş karışık epoksi uygulanır ve 3 grafin kağıt tabakalarının uçları tabakalı yapı (Şekil 1c) yan A tabakalar arasında iyi bir temas sağlamak için, daha sonra epoksi ve ikisi arasında 1 cm bakır tel ucunu yerleştirmek katmanları. Softly sqaşırı epoksi kaldırmak ve iyi bir elektrik teması sağlamak için katmanları ueeze. Lamine yapının yan B için tekrarlayın. </li><li> Gece boyunca at 70 ° C ve 1 atm kuruması için, fırın rafa bütün yerleştiriniz. </li></ol> 4.. Numune ve Medya hazırlayın <ol><li> Bir iletkenlik ölçer kullanılarak iletkenliklerinin spektrumu, 290 mM mannitol stok çözeltisi ve izotonik fosfat tamponlu salin (PBS) içinde seri eklemeler izotonik ortam hazırlayın. Not: A doğrusal bir ilişki ~ 290 mOsm / L mannitol çözeltisi (iletken olmayan) in (iletken) ~ 290 mOsm / L PBS iletkenliği ve hacim konsantrasyonu arasında bulunmaktadır. Video 0.01 S / m iletkenlik bir ortam sunmaktadır. </li><li> Vol oranı: 01:50 hac için hazırlanan iletkenlik medya ya da e-saf su (~ 5 x 10 -6 S / m) ile polistiren boncuklar karıştırın. Bu protokol de biyolojik hücrelere kolaylıkla uyarlanabilir. </li></ol> 5.. Kurulum Deney ve Aygıtı İşlet <ol><li> Cihaz o Kelepçetadil edilmiş kağıt kelepçeler veya eşdeğeri kullanılarak orta basınç (Şekil 2d) ile bir cam slayt nBu. Temeller örnek sızıntının önlenmesi cam slayt lamine yapıyı mühür mikro-kuyuya kadar yakın olmalıdır. Kelepçe katmanlı yapısının deformasyonunu önlemek için optimize edilmiş bir basınç) ile mikroskop aşamasında içinde uygun ve b) mikro-gözenekli sıvı akmaması sağlamalıdır. Deformasyon deney tekrarlanabilirlik azaltarak iyi geometri ve ışık yolunu değiştirir. </li><li> Bir mikro şırınga veya eşdeğeri kullanılarak, yavaş yavaş mikro kuyuya numunenin ~ 1 ul enjekte edilir ve herhangi bir baloncuklarının oluşumunu ortadan kaldırmak. Gerekirse enjeksiyon tekrarlayın ve keskin iğne ile mikro kuyu duvarları zarar için dikkatli kullanın. Biraz mikro-iyi doldurmayın ve hemen, aşırı sıvı kaldırmak buharlaşmasını önlemek ve her bir deney için tekrarlanabilir miktarlar sağlamak için mikro-kuyunun üzerinde cam kapak kaydırın. NOT: Scor için iyi çalışır glasscutter bir elmas uçboyutuna e ve çatlak cam kapak. </li><li> Mikroskop aşamasında tamamlanmış lamine mikrocihazda Güvenli ve cihaz üzerinde yol iki bakır fonksiyon jeneratörü elektrot tel takmak. Axiovision (Zeiss) yazılımı, çok boyutlu yakalama modunda kamera kaydını başlatmak için düğmesini tıklatın. Uygulanmış ve elektrik alan olmadan tepkilerini belgelemek için CCD kamera kaydı başladıktan sonra sabit bir zaman diliminde işlev üreteci sinyali başlatın. Not: Burada, 100 Hz, 15 V tepe-tepe sinyal ile MHz frekansı 10 uygulanmıştır ve deneyler 2 saniye boyunca cam slayt, yüzey üzerinde 1-200 de 10X büyütmede gözlenmiştir alanı olmadan ve alanı ile ~ 5 dakika uygulanır. Görüntüler dijital fazla analiz için saniye (fps) başına 1 ila 5 kare kaydedildi. </li><li> Deney tamamlandıktan sonra, aygıtı kaldırmak ve kelepçeleri sökün. Sabunlu suyla cam slayt ve cihazı hem de batırmayın, sonra iyice durulayın. 30 hakkında zaman Tekrar cihazlartutarlı bir performans ile s. </li></ol> 6.. Veri Analizi ve Görüntü İşleme <ol><li> Gibi ImageJ olarak tercih yazılımı ile görüntü verileri analiz. Belirli bir zaman adımında ardışık görüntüler arasında parçacık deplasman hızını hesaplayın. </li><li> Eğilimleri derlemek ve teori 29 ile karşılaştırmak hıza dayanan deneysel DEP kuvvet ve alan gücü hesaplayın. </li><li> Radyal olarak elektrik alan gradyanı şekline uygun mikro-gözenekli geometride Ölçü parçacık hızı. Mikro kuyu kenarından merkezine, 7 bölgede sonuçlanır 8 eş izoelektrik konturları (350, 300, ... 50, 0 um), tanımlamak. NOT: 50 mikron mesafe hız hesaplamak için kullanılan çapraz parçacıklar için zaman. Geometrik varyasyonları bunu gerektirdiği zaman, izoelektrik kontür biraz ayarlandı. </li></ol>

Yazarlar ifşa etmek hiçbir çatışmalar var.

Bu el yazması bir roman 6 grafen tabakası ve 5 bant katmanı mikrocihazda imalatı için protokoller ayrıntıları. Ayrıca, cihaz işlemi benzersiz, geometrik ilgili parçacık hız analizi yaklaşımı ile birlikte 6.08 mikron polistiren boncuklar gözlenen DEP davranışları aracılığıyla gösterilmektedir. Aynı derecede güvenilir sonuçlar veren ise doğrusal olmayan elektrokinetik cihazlar oluşturmak için bu çok yönlü yaklaşım, elektrot ve akışkan tabaka mikroimalat tekniklerden daha az maliyetlid...

Grafen yüksek kaliteli elektronik özellikleri ve potansiyel kimyasal ve biyosensör uygulamalarında 1 için bilinen yeni bir malzemedir. Grafen nanoplatelets katalizör desteği 2, 3, 4 biyosensörler, süper kondansatör 5 ve grafin / polianilin ve silikon nanopartikül / graphene kompozitler 6-8 içeren kompozit elektrotlar kullanılmaktadır. Bu el yazması eşsiz bir üç boyutlu (3D) elektrotlar, katmanlı mikroakışkan cihazı olarak grafen kağıdı kullanımını açıklar. Grafen kağıt elektrotlar olarak yalıtkan, çift taraflı bant ve polistiren boncuklar 3D AC dielektroforez uygulandı, içinde delinmiş bir bölme ile lamine edilmiştir. Dielektroforez, (DEP) eşit olmayan elektrik alanlarının altında polarize parçacıkların hareketi ifade eder. Partiküller daha fazla veya daha az polarize olabilir çevreleyen ortam, resu daha olduğunda pozitif DEP (pDEP) veya negatif DEP (NDEP) ortaya çıkarsırasıyla, güçlü ya da zayıf elektrik alanına doğru hareketi lting. Bu doğrusal olmayan elektrokinetik aracı, ayırma yakalama ve parçacıklar ve biyolojik hücre kimlik, 9-15 arasında, ayrılması için kullanılmıştır. Bir polarize parçacığın karşılaştığı dielektroforetik kuvvet elektrik alan gradyan, partikül çapı ve şekli, iletkenlik ve geçirgenlik gibi parçacık dielektrik özelliklerinin yanı sıra medya iletkenlik ve geçirgenlik bir fonksiyonudur. Geleneksel iki boyutlu (2B) DEP olarak, tipik haliyle parçacık hareket mikrofabrike yüzeye elektrotlar arasında oluşan elektrik alanının gradyanı birincil düzleminde olduğu; dikey yönde hareket en cihazlarda in-düzlem yönlerde kıyasla ihmal edilebilir düzeydedir. Ancak, 3D DEP için elektrik alan degradelerin bu üçüncü boyut koşan daha yüksek örnek sağlar ve akış trave olduğu yeni ve geliştirilmiş dielektroforetik ayrımlarını tasarım çok yönlülüğü artırıralana RSE 16, 17, gradyanlar. Diğer özel tasarımlar 3D izolatör-tabanlı DEP 18, 3D karbon-elektrot DEP 13, 19, ve DEP 10 galvanik 3D içerir. 3B yapılar halinde araştırma kanıtladığı gibi, bu cihazlar yüksek verim elde etmek için sürekli bir akış modunda çalıştırılabilir. Bizim katmanlı 3B cihazında 3D parçacık hareketinin gözlenmesi farklı odak yüksekliklerde ışık mikroskobu ile frekans ve orta iletkenliğinin bir fonksiyonu olarak elde edilmektedir. Fatoyinbo vd. Ilk alternatif yığılmış 30 mikron alüminyum folyo ve 150 mikron epoksi reçine filmleri 20 kullanılarak elektrot / yalıtım yapıya lamine bir 3D DEP bildirdi. Hubner vd. Sonra 35 mikron bakır şerit ve 118 mikron poliimit yapıştırıcı 21 ile benzer 3D lamine elektrotları tasarlanmıştır. Bu çalışma, 3D-iyi tasarım 22, 23 ödünç, Ve eşsiz bir sızdırmazlık ve yeterli elektrik koruma elde yalıtım katmanları olarak iletken tabaka ve 100 um çift taraflı bir bant olarak 50 um grafin kağıt kolaylık kullanır. Grafen nanoplatelets anda bu grup daha önce 24 gösterildiği biyosensör olarak hareket yeteneğine sahip, çünkü Grafen kağıdı yönlülüğü 3D elektrot mikrocihazlar için ayrı bir avantajdır. Grafen kağıdı / polimer içinde elde alan eğimleri 3D mikrovasıtalar mikro kuyu boyutları, grafen kağıt katmanları ve uygulanan elektrik alan bağlıdır lamine. Kritik boyutlar dikey elektrot boşluğu (tabaka kalınlıkları iletken ve yalıtkan) ve mikro-kuyu çapı ve yüksekliği (yığılı katmanları tarafından belirlenir) içerir. Elektrik sinyali genliği ve frekansı ile ayarlanmış olabilir. Geçerli aygıt yapısı toplu işlem için, ama sürekli bir akış cihazı için uygun olabilir. Cihaz fabBurada anlatılan teknik, rication 3D sadece kullanılan grafen kağıdı alışverişi grafin nanoplatelet özelliklerinin geniş bir yelpazede olan elektrotlar lamine geliştirmek için uygundur. Grafen kağıdı kullanan Avantajları fiziksel ve kimyasal özelliklerinin çok yönlülük, azaltılmış gider, ve biyosensörler bioanalytes 24 geniş bir tespit olarak grafen nanoplatelets aynı anda hareket edebilir. Yüksek kapasiteli 3D DEP sistemlerinin uzun vadeli hedefleri hızla hücre tipleri 25-27 tanımlamak, ya da sağlıklı hücrelerin 28 popülasyonlarında hastalıklı hücrelerin etiket ücretsiz, elektriksel aracılı hücre sıralamayı elde etmek için vardır. Bu kağıt malzeme optimizasyonu ve gösterim ve tipik sonuçların analizi, ardından cihaz hazırlık ve işlem gösterilmektedir.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="552">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Reagents</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name of Reagent</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalogue Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene Beads</td>
			<td>Spherotech, Inc.</td>
			<td>PP-60-10</td>
			<td>6.08 um diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphene paper</td>
			<td>XG Sciences, Inc.</td>
			<td>XG Leaf B-072</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double sided tape</td>
			<td>3M</td>
			<td>N/A</td>
			<td>136 office tape</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver conductive epoxy</td>
			<td>MG chemicals</td>
			<td>8331-14G</td>
			<td>Part A &#38;B included</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mannitol</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>091M0020V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffer saline</td>
			<td>OmniPur</td>
			<td>0381C490</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name of equipment&#160;</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalogue Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope&#160;&#160;&#160;&#160; (CCD Camera)</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Axiovert 200M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Function/waveform generator</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>33250A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td>Hamilton</td>
			<td>84505</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paper Clamp</td>
			<td>ADAMS</td>
			<td>3300-50-3848</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>280A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimeter</td>
			<td>OMEGA</td>
			<td>HHM25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-milling machine</td>
			<td>AEROTECH</td>
			<td>ABL1500 stages/A3200 Npaq controller</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>End mill</td>
			<td>ULTRATOOL</td>
			<td>708473</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AxioVision</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Version4.8</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

development of a 3d graphene electrode dielectrophoretic device

50 mikron kalınlığında grafen kağıdı ve 100 mikron çift taraflı bant kullanarak yeni bir 3D elektrot mikrocihazda tasarım ve imalat açıklanmıştır. Protokol çok yönlü, yeniden kullanılabilir, çoklu katman, lamine dielektroforez odasını oluşturmak için prosedürleri ayrıntıları. Özel olarak, x 0.7 cm x 2 cm graphene kağıt 50 um ve çift taraflı bant beş kat altı tabakaları dönüşümlü olarak bir araya konmuş, daha sonra, bir cam slayt kenetlenir. Daha sonra, bir 700 mikron çapında mikro zamanda bir bilgisayar kontrollü mikro delme makinesi kullanılarak tabakalı yapısı ile delinmiştir. Komşu grafen katmanları arasında bant tabakasının yalıtım özellikleri direnç testleri ile güvence verildi. Gümüş iletken epoksi grafen kağıdı alternatif katmanları bağlı ve grafen kağıdı ve dış bakır tel elektrotlar arasında istikrarlı bağlantıları kurdu. Bitmiş cihaz kilitlenir ve daha sonra, cam bir kapak ile kapatılır. Elektrik alan degrade t içinde modellenmişO çok katmanlı cihaz. 6 um polistiren boncuklar dielelektroforetik davranışları 0.0001 S / m 1.3 S / m arasında değişen orta iletkenlik derin mikro de 1 mm gösterdiği ve 10 MHz 100 Hz sinyal frekansları uygulanmıştır. Olumsuz dielelektroforetik tepkiler frekans değerleri, daha önce bildirilen literatür değerleri ile tutarlıdır iletkenlik frekans alanı ve çaprazlama en fazla üç boyutlu olarak gözlenmiştir. Cihaz AC elektroozmoz ve elektro-düşük ve yüksek frekans bölgelerinde meydana gelen akışları, sırasıyla engel olamadı. Bu cihazın kullanılan grafen kağıdı yönlüdür ve dielektroforetik karakterizasyonu tamamlandıktan sonra sonradan bir biyosensör olarak işlev olabilir.

6 um polistiren boncuklar üzerinde dielelektroforetik deneyleri, 0.38 mm 3 silindirik, mikro-gözenekli yapılmıştır. Sonuçlar, 3D grafen kağıt tabanlı bir aygıt 3D metal folyo laminat cihazları 20, 21, geleneksel 2D metal elektrot 26, 27 benzer dielelektroforetik imzalar göstermektedir, ve 2D yalıtkan cihazları 25 için lamine göstermektedir. Aşağıdaki deneylerde, 15 V bir tepe-tepe AC sinyali uygulandı ve frekansı 100 Hz MHz 30 ile 10...

Watch this Scientific Journal Video about Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device at JoVE.com

Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

Yüksek verimli bir potansiyele sahip olan yeni microdevice malzemeler ile üç boyutlu (3D) dielektroforez (DEP) göstermek için kullanılır. Grafen nanoplatelet kağıt ve çift taraflı bant dönüşümlü yığılmış; 700 ml&#39;lik bir mikro-gözenekli tabakaların enine delinmiştir. Polistiren boncuklar DEP davranışı mikro iyi gösterilmiştir.

3D Grafen Elektrot dielektroforetik Cihazı Geliştirilmesi

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The ...

development-of-a-3d-graphene-electrode-dielectrophoretic-device

Research

JoVE Journal

Engineering

11.9K Görüntüleme.  Michigan Technological University.  Yüksek verimli bir potansiyele sahip olan yeni microdevice malzemeler ile üç boyutlu (3D) dielektroforez (DEP) göstermek için kullanılır. Grafen nanoplatelet kağıt ve çift taraflı bant dönüşümlü yığılmış; 700 ml'lik bir mikro-gözenekli tabakaların enine delinmiştir. Polistiren boncuklar DEP davranışı mikro iyi gösterilmiştir. 

Video: Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen 1-7. The performance of SOFCs and the rates of many chemical and energy transformation processes in energy storage and conversion devices in general are limited primarily by charge and mass transfer along electrode surfaces and across interfaces. Unfortunately, the mechanistic understanding of these processes is still lacking, due largely to the difficulty of characterizing these processes under in situ conditions. This knowledge gap is a chief obstacle to SOFC commercialization. The development of tools for probing and mapping surface chemistries relevant to electrode reactions is vital to unraveling the mechanisms of surface processes and to achieving rational design of new electrode materials for more efficient energy storage and conversion2. Among the relatively few in situ surface analysis methods, Raman spectroscopy can be performed even with high temperatures and harsh atmospheres, making it ideal for characterizing chemical processes relevant to SOFC anode performance and degradation8-12. It can also be used alongside electrochemical measurements, potentially allowing direct correlation of electrochemistry to surface chemistry in an operating cell. Proper in situ Raman mapping measurements would be useful for pin-pointing important anode reaction mechanisms because of its sensitivity to the relevant species, including anode performance degradation through carbon deposition8, 10, 13, 14 ("coking") and sulfur poisoning11, 15 and the manner in which surface modifications stave off this degradation16. The current work demonstrates significant progress towards this capability. In addition, the family of scanning probe microscopy (SPM) techniques provides a special approach to interrogate the electrode surface with nanoscale resolution. Besides the surface topography that is routinely collected by AFM and STM, other properties such as local electronic states, ion diffusion coefficient and surface potential can also be investigated17-22. In this work, electrochemical measurements, Raman spectroscopy, and SPM were used in conjunction with a novel test electrode platform that consists of a Ni mesh electrode embedded in an yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte. Cell performance testing and impedance spectroscopy under fuel containing H2S was characterized, and Raman mapping was used to further elucidate the nature of sulfur poisoning. In situ Raman monitoring was used to investigate coking behavior. Finally, atomic force microscopy (AFM) and electrostatic force microscopy (EFM) were used to further visualize carbon deposition on the nanoscale. From this research, we desire to produce a more complete picture of the SOFC anode.

We present a unique platform for characterizing electrode surfaces in solid oxide fuel cells (SOFCs) that allows simultaneous performance of multiple characterization techniques (e.g. in situ Raman spectroscopy and scanning probe microscopy alongside electrochemical measurements). Complementary information from these analyses may help to advance toward a more profound understanding of electrode reaction and degradation mechanisms, providing insights into rational design of better materials for SOFCs.

Katı Oksit Yakıt Hücreleri Elektrot Yüzeyler Sondalama ve Haritalama

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

Mühendislik

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses triangulation between matching points in two views of the same scene at different angles to compute depth.&#160;However, unlike a stereo-based method, DFP uses a digital video projector to replace one of the cameras1. The projector rapidly projects a known sinusoidal pattern onto the subject, and the surface of the subject distorts these patterns in the camera&#8217;s field of view. Three distorted patterns (fringe images) from the camera can be used to compute the depth using triangulation.
Unlike other 3D measurement methods, DFP techniques lead to systems that tend to be faster, lower in equipment cost, more flexible, and easier to develop.&#160;DFP systems can also achieve the same measurement resolution as the camera.&#160;For this reason, DFP and other digital structured light techniques have recently been the focus of intense research (as summarized in1-5). Taking advantage of DFP, the graphics processing unit, and optimized algorithms, we have developed a system capable of 30&#160;Hz 3D video data acquisition, reconstruction, and display for over 300,000 measurement points per frame6,7.&#160;Binary defocusing DFP methods can achieve even greater speeds8.
Diverse applications can benefit from DFP techniques. Our collaborators have used our systems for facial function analysis9, facial animation10, cardiac mechanics studies11, and fluid surface measurements, but many other potential applications exist.&#160;This video will teach the fundamentals of DFP techniques and illustrate the design and operation of a binary defocusing DFP system.

This video describes the fundamentals of digital fringe projection techniques, which provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;It also demonstrates the design and operation of a high-speed binary defocusing system based on these techniques.

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently more difficult than measuring the flow of a transparent fluid, since optical methods are not applicable. Ultrasound can be used to measure the velocity of an opaque fluid, not only at isolated points, but at hundreds or thousands of points arrayed along lines, with good temporal resolution. When applied to a liquid metal electrode, ultrasound velocimetry involves additional challenges: high temperature, chemical activity, and electrical conductivity. Here we describe the experimental apparatus and methods that overcome these challenges and allow the measurement of flow in a liquid metal electrode, as it conducts current, at operating temperature. Temperature is regulated within &#177;2 &#176;C using a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller that powers a custom-built furnace. Chemical activity is managed by choosing vessel materials carefully and enclosing the experimental setup in an argon-filled glovebox. Finally, unintended electrical paths are carefully prevented. An automated system logs control settings and experimental measurements, using hardware trigger signals to synchronize devices. This apparatus and these methods can produce measurements that are impossible with other techniques, and allow optimization and control of electrochemical technologies like liquid metal batteries.

Ultrasound velocimetry is used to study mixing by fluid flow in liquid metal electrodes. The focus of this manuscript is to illustrate the methods used for making precise, spatially-resolved ultrasound measurements while limiting oxidation and controlling and monitoring temperature, applied current, and the heater power being supplied.

Sıvı Metal Elektrot Ultrason Hızı Ölçümü

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

Bireysel Nanopartiküller 3D Elemental Haritalama için Enerji Dağılımı X-ışını Tomografi

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Synthesis and Functionalization of 3D Nano-graphene Materials: Graphene Aerogels and Graphene Macro Assemblies

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. Additionally, most reported graphene assemblies are held together through physical interactions (e.g., van der Waals forces) rather than chemical bonds, which limit their mechanical strength and conductivity. This video method details recently developed strategies to fabricate mass-producible, graphene-based bulk materials derived from either polymer foams or single layer graphene oxide. These materials consist primarily of individual graphene sheets connected through covalently bound carbon linkers. They maintain the favorable properties of graphene such as high surface area and high electrical and thermal conductivity, combined with tunable pore morphology and exceptional mechanical strength and elasticity. This flexible synthetic method can be extended to the fabrication of polymer/carbon nanotube (CNT) and polymer/graphene oxide (GO) composite materials. Furthermore, additional post-synthetic functionalization with anthraquinone is described, which enables a dramatic increase in charge storage performance in supercapacitor applications.

This video method describes the synthesis of high surface area, monolithic 3D graphene-based materials derived from polymer precursors as well as single layer graphene oxide.

Sentezi ve 3D Nano-grafen Malzemelerin fonksiyonalizasyonu: Grafen Aerogels ve Graphene Makro Meclisleri

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. ...

Non-aqueous Electrode Processing and Construction of Lithium-ion Coin Cells

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational analysis. Testing of lithium-ion batteries in an academic setting has taken on several forms, but at the most basic level lies the coin cell construction. In traditional LIB electrode preparation, a multi-phase slurry composed of active material, binder, and conductive additive is cast out onto a substrate. An electrode disc can then be punched from the dried sheet and used in the construction of a coin cell for electrochemical evaluation. Utilization of the potential of the active material in a battery is critically dependent on the microstructure of the electrode, as an appropriate distribution of the primary components are crucial to ensuring optimal electrical conductivity, porosity, and tortuosity, such that electrochemical and transport interaction is optimized. Processing steps ranging from the combination of dry powder, wet mixing, and drying can all critically affect multi-phase interactions that influence the microstructure formation. Electrochemical probing necessitates the construction of electrodes and coin cells with the utmost care and precision. This paper aims at providing a step-by-step guide of non-aqueous electrode processing and coin cell construction for lithium-ion batteries within an academic setting and with emphasis on deciphering the influence of drying and calendaring.

Non-aqueous electrode processing is central to the construction of coin cells and the evaluation of new electrode chemistries for lithium-ion batteries. A step-by-step guide to the basic practices needed as an electrochemical engineer working with batteries in an academic experimental setting is furnished.

Lityum-ion Coin Hücrelerinin Susuz Elektrot İşleme ve İnşaat

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational ...

A 3D-printed Chamber for Organic Optoelectronic Device Degradation Testing

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, using 3D-printing. As these types of devices are sensitive to moisture and oxygen, such a chamber can aid researchers in characterizing the electronic and stability properties. The chamber is intended to be used as a temporary, reusable, and stable environment with controlled properties (including humidity, gas introduction, and temperature). It can be used to protect air-sensitive materials or to expose them to contaminants in a controlled way for degradation studies. To characterize the properties of the chamber, we outline a simple procedure to determine the water vapor transmission rate (WVTR) using relative humidity as measured by a standard humidity sensor. This standard operating procedure, using a 50% infill density of polylactic acid (PLA), results in a chamber that can be used for weeks without any significant loss of device properties. The versatility and ease of use of the chamber allows it to be adapted to any characterization condition that requires a compact-controlled atmosphere.

Here, we present a protocol for the design, manufacture, and use of a simple, versatile 3D-printed and controlled atmospheric chamber for the optical and electrical characterization of air-sensitive organic optoelectronic devices.

3D baskı odası için organik opto-elektronik aygıt bozulması test

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, ...

Three-electrode Coin Cell Preparation and Electrodeposition Analytics for Lithium-ion Batteries

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and subsequent safety issues becomes increasingly important. In a Li-ion cell setup, the voltage measurement across the positive and negative terminals inherently includes the effect of the cathode and anode which are coupled and sum to the total cell performance. Accordingly, the ability to monitor the degradation aspects associated with a specific electrode is extremely difficult because the electrodes are fundamentally coupled. A three-electrode setup can overcome this problem. By introducing a third (reference) electrode, the influence of each electrode can be decoupled, and the electrochemical properties can be measured independently. The reference electrode (RE) must have a stable potential that can then be calibrated against a known reference, for example, lithium metal. The three-electrode cell can be used to run electrochemical tests such as cycling, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Three-electrode cell EIS measurements can elucidate the contribution of individual electrode impedance to the full cell. In addition, monitoring the anode potential allows the detection of electrodeposition due to lithium plating, which can cause safety concerns. This is especially important for the fast charging of Li-ion batteries in electric vehicles. In order to monitor and characterize the safety and degradation aspects of an electrochemical cell, a three-electrode setup can prove invaluable. This paper aims to provide a guide to constructing a three-electrode coin cell setup using the 2032-coin cell architecture, which is easy to produce, reliable, and cost-effective.

Three-electrode cells are useful in studying the electrochemistry of lithium-ion batteries. Such an electrochemical setup allows the phenomena associated with the cathode and anode to be decoupled and examined independently. Here, we present a guide for construction and use of a three-electrode coin cell with emphasis on lithium plating analytics.

Üç elektrot madeni para hücre hazırlık ve Electrodeposition analiz için lityum-iyon pil

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and ...

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D materials is still in nascent stages, scientists cannot fully rely on traditional semiconductor techniques for related research. Delicate processes from locating the materials to electrode definition need to be well controlled. In this article, a universal fabrication protocol required in manufacturing nanoscale electronics, such as 2D quasi-heterojunction bipolar transistors (Q-HBT), and 2D back-gated transistors are demonstrated. This protocol includes the determination of material position, electron beam lithography (EBL), metal electrode definition, et al. A step by step narrative of the fabrication procedures for these devices are also presented. Furthermore, results show that each of the fabricated devices has achieved high performance with high repeatability. This work reveals a comprehensive description of process flow for preparing 2D nano-electronics, enables the research groups to access this information, and pave the way toward future electronics.

The article aims to introduce a standard and reliable fabrication procedure for the development of future low dimensional nanoelectronics.

İki boyutlu nanoelektronik imal etmek standart ve güvenilir bir yöntem

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of data that can be obtained from an individual sample and renders it difficult to produce statistically relevant data for unique and rare materials. Resonant cavity dielectric spectroscopy is a non-destructive, contactless technique which can simultaneously interrogate both sides of a sheeted material and provide measurements which are suitable for statistical interpretations. This offers analysts the ability to quickly discriminate between sheeted materials based on composition and storage history. In this methodology article, we demonstrate how contactless resonant cavity dielectric spectroscopy may be used to differentiate between paper analytes of varying fiber species compositions, to determine the relative age of the paper, and to detect and quantify the amount of post-consumer waste (PCW) recycled fiber content in manufactured office paper.

A protocol for the non-destructive analysis of the fiber content and relative age of paper.

Temassız Rezonans Kavite Dielektrik Spektroskopik Çalışmalar için Yöntem Geliştirme Selülozik Kağıt

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