Die Autoren bedanken sich bei James A. Forrest um Hilfe bei der Idee für diese Technik zu bestätigen. 26. Diese Arbeit wurde durch Mittel aus der University of Pennsylvania unterstützt und wurde teilweise durch die MRSEC Programm der National Science Foundation unter award unterstützt keine. DMR-11- 20901 an der Universität von Pennsylvania.

1. Film: Herstellung <ol><li> Man wiegt 0,04 g Polystyrol, und in einen 30 ml-Fläschchen. </li><li> Wiegen Sie 2 g Toluol in die Flasche. Eine 2% ige Lösung von Polystyrol in Toluol ergibt ein Film von etwa 100 nm. </li><li> Lassen Sie die Lösung sit O / N, um das Polystyrol vollständig zu lösen und lassen Sie die Lösungen zu begleichen. </li><li> Legen Sie eine 1 cm x 1 cm Silizium (Si) Wafer auf einen Spin Coater. </li><li> Drehen Sie das Wafer bei 8000 Upm für 45 sec. Während sie sich dreht, fallen ca. 1 ml Toluol auf dem drehenden Wafers. Hinweis: Alle Schritte, die Schleuderbeschichtung sind in einem Abzug durchgeführt. </li><li> Auf dem nun ortsfesten Si-Wafer, Zugeben der Lösung aus Schritt 1.3 tropfenweise auf den Si-Wafer, bis die gesamte Oberfläche des Si-Wafers bedeckt. </li><li> Bevor die Lösung trocknet auf dem Wafer, drehen Sie das Si-Wafer bei 4.000 Umdrehungen pro Minute für 20 Sekunden. </li><li> Bestimmen Sie die Dicke des Films mit Ellipsometrie (siehe Schritt 2). </li><li> Wenn der Film mit der gewünschten Dicke, anneal den Film in einem Vakuumofen bei 393 K für 15 Stunden. </li></ol> 2. Festlegung der Schichtdicke <ol><li> Legen Sie die Schleudergußfilm auf das Ellipsometer Bühne und messen die ellipsometrischen Winkel Ψ (λ) und Δ (λ) bei einem Lichteinfallswinkel von 70 ° mit einer 1 s Aufnahmezeit und der Zonenmitteleinstellung eingeschaltet. </li><li> Verwendung des Ellipsometers Software passen die resultierende Ψ (λ) und Δ (λ) Daten zu einem Dreischichtenmodell nach dem Protokoll des Herstellers. Es gibt keine zusätzlichen Benutzereingaben. Die erste Schicht ist eine Trägerschicht aus Si, ist die zweite Schicht eine native Oxidschicht mit einer Dicke von 1,5 nm, und die dritte Schicht eine Cauchy-Modell (n = A + B / λ 2, k = 0) ist, entspricht zu den optischen Eigenschaften der Polystyrolfilm. In diesem Modell, A und B die Anpassungsparameter, und n und k die realen und imaginären Komponenten des Index der Refraktion sind. </li><li> Für die Cauchy-Schicht, passen die thickness und A und B Parameter, wenn die Folie mehr als 10 nm ist. Wenn der Film unter 10 nm, nur passen A. Hinweis: Dies wird in der Repräsentative Ergebnisse Abschnitt besprochen werden. </li></ol> 3. Kühlrate Dependent T g Maße <ol><li> Bestreichen Sie die Oberfläche des Heizelements der variable Temperatur Ellipsometer Bühne mit Wärmeleitpaste. </li><li> Platzieren des geglühten Polystyrolfilm auf das Heizelement. </li><li> Klemmen Sie die Folie fest auf das Heizelement. </li><li> Fließen 100% trockene Stickstoffgas durch die Temperaturstufe bei einem Druck von &lt;69 kPa. </li><li> Unter Verwendung der Temperaturstufe-Software, erstellen Sie ein Temperaturprofil. Dieses Temperaturprofil beginnt mit einer Heizrampe bis 393 K auf 150 K / min. Halten Sie den Film bei 393K für 20 min. <ol><li> Dann alternativen Kühlrampen auf 293 K bei Raten von 150, 120, 90, 60, 30, 10, 7, 3 und 1 K / min mit Heizung Rampen auf 393 K bei 150 K / min. Legen Sie ein 5 min Tempetur hold nach jeder Rampe. </li></ol></li><li> In der Ellipsometer-Software sucht, ein temperaturabhängiger Ellipsometrie Modell ähnlich dem in Abschnitt 2. Alle drei Schichten die gleichen sind, außer dass das Substrat auf eine Temperatur abhängigen Si Modell geändert. </li><li> In der Schicht für die temperaturabhängige Si-Modell, schalten Sie die &quot;Use Ext Temp von Parm Log&quot; Parameter. </li><li> Mit Laborgeräten Controlling-Software, haben das Ellipsometer-Software lesen Sie die Temperaturwerte von Temperaturstufe. </li><li> Richten Sie das Ellipsometer, daß das Signal maximaler Intensität erreicht. </li><li> Unter &quot;Hardware Konfigurationen bearbeiten&quot;, stellen Sie die schnelle Erfassungszeit auf 1 Sekunde mit hoher Genauigkeit Zone Mittelwertbildung. Stellen Sie den normalen Aufnahmezeit auf 3 Sekunden mit hoher Genauigkeit Zone Mittelwertbildung. </li><li> Unter der &quot;in situ&quot; Registerkarte im Ellipsometer Software überprüfen Sie die &quot;schnelle Erfassungszeit-Modus&quot; ein, und drücken Sie &quot;Start Acquisition&quot;. Dann startendas Temperaturprofil. Vor der 3 K / min Kühlrampe, deaktivieren Sie das schnelle Erfassungszeit ein. </li></ol> 4. Bestimmung Werte von T g <ol><li> Exportieren Sie die Temperatur und Dickenprofile in den bevorzugten Grafik-und Analyse-Software, und trennen Sie die Temperatur und Dickendaten für alle 9 Kühlraten. </li><li> Um den Effekt der Zone mit durchschnittlich während der Erfassung der Temperatur zu berücksichtigen, nehmen jeden Temperaturwert, und die Durchschnitts es mit dem Temperaturwert vorangeht, so dass T = (T i + T i-1) / 2, wobei T i ist ein Temperaturwert zu einem bestimmten Zeitpunkt und T i-1 ist die Temperatur der vorherigen Zeitpunkt. </li><li> Plot Dicke und Temperatur für jede Kühlrate. </li><li> Durchführen einer linearen Anpassung auf einem Abschnitt des unterkühlten Flüssigregime (Hochtemperaturbereich mit dem größeren Ausdehnungskoeffizienten). Dieses Regime wird ungefähr von 393 K bis 380 K. sein </li><li> Perform lineare Anpassung auf einem Teil der glasartigen Regime des gleichen Satz von Daten. Dieses Regime hat einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten und wird ungefähr von 293 K bis 340 K. sein </li><li> Finden Sie den Schnittpunkt dieser beiden Linien. Die Temperatur, wo diese Linien schneiden sich die Glasübergangstemperatur. </li><li> Tun Sie dies für alle neun Rampen. </li></ol> 5. Analyse Durchschnittliche Thin Film Dynamics <ol><li> Für eine gegebene Schichtdicke Grundstück Log (Kühlrate (K / min)) gegen 1 / T g (K -1). </li><li> Vergleichen Sie dies indirekt auf Messungen der Masse und Oberflächendynamik durch die empirische Beziehung zu lenken: Kühlrate * τ α = 1000. 23,24 </li></ol>

<ol>
	<li>Keddie, J. L., Jones, R. A. L., Cory, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Size-Dependent+depression+of+the+glass+transition+temperature+in+polymer+films.">Size-Dependent depression of the glass transition temperature in polymer films.</a> Europhys. Lett. 27 (1), 59-64 (1994).</li><li>Forrest, J. A., Veress, K. D., Dutcher, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interface+and+chain+confinement+effects+on+the+glass+transition+temperature+of+thin+polymer+films.">Interface and chain confinement effects on the glass transition temperature of thin polymer films.</a> Phys. Rev.E. 56 (5), 5705-5716 (1997).</li><li>Forrest, J. A., Mattsson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reductions+of+the+glass+transition+temperature+in+thin+polymer+films:+Probing+the+length+scale+of+cooperative+dynamics.">Reductions of the glass transition temperature in thin polymer films: Probing the length scale of cooperative dynamics.</a> Phys. Rev.E. 61 (1), R53-R56 (2000).</li><li>Sharp, J. S., Forrest, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Free+surfaces+cause+reductions+in+the+glass+transition+temperature+of+thin+polystyrene+films.">Free surfaces cause reductions in the glass transition temperature of thin polystyrene films.</a> PRL. 91 (23), 235701 (2003).</li><li>Ellison, C. J., Torkelson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+distribution+of+glass-transition+temperatures+in+nanoscopically+confined+glass+formers.">The distribution of glass-transition temperatures in nanoscopically confined glass formers.</a> Nat. Mat. 2 (10), 695-700 (2003).</li><li>Priestley, R. D., Ellison, C. J., Broadbelt, L. J., Torkelson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+relaxation+of+polymer+glasses+at+surfaces,+interfaces,+and+in+between.">Structural relaxation of polymer glasses at surfaces, interfaces, and in between.</a> Science. 309 (5733), 456-459 (2005).</li><li>Ellison, C. J., Kim, S. D., Hall, D. B., Torkelson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confinement+and+processing+effects+on+glass+transition+temperature+and+physical+aging+in+ultrathin+polymer+films:+Novel+fluorescence+measurements.">Confinement and processing effects on glass transition temperature and physical aging in ultrathin polymer films: Novel fluorescence measurements.</a> Euro. Phys. J. E. 8 (2), 155-166 (2002).</li><li>Ellison, C. J., Mundra, M. K., Torkelson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impacts+of+polystyrene+molecular+weight+and+modification+to+the+repeat+unit+structure+on+the+glass+Transition&#8722;Nanoconfinement+effect+and+the+cooperativity+length+scale.">Impacts of polystyrene molecular weight and modification to the repeat unit structure on the glass Transition&#8722;Nanoconfinement effect and the cooperativity length scale.</a> Macromolecules. 38 (5), 1767-1778 (2005).</li><li>Yang, Z., Fujii, Y., Lee, F. K., Lam, C. H., Tsui, O. K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glass+transition+dynamics+and+surface+layer+mobility+in+unentangled+polystyrene+films.">Glass transition dynamics and surface layer mobility in unentangled polystyrene films.</a> Science. 328 (5986), 1676-1679 (2010).</li><li>Tsui, O. K. C., Zhang, H. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+chain+ends+and+chain+entanglement+on+the+glass+transition+temperature+of+polymer+thin+films.">Effects of chain ends and chain entanglement on the glass transition temperature of polymer thin films.</a> Macromolecules. 34 (26), 9139-9142 (2001).</li><li>Roth, C. B., Dutcher, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glass+Transition+and+Chain+Mobility+in+thin+Polymer+Films.">Glass Transition and Chain Mobility in thin Polymer Films.</a> J. Electroanal. Chem. 584, 13-22 (2005).</li><li>Ediger, M. D., Forrest, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+near+Free+Surfaces+and+the+Glass+Transition+in+Thin+Polymer+Films:+A+View+to+the+Future.">Dynamics near Free Surfaces and the Glass Transition in Thin Polymer Films: A View to the Future.</a> Macromolecules. 47 (2), 471-478 (2014).</li><li>Serghei, A., Huth, H., Schick, C., Kremer, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glassy+dynamics+in+thin+polymer+layers+having+a+free+upper+interface.">Glassy dynamics in thin polymer layers having a free upper interface.</a> Macromolecules. 41 (10), 3636-3639 (2008).</li><li>Huth, H., Minakov, A. A., Schick, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+AC-chip+calorimeter+for+glass+transition+measurements+in+ultrathin+films.">Differential AC-chip calorimeter for glass transition measurements in ultrathin films.</a> J. Polym. Sci. B. 44 (20), 2996-3005 (2006).</li><li>Tress, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glassy+dynamics+in+condensed+isolated+polymer+chains.">Glassy dynamics in condensed isolated polymer chains.</a> Science. 341 (6152), 1371-1374 (2013).</li><li>Boucher, V. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=T+g+depression+and+invariant+segmental+dynamics+in+polystyrene+thin+films.">T g depression and invariant segmental dynamics in polystyrene thin films.</a> Soft Matter. 8 (19), 5119-5122 (2012).</li><li>Yu, M., Olson, E. A., Zhang, M., Zhang, Z., Allen, L. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glass+transition+in+ultrathin+polymer+films:+Calorimetric+study.">Glass transition in ultrathin polymer films: Calorimetric study.</a> PRL. 91 (8), 085703 (2003).</li><li>Kremer, F., Tress, M., Mapesa, E. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glassy+dynamics+and+glass+transition+in+nanometric+layers+and+films:+A+silver+lining+on+the+horizon.">Glassy dynamics and glass transition in nanometric layers and films: A silver lining on the horizon.</a> J. Non-Crys. Solids. 407, 277-283 (2015).</li><li>Qi, D., Ilton, M., Forrest, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+surface+and+bulk+relaxation+in+glassy+polymers.">Measuring surface and bulk relaxation in glassy polymers.</a> Euro. Phys. J. E. 34 (6), 1-7 (2011).</li><li>Teichroeb, J. H., Forrest, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+imaging+of+nanoparticle+embedding+to+probe+viscoelasticity+of+polymer+surfaces.">Direct imaging of nanoparticle embedding to probe viscoelasticity of polymer surfaces.</a> PRL. 91 (1), 016104 (2003).</li><li>Fakhraai, Z., Forrest, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+the+surface+dynamics+of+glassy+polymers.">Measuring the surface dynamics of glassy polymers.</a> Science. 319 (5863), 600-604 (2008).</li><li>Paeng, K., Swallen, S. F., Ediger, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+measurement+of+molecular+motion+in+freestanding+polystyrene+thin+films.">Direct measurement of molecular motion in freestanding polystyrene thin films.</a> J. Am. Chem. Soc. 133 (22), 8444-8447 (2011).</li><li>Glor, E. C., Fakhraai, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facilitation+of+interfacial+dynamics+in+entagled+polymer+films.">Facilitation of interfacial dynamics in entagled polymer films.</a> JCP. 141 (9), 194505 (2014).</li><li>Fakhraai, Z., Forrest, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+slow+dynamics+in+supported+thin+polymer+films.">Probing slow dynamics in supported thin polymer films.</a> PRL. 95 (2), 025701 (2005).</li><li>Roth, C. B., McNerny, K. L., Jager, W. F., Torkelson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eliminating+the+enhanced+mobility+at+the+free+surface+of+polystyrene:+fluorescence+studies+of+the+glass+transition+temperature+in+thin+bilayer+films+of+immiscible+polymers.">Eliminating the enhanced mobility at the free surface of polystyrene: fluorescence studies of the glass transition temperature in thin bilayer films of immiscible polymers.</a> Macromolecules. 40 (7), 2568-2574 (2007).</li><li>Priestley, R. D., Ellison, C. J., Broadbelt, L. J., Torkelson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+relaxation+of+polymer+glasses+at+surfaces,+interfaces,+and+in+between.">Structural relaxation of polymer glasses at surfaces, interfaces, and in between.</a> Science. 309 (5733), 456-459 (2005).</li><li>Gao, S., Koh, Y. P., Simon, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calorimetric+Glass+Transition+of+Single+Polystyrene+Ultrathin+Films.">Calorimetric Glass Transition of Single Polystyrene Ultrathin Films.</a> Macromolecules. 46 (92), 562-570 (2013).</li><li>Tropin, T. V., Schulz, G., Schmelzer, J. W. P., Schick, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+capacity+measurements+and+modeling+of+polystyrene+glass+transition+in+a+wide+range+of+cooling+rates.">Heat capacity measurements and modeling of polystyrene glass transition in a wide range of cooling rates.</a> J. Non-Cryst. Solids. 409, 63-75 (2015).</li><li>Kim, S., Hewlett, S. A., Roth, C. B., Torkelson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confinement+effects+of+glass+transition+temperature,+transition+breadth,+and+expansivity:+Comparison+of+ellipsometry+and+fluorescence+measurements+on+polystyrene+films.">Confinement effects of glass transition temperature, transition breadth, and expansivity: Comparison of ellipsometry and fluorescence measurements on polystyrene films.</a> Eur. Phys. J.E. 30, 83-92 (2009).</li><li>Schawe, J. E. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vitrification+in+a+wide+cooling+rate+range:+The+relations+between+cooling+rate,+relaxation+time,+transition+width+and+fragility.">Vitrification in a wide cooling rate range: The relations between cooling rate, relaxation time, transition width and fragility.</a> JCP. 141, 184905 (2014).</li><li>Donth, E., Korus, J., Hempel, E., Beiner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+DSC+heating+rate+and+HCS+frequency+at+the+glass+transition.">Comparison of DSC heating rate and HCS frequency at the glass transition.</a> Thermochimica Acta. 304-305, 239-249 (1997).</li><li>Zhang, C., Guo, Y., Priestley, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confined+glassy+properties+of+polymer+nanoparticles.">Confined glassy properties of polymer nanoparticles.</a> J. Polym. Sci. B. 51 (7), 574-586 (2013).</li><li>Koh, Y. P., Grassia, L., Simon, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+Recovery+of+a+Single+Polystyrene+Thin+Film+Using+Nanocalorimetry+to+Extend+the+Aging+Time+and+Temperature+Range.">Structural Recovery of a Single Polystyrene Thin Film Using Nanocalorimetry to Extend the Aging Time and Temperature Range.</a> Thermochimica Acta. 603, 135-141 (2015).</li><li>Gao, S., Simon, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+limiting+fictive+temperature+over+five+decades+of+cooling+and+heating+rates.">Measurement of the limiting fictive temperature over five decades of cooling and heating rates.</a> Thermochimica Acta. 603, 123-127 (2015).</li></ol>

The Authors have no conflicts of interest to disclose.

Cooling-Rate abhängig Tg Messungen mit hohem Durchsatz Experimente zur Charakterisierung, die die T g, die Ausdehnungskoeffizienten des Glases und der unterkühlten Flüssigkeit, die Temperaturabhängigkeit der durchschnittliche Dynamik und die Zerbrechlichkeit eines bestimmten glasartiges Material in einer bestimmen kann, einzigen Experiment. Darüber hinaus, im Gegensatz zu Fluoreszenz, Einbetten oder nanohole Relaxationsexperimente sind CR-T g Experimenten relativ schnell und einfach, weil sie Fluorophore oder andere komplizierte experimentelle Techniken nicht zu nutzen weiß. Wegen der Empfindlichkeit der Ellipsometrie kann dieses Verfahren zu Filmen mit Dicken so dünn wie ein paar Nanometer dicker als ein paar Mikrometer verwendet werden, so lange das Anpassungsverfahren korrekt ist. Dies ermöglicht eine schnelle und einfache Analyse sowohl der Temperaturabhängigkeit und Dickenabhängigkeit der durchschnