Name: applying dynamic strain on thin oxide films immobilized on a pseudoelastic nickel-titanium alloy
Uploaded: 2020-07-28T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Applying Dynamic Strain on Thin Oxide Films Immobilized on a Pseudoelastic Nickel-Titanium Alloy at JoVE.com

وقد قام بهذا العمل جميع المؤلفين المشاركين، وموظفي التحالف من أجل الطاقة المستدامة، وشركة ذ.م.م، ومديرة ومشغلة المختبر الوطني للطاقة المتجددة لوزارة الطاقة الأمريكية بموجب العقد رقم 1. DE-AC36-08GO28308. تمويل من وزارة الطاقة الأمريكية، مكتب العلوم، مكتب علوم الطاقة الأساسية، شعبة العلوم الكيميائية، علوم الأرض والعلوم الحيوية، برنامج الكيمياء الضوئية الشمسية.

1. إعداد NiTi / تي أو2 أقطاب
<ol><li>تلميع الكيميائية والميكانيكية من ركائز NiTi<ol>
<li>قطع احباط نيتي فائقة الزهية (0.05 ملم سمك) إلى 1 سم × 5 شرائط سم.</li>
		<li>عينة البولندية باستخدام 320-، 600- و 1200-حصى الصنفرة، ثم شطف مع الماء فائقة الخطورة (18.2 MΩ).</li>
		<li>عينة بولندية مع 1 ميكرومتر الماس، 0.25 ميكرومتر الما...

<ol>
	<li>Li, J., Shan, Z., Ma, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastic+strain+engineering+for+unprecedented+materials+properties.">Elastic strain engineering for unprecedented materials properties.</a> MRS Bulletin. 39, 108-114 (2014).</li><li>Luo, M., Guo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain-controlled+electrocatalysis+on+multimetallic+nanomaterials.">Strain-controlled electrocatalysis on multimetallic nanomaterials.</a> Nature Reviews Materials. 2, 17059 (2017).</li><li>Yang, S., Liu, F., Wu, C., Yang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+Surface+Properties+of+Low+Dimensional+Materials+via+Strain+Engineering.">Tuning Surface Properties of Low Dimensional Materials via Strain Engineering.</a> Small. 2016, 4028-4047 (2016).</li><li>Clark, E. L., Hahn, C., Jaramillo, T. F., Bell, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+CO2+Reduction+over+Compressively+Strained+CuAg+Surface+Alloys+with+Enhanced+Multi-Carbon+Oxygenate+Selectivity.">Electrochemical CO2 Reduction over Compressively Strained CuAg Surface Alloys with Enhanced Multi-Carbon Oxygenate Selectivity.</a> Journal of the American Chemical Society. 139, 15848-15857 (2017).</li><li>Lu, Z., 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=Electrochemical+tuning+of+layered+lithium+transition+metal+oxides+for+improvement+of+oxygen+evolution+reaction.">Electrochemical tuning of layered lithium transition metal oxides for improvement of oxygen evolution reaction.</a> Nature Communications. 5, 4345 (2014).</li><li>Sethuraman, V. 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=Role+of+Elastic+Strain+on+Electrocatalysis+of+Oxygen+Reduction+Reaction+on+Pt.">Role of Elastic Strain on Electrocatalysis of Oxygen Reduction Reaction on Pt.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 119, 19042-19052 (2015).</li><li>Gu, J., 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+graded+catalytic-protective+layer+for+an+efficient+and+stable+water-splitting+photocathode.">A graded catalytic-protective layer for an efficient and stable water-splitting photocathode.</a> Nature Energy. 2, 16192 (2017).</li><li>Mariano, R. G., McKelvey, K., White, H. S., Kanan, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+increase+in+CO2+electroreduction+activity+at+grain-boundary+surface+terminations.">Selective increase in CO2 electroreduction activity at grain-boundary surface terminations.</a> Science. 358, 1187-1192 (2017).</li><li>Liu, F., Wu, C., Yang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+and+Ligand+Effects+on+CO2+Reduction+Reactions+over+Cu-Metal+Heterostructure+Catalysts.">Strain and Ligand Effects on CO2 Reduction Reactions over Cu-Metal Heterostructure Catalysts.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 121, 22139-22146 (2017).</li><li>Wang, X., 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=Strain+Effect+in+Bimetallic+Electrocatalysts+in+the+Hydrogen+Evolution+Reaction.">Strain Effect in Bimetallic Electrocatalysts in the Hydrogen Evolution Reaction.</a> ACS Energy Letters. 3, 1198-1204 (2018).</li><li>Deng, Q., Smetanin, M., Weissm&#252;ller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+modulation+of+reaction+rates+in+electrocatalysis.">Mechanical modulation of reaction rates in electrocatalysis.</a> Journal of Catalysis. 309, 351-361 (2014).</li><li>Yang, Y., Kumar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastic+Strain+Effects+on+the+Catalytic+Response+of+Pt+and+Pd+Thin+Films+Deposited+on+Pd-Zr+Metallic+Glass.">Elastic Strain Effects on the Catalytic Response of Pt and Pd Thin Films Deposited on Pd-Zr Metallic Glass.</a> Journal of Materials Research. 32, 2690-2699 (2017).</li><li>Yan, 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=The+Influence+of+Elastic+Strain+on+Catalytic+Activity+in+the+Hydrogen+Evolution+Reaction.">The Influence of Elastic Strain on Catalytic Activity in the Hydrogen Evolution Reaction.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55, 6175-6181 (2016).</li><li>Lee, J. H., Jang, W. S., Han, S. W., Baik, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+Hydrogen+Evolution+by+Mechanically+Strained+MoS2+Nanosheets.">Efficient Hydrogen Evolution by Mechanically Strained MoS2 Nanosheets.</a> Langmuir. 30, 9866-9873 (2014).</li><li>Yang, Y., Adit Maark, T., Peterson, A., Kumar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastic+strain+effects+on+catalysis+of+a+PdCuSi+metallic+glass+thin+film.">Elastic strain effects on catalysis of a PdCuSi metallic glass thin film.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 17, 1746-1754 (2015).</li><li>Svedruzic, D., Gregg, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechano-Electrochemistry+and+Fuel-Forming+Mechano-Electrocatalysis+on+Spring+Electrodes.">Mechano-Electrochemistry and Fuel-Forming Mechano-Electrocatalysis on Spring Electrodes.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 118, 19246-19251 (2014).</li><li>Benson, E. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+Tuning+of+a+Thin+Film+Electrocatalyst+by+Tensile+Strain.">Dynamic Tuning of a Thin Film Electrocatalyst by Tensile Strain.</a> Scientific Reports. 9, 15906 (2019).</li><li>Wang, 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=Tuning+the+oxygen+evolution+reaction+on+a+nickel-iron+alloy+via+active+straining.">Tuning the oxygen evolution reaction on a nickel-iron alloy via active straining.</a> Nanoscale. 11, 426-430 (2019).</li><li>Du, M., Cui, L., Cao, Y., Bard, 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=Mechanoelectrochemical+Catalysis+of+the+Effect+of+Elastic+Strain+on+a+Platinum+Nanofilm+for+the+ORR+Exerted+by+a+Shape+Memory+Alloy+Substrate.">Mechanoelectrochemical Catalysis of the Effect of Elastic Strain on a Platinum Nanofilm for the ORR Exerted by a Shape Memory Alloy Substrate.</a> Journal of the American Chemical Society. 137, 7397-7403 (2015).</li><li>Wang, H., 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=Direct+and+continuous+strain+control+of+catalysts+with+tunable+battery+electrode+materials.">Direct and continuous strain control of catalysts with tunable battery electrode materials.</a> Science. 354, 1031-1036 (2016).</li><li>Benson, E. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semiconductor-to-Metal+Transition+in+Rutile+TiO2+Induced+by+Tensile+Strain.">Semiconductor-to-Metal Transition in Rutile TiO2 Induced by Tensile Strain.</a> Chemistry of Materials. 29, 2173-2179 (2017).</li><li>Muralidharan, 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=Tunable+Mechanochemistry+of+Lithium+Battery+Electrodes.">Tunable Mechanochemistry of Lithium Battery Electrodes.</a> ACS Nano. 11, 6243-6251 (2017).</li><li>Muralidharan, N., Carter, R., Oakes, L., Cohn, A. P., Pint, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+Engineering+to+Modify+the+Electrochemistry+of+Energy+Storage+Electrodes.">Strain Engineering to Modify the Electrochemistry of Energy Storage Electrodes.</a> Scientific Reports. 6, 27542 (2016).</li><li>Buehler, W. J., Gilfrich, J. V., Wiley, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Low-Temperature+Phase+Changes+on+the+Mechanical+Properties+of+Alloys+near+Composition+TiNi.">Effect of Low-Temperature Phase Changes on the Mechanical Properties of Alloys near Composition TiNi.</a> Journal of Applied Physics. 34, 1475-1477 (1963).</li><li>Wang, F. E., Buehler, W. J., Pickart, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+Structure+and+a+Unique+"Martensitic"+Transition+of+TiNi.">Crystal Structure and a Unique "Martensitic" Transition of TiNi.</a> Journal of Applied Physics. 36, 3232-3239 (1965).</li><li>Mavrikakis, M., Hammer, B., N&#248;rskov, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Strain+on+the+Reactivity+of+Metal+Surfaces.">Effect of Strain on the Reactivity of Metal Surfaces.</a> Physical Review Letters. 81, 2819-2822 (1998).</li><li>Hwang, J., 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=Tuning+perovskite+oxides+by+strain:+Electronic+structure,+properties,+and+functions+in+(electro)catalysis+and+ferroelectricity.">Tuning perovskite oxides by strain: Electronic structure, properties, and functions in (electro)catalysis and ferroelectricity.</a> Materials Today. 31, 100-118 (2019).</li><li>Kushima, A., Yip, S., Yildiz, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Competing+strain+effects+in+reactivity+of+LaCoO3+with+oxygen.">Competing strain effects in reactivity of LaCoO3 with oxygen.</a> Physical Review B. 82, 115435 (2010).</li><li>Li, Z., Potapenko, D. V., Osgood, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+Surface+Reactions+with+Nanopatterned+Surface+Elastic+Strain.">Controlling Surface Reactions with Nanopatterned Surface Elastic Strain.</a> ACS Nano. 9, 82-87 (2015).</li><li>Petrie, J. R., Jeen, H., Barron, S. C., Meyer, T. L., Lee, H. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancing+Perovskite+Electrocatalysis+through+Strain+Tuning+of+the+Oxygen+Deficiency.">Enhancing Perovskite Electrocatalysis through Strain Tuning of the Oxygen Deficiency.</a> Journal of the American Chemical Society. 138, 7252-7255 (2016).</li><li>Ling, T., 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=Activating+cobalt(II)+oxide+nanorods+for+efficient+electrocatalysis+by+strain+engineering.">Activating cobalt(II) oxide nanorods for efficient electrocatalysis by strain engineering.</a> Nature Communications. 8, 1509 (2017).</li><li>Tavares, C. J., 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=Strain+analysis+of+photocatalytic+TiO2+thin+films+on+polymer+substrates.">Strain analysis of photocatalytic TiO2 thin films on polymer substrates.</a> Thin Solid Films. 516, 1434-1438 (2008).</li><li>Bard, A. J., Faulkner, L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. , (2001).</li><li>Frank, O., 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=Raman+spectra+of+titanium+dioxide+(anatase,+rutile)+with+identified+oxygen+isotopes+(16,+17,+18).">Raman spectra of titanium dioxide (anatase, rutile) with identified oxygen isotopes (16, 17, 18).</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 14567-14572 (2012).</li><li>Metiko&#353;-Hukovi&#263;, M., Kati&#263;, J., Milo&#353;ev, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+passivity+of+NiTi+in+an+acidic+solution+and+the+spectroscopic+characterization+of+passive+films.">Kinetics of passivity of NiTi in an acidic solution and the spectroscopic characterization of passive films.</a> Journal of Solid State Electrochemistry. 16, 2503-2513 (2012).</li><li>Reske, R., 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=Controlling+Catalytic+Selectivities+during+CO2+Electroreduction+on+Thin+Cu+Metal+Overlayers.">Controlling Catalytic Selectivities during CO2 Electroreduction on Thin Cu Metal Overlayers.</a> The Journal of Physical Chemistry Letters. 4, 2410-2413 (2013).</li></ol>

النيتينول هو الركيزة المرنة المناسبة لتطبيق الإجهاد الميكانيكي على الأفلام الرقيقة. وهي متاحة تجاريا، موصلة للغاية ويمكن أن تكون وظيفية بسهولة. إعداد روتيل TiO2 رقيقة الأفلام من قبل المعالجة الحرارية من النيتينول، والنتائج في درجة عالية من نوع ن من نوع TiO2. من المهم التأكيد على ?...

وقد اعترف على نطاق واسع القدرة على تغيير التفاعل السطحي للمواد الحفازة عن طريق إدخال سلالة1،2،3. يمكن إدخال آثار سلالة في المواد البلورية إما عن طريق تعديل بنية المواد (سلالة ثابتة)أو عن طريق تطبيق قوة خارجية متغيرة (سلالة ديناميكية). في المواد البلورية، يمكن إدخال سلالة ثابتة من المنشطات4،دي سبيكة5،,6،الضم7،نمو الظهارية على شعرية الكريستال غيرمتطابقة 2 أو حجم الحبس2،,3. في المواد البوليبلورية، يمكن أن تحدث سلالة داخل حدود الحبوب بسبب التوأمة الكريستال8. يتطلب تحديد الدرجة المثلى من السلالة الساكنة مع بنيات المواد تصميم عينة جديدة لكل مستوى من السلالة المنفصلة ، والتي يمكن أن تكون مضيعة للوقت ومكلفة. وعلاوة على ذلك، وإدخال سلالة ثابتة غالبا ما يدخل الآثار الكيميائية أو يغاند9،10، مما يجعل من الصعب عزل مساهمة سلالة. تطبيق سلالة ديناميكية تسيطر عليها بدقة قوة خارجية يسمح ضبط منهجي من بنية المواد / علاقة وظيفة من أجل استكشاف مجموعة ديناميكية على مساحة سلالة دون إدخال تأثيرات أخرى.
لدراسة آثار الضغط الديناميكي على الكتروكات، يتم ترسيب المعادن أو أكاسيد المعادن على شكل مرن أو ركازات قابلة للتحلي بالحجم، مثل البوليمرات العضوية11،12،13،14،15 أوسبائك 16،17. تطبيقات الميكانيكية، الحرارية أو الكهربائية نتائج التحميل في الانحناء، الضغط، أو التوسع في الركيزة مرنة، مما يؤدي إلى مزيد من الضغط على استجابة الإجهاد على المواد الحفازة المودعة. حتى الآن، تم استغلال الهندسة المحفزة من خلال سلالة ديناميكية لضبط الأنشطة الكهربائية لمختلف المواد المعدنية وشبه الموصلة. وتشمل الأمثلة i) تفاعل تطور الهيدروجين (HER) على MoS2, Au, Pt, Ni, Cu, WC11,12,,14, ii) تفاعل تطور الأكسجين (OER) على NiOx16, سبائك الحديدالنيكل 18 و iii) تفاعل خفض الأكسجين (ORR) على Pt, Pd12,15,19,20.14 وفي معظم هذه التقارير، استخدمت البوليمرات العضوية، مثل الميثاكريلات المتعددة الميثيلات (PMMA)، كركائز مرنة. لقد أظهرنا سابقا تطبيق ركائز معدنية مرنة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ16 وسبائك نيتي فائقة المرونة /الشكل-الذاكرة (نيتينول17،21) لدراسات الإجهاد. كما تم استخدام النيتينول كركيزة مرنة لترسب الأفلام البلاتينية لـ ORR19 و ترسب مواد الكاثود البطارية لتخزين الطاقة22,23. نظرا لذاكرة الشكل وخصائص pseudoelastic، يمكن تشوه سبائك NiTi عن طريق تطبيق الحرارة المعتدلة19 أو سلالة الميكانيكية17، على التوالي. وعلى النقيض من ركائز مرنة العضوية، لا تتطلب الركائز الفلزية عادة ترسب المروجين التصاق، وهي موصلة للغاية ويمكن بسهولة أن تكون وظيفية. يستخدم النيتينول كبديل أكثر مرونة للفولاذ المقاوم للصدأ (SS). في حين يمكن أن تكون SS متوترة بشكل عكسي تصل إلى 0.2٪، يمكن أن يكون nitinol متوترة بشكل عكسي تصل إلى 7٪. نيتينول يدين خصائصه الفريدة إلى التحول البلورية الصلبة الدولة martensitic الذي يسمح للتشوهات المرنة الكبيرة24,25. كل من المواد المتاحة تجاريا في هندسه مختلفة (على سبيل المثال، رقائق، أسلاك، والينابيع). عندما شكلت في الينابيع المرنة, يمكن استخدام ركائز معدنية لدراسة آثار الضغط الديناميكي على كتركاتل دون الحاجة إلى أجهزة مكلفة16; ومع ذلك، تعريف استجابة الإجهاد- الإجهاد هو أكثر تحديا من هندسات أخرى.
في الدراسات التجريبية السابقة مع المحفزات المعادن الانتقالية، وقد نسبت التغيرات في أنشطة الأسطح الحفازة تحت الضغط إلى التغيرات في حيوية من مدارات د المعروفة بالعامية كنظرية d-band26. في المقابل، آثار الضغط على أكاسيد المعادن هو أكثر تعقيدا بكثير، كما أنه يمكن أن تؤثر bandgap، التنقل الناقل، وانتشار وتوزيع العيوب وحتى المباشرة / غير المباشرة التحولات21،27،28،2929،30،31. هنا نقدم بروتوكولات مفصلة لإعداد وتوصيف ن نوع تينو2 رقيقة الأفلام، فضلا عن بروتوكولات لدراسة الأنشطة الكهربائية من هذه الأفلام تحت tunable، سلالة الشد. ويمكن تطبيق نظام ما يعادل لدراسة الأنشطة الكهربائية من مواد مختلفة كدالة سلالة ديناميكية.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>2-Propanol</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>109634</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ag/AgCl (3M NaCl) Reference Electrode</td>
			<td>BASi</td>
			<td>MF-2052</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alkaline Reference Electrode</td>
			<td>Basi</td>
			<td>EF-1369</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl alcohol, Pure, 200 proof, anhydrous, =99.5%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>459836</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MT I I / F u l l am SEMTester Series</td>
			<td>MTI Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitinol foil, 0.05mm (0.002in) thick, superelastic, flat annealed, pickled surface</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>45492</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PK-4 Electrode Polishing Kit</td>
			<td>BASi</td>
			<td>MF-2060</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostat 600D</td>
			<td>CHI instruments</td>
			<td>600D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pt wire</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>267228-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>221465</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>30743</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

applying dynamic strain on thin oxide films immobilized on a pseudoelastic nickel-titanium alloy

التغيير المباشر لهيكل / وظيفة المادية من خلال سلالة هو مجال متزايد من البحوث التي سمحت لخصائص جديدة للمواد في الظهور. ويمكن تحقيق هيكل المواد ضبط عن طريق السيطرة على قوة خارجية المفروضة على المواد والحث على الردود الإجهاد الإجهاد (أي، وتطبيق سلالة ديناميكية). وعادة ما تترسب الأفلام الكهربائية رقيقة على شكل أو حجم tunable ركائز مرنة، حيث التحميل الميكانيكية (أي، ضغط أو التوتر) يمكن أن تؤثر على بنية الفيلم وظيفة من خلال الضغط المفروضة. هنا، ونحن تلخيص أساليب لجهد ن من نوع ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) الأفلام التي أعدتها المعالجة الحرارية من سبيكة النيكل التيتانيوم مرنة الزائفة (نيتينول). والغرض الرئيسي من الطرق المذكورة هو دراسة كيفية تأثير الإجهاد على الأنشطة الكهركتروكاتية لأكسيد المعادن، وعلى وجه التحديد تطور الهيدروجين والتفاعلات تطور الأكسجين. ويمكن تكييف نفس النظام لدراسة تأثير سلالة على نطاق أوسع. يمكن تطبيق هندسة سلالة لتحسين وظيفة المواد، وكذلك لتصميم قابل للتعديل، متعددة الوظائف (الصورة) المواد الكهربائية تحت السيطرة الخارجية الإجهاد.

وتتأكسد رقائق NiTi المعالجة مسبقاً عند 500 درجة مئوية في ظل الظروف الهوائية (الشكل 1). نظرا لطبيعة oxophilic من التيتانيوم، والتكليس في درجات حرارة مرتفعة النتائج في طبقة سطح من تيو روتيل2. تتأثر سماكة طبقة ودرجة من المنشطات ن نوع من الوقت ودرجة الحرارة، والتي تنعكس في تغيير ا?...

Watch this Scientific Journal Video about Applying Dynamic Strain on Thin Oxide Films Immobilized on a Pseudoelastic Nickel-Titanium Alloy at JoVE.com

Applying Dynamic Strain on Thin Oxide Films Immobilized on a Pseudoelastic Nickel-Titanium Alloy

يتم تطبيق ديناميكية، سلالة الشد على تي أو2 رقيقة للأفلام لدراسة آثار الضغط على كتركاتل، والحد من البروتون على وجه التحديد وأكسدة المياه. يتم إعداد أفلام TiO2 من خلال المعالجة الحرارية لسبائك NiTi الزائفة المرنة (Nitinol).

تطبيق الضغط الديناميكي على أفلام أكسيد رقيقة شل على سبائك النيكل التيتانيوم الزائفة

Direct alteration of material structure/function through strain is a growing area of research that has allowed for novel properties of materials to ...

القدرة على تطبيق قوى خارجية قابلة للتطبيق للمواد تسمح لنا بتغيير خصائصها السطحية في الإرادة، فضلا عن العثور على الأنشطة الحفازة الأمثل وإظهار خصائص جديدة. هذه التقنية تسمح لنا لتطبيق سلالات ودراسة تأثيرها على الأنشطة الكهربائية الحفازة دون الحاجة إلى إعداد مواد متعددة لكل درجة من سلالة سرية. ويمكن أيضا استخدام هذه الطرق لدراسة مجموعة من الأفلام زعنفة وخصائصها الكهربائية الكيميائية مثل النشاط الكهروكيميائي والتآكل.لتلميع الكيميائية والميكانيكية من ركائز النيكل والتيتانيوم، أولا، وقطع قطعة سميكة 0.05 ملليمتر من النيكل التيتانيوم فائقة مرونة في شرائط واحد في خمسة سنتيمترات، وتلميع تسلسليا العينات الناتجة مع 320، 600 و 1200 حصى ورقة الرمل. شطف العينة مع المياه النقية جدا بين كل تلميع. بعد الشطف الأخير، تلميع العينة مع الماس ميكرون واحد، 0.3 ميكرون الماس، و 0.05 ميكرون الألومنيوم البولندية.بعد تلميع، sonicate العينات مع الحمامات متسلسلة لمدة خمس دقائق في المياه النقية جدا، ايزوبروبانول، الإيثانول والمياه النقية للغاية قبل تجفيف العينات تحت النيتروجين. لإعداد 50 نانومتر سميكة روتيل التيتانيوم أفلام ثاني أكسيد، بعد التجفيف، ووضع رقائق النيكل والتيتانيوم المصقول في فرن درجة مئوية 500 تحت ظروف الهوائية لمدة 30 دقيقة. سوف يسبب التدفئة لون السطح إلى تغيير من الرمادي إلى الأزرق الأرجواني.لتطبيق الإجهاد الشد لعينات الفيلم ساخنة، المشبك بلطف احباط واحد في اختبار الميكانيكية، وترك سنتيمتر واحد من احباط يتعرض في كل نهاية. ثم، سلالة النيكل التيتانيوم، عينة ثاني أكسيد التيتانيوم بمعدل ملليمترين في الدقيقة الواحدة، والحفاظ على سلالة في صفر إلى ثلاثة في المئة. قبل البدء في القياسات الكهروكيميائية، قبل إجهاد احباط إلى خمسة نيوتن.لإجراء التجارب الكهربائية الكيميائية تحت الضغط المطبق، وتجميع خلية كهربائية كيميائية مصنوعة خصيصا فضفاضة حول النيكل والتيتانيوم، ورقائق ثاني أكسيد التيتانيوم. وضع الخلية بعناية في الوسط لضمان أن يتم كشف مركز احباط. شد الخلية بلطف على العينة لإنشاء خلية حل ضيق للقياسات الكهروكيميائية وملء الخلية بالكهرباء.بعد تطهير بلطف الحل مع النيتروجين، وزيادة سلالة من صفر إلى 0.5 في المئة وإجراء القياسات الضوئية دوري أو قياسات القياس الضوئي اكتساح خطي. لتنفيذ تجربة تفاعل تطور الهيدروجين باستخدام 0.5 حمض الكبريتيك المولر كالكهرباء والفضة والكلوريد الفضي كالكترود مرجعي، وطول عشرة سنتيمترات، 0.5 ملليمتر قطر سلك بلاتيني ملفوف كإلكترود مضاد. مسح الامكانات بين الجهد الدائرة المفتوحة إلى 0.8 أضعاف مقابل RHE، وهو قطب الهيدروجين عكسها، بدءا من أعلى قيمة محتملة ومعدل مسح من خمسة إلى خمسين ملي فولت في الثانية الواحدة.لتنفيذ تجربة تفاعل تطور الأكسجين باستخدام هيدروكسيد الصوديوم الضرس مثل المنحل بالكهرباء والزئبق والأكسجين الزئبقي كإلكترود مرجعي وسلك بلاتيني ملفوف كأقطاب مضادة ، قم بمسح الإمكانية بين جهد الدائرة المفتوحة إلى فولتين مقابل RHE ، بدءًا من أقل قيمة محتملة ومعدل مسح من خمسة إلى خمسين مللي فولت في الثانية. بعد الانتهاء من القياسات، وتخفيف الخلية الكهربائية الكيميائية حول النيكل والتيتانيوم، ورقائق ثاني أكسيد التيتانيوم بحيث يمكن للعينة التحرك بحرية وبلطف تشديد الخلية مرة أخرى على العينة لإعادة تنظيم الجمعية حول احباط. ثم، إعادة ملء وتطهير المنحل بالكهرباء قبل زيادة سلالة من 0.5 إلى واحد في المئة، وتكرار التجارب الكهربائية الكيميائية.لتحديد ما إذا كانت الزيادات في أنشطة تفاعل تطور الهيدروجين ترجع إلى زيادات في السطح الكهروثر ، قم بتشغيل القياس الضوئي الدوري بمعدلات مسح مختلفة في نطاق محتمل تكون فيه التيارات الفرادية لا تذكر ، بحيث لا تمثل التيارات سوى تفريغ الشحن للطبقة المزدوجة الكهربائية وترسم معدلات المسح الضوئي مقابل التيارات. لتوصيف الأفلام المتصدعة، والحفاظ على خمسين نانومتر أكسيد التيتانيوم احباط متوترة في سبعة في المئة لمدة ثلاثين دقيقة أو أكثر، قبل تحليل السطح للتصدع عن طريق مسح المجهرية الكهربائية الكيميائية. ثم إجراء أي القياسات المطلوبة مع حامل العينة المناسبة لمسح المجهر الإلكتروني أو خلية الكهربائية الكيميائية لقياس الكهروكيميائية مع البكر وتصدع عمدا أفلام ثاني أكسيد التيتانيوم في مختلف تدريجيا، وزيادة وانخفاض قيم سلالات.لخصائص السطح من عينة، بعد القياسات الكهربائية الكيميائية، وغسل العينة بالماء لإزالة أي المتبقية حلها وتجميع رقائق مشطف في نقالة الشد. تأمين أصحاب العينة حسب الطلب حول العينة المتوترة. ويمكن بعد ذلك تقييم أسطح العينات عن طريق مسح المجهر الإلكتروني وفقا للبروتوكولات القياسية.ويؤدي تأكسد رقائق النيكل والتيتانيوم عند درجة 500 درجة مئوية إلى التكليس وطبقة سطحية من ثاني أكسيد التيتانيوم الروتيلي. يتأثر سمك الطبقة ودرجة المنشطات من نوع N بوقت التلوين ودرجة الحرارة ، كما هو موضح من خلال تغيير اللون من الرمادي إلى اللون الأزرق الأرجواني الموحد بعد ثلاثين دقيقة من التدفئة. أطول أوقات التدفئة، والنتيجة في أفلام ثاني أكسيد التيتانيوم سمكا، ويرافقه فقدان تدريجي للون الأزرق الأرجواني.يعكس سلوك النيتول تحت الضغط الحراري والميكانيكي تحول مرحلة الحالة الصلبة القابلة للعكس بين مرحلتي بلورية مختلفتين من المارتينسيت ، مما يجعلها مادة مرنة زائفة بدلاً من مادة مرنة. إن القياس الضوئي الدوري وتجارب القياس الضوئي الخطي لاكتساحها مهمة لفهم النظام الكهروكيميائي مثل النطاقات الفارامية مقابل غير الفاراميك. مزيد من التوصيف الكهروكيميائي، يمكن أن تشمل مقاومة الكهربائية الكيميائية لدراسة التغيرات في إعادة التنشيط سطح القطب مع سلالة.لتحديد ما إذا كانت الزيادات في تفاعل تطور الهيدروجين وأنشطة تفاعل تطور الأكسجين هي ببساطة بسبب الزيادات في السطح الكهروإي نشاط. يمكن إجراء قياسات السعة في قيم سلالات مختلفة. لتحديد ما إذا كانت التغييرات في الأنشطة الكهربائية مع سلالة بسبب تشوه مرن أو غير مرن تحت ضغط الشد المطبقة، يمكن إجراء تجارب مع الأفلام ثاني أكسيد التيتانيوم البكر وتصدع عمدا.يجب أن يتم تركيب العينة بشكل صحيح للحصول على نتائج أكثر و إنتاجها. ويمكن دمج هذه نقالة الاستنسل في العديد من الأوصاف والتقنيات المختلفة، بما في ذلك التحليل الطيفي، عبر إعادة الاستيعاب، الرامان confocal أو المجهر التحقيق.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

تصنيع ثلاثة الأبعاد Microstructured nanocomposites وخلال ميكروفلويديك تسلل

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite ...

Reductive Electropolymerization of a Vinyl-containing Poly-pyridyl Complex on Glassy Carbon and Fluorine-doped Tin Oxide Electrodes

Electropolymerization مختزلة من مجمع بولي بيرويل التي تحتوي على الفينيل على زجاجية الكربون والفلور مخدر أكسيد القصدير أقطاب

Controllable electrode surface modification is important in a number of fields, especially those with solar fuels applications. Electropolymerization is ...

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

قوالب المعرفة بالذرة لالفوقي النمو من أكسيد مجمع الأغشية الرقيقة

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

Dynamic Electrochemical Measurement of Chloride Ions

ديناميكية الكهروكيميائية قياس كلوريد الأيونات

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

Cooling Rate Dependent Ellipsometry Measurements to Determine the Dynamics of Thin Glassy Films

تبريد أسعار التابعة القياسات Ellipsometry لتحديد ديناميات رقيقة زجاجية أفلام

This report aims to fully describe the experimental technique of using ellipsometry for cooling rate dependent Tg (CR-Tg) experiments. These measurements ...

Preparation of Macroporous Epitaxial Quartz Films on Silicon by Chemical Solution Deposition

إعداد ماكروبوروس الفوقي الكوارتز أفلام على السيليكون التي كتبها الكيميائية الحل ترسب

This work describes the detailed protocol for preparing piezoelectric macroporous epitaxial quartz films on silicon(100) substrates. This is a three-step ...

Photochemical Oxidative Growth of Iridium Oxide Nanoparticles on CdSe@CdS Nanorods

الضوئية مؤكسد نمو إيريديوم أكسيد النانوية على سيلينيد الكادميوم @ أقراص مدمجة نانواعواد

We demonstrate a procedure for the photochemical oxidative growth of iridium oxide catalysts on the surface of seeded cadmium selenide-cadmium sulfide ...

Capillary Electrophoresis to Monitor Peptide Grafting onto Chitosan Films in Real Time

الشعرية الكهربائي لرصد الببتيد مسمار على الأفلام الشيتوزان في الوقت الحقيقي

Free-solution capillary electrophoresis (CE) separates analytes, generally charged compounds in solution through the application of an electric field. ...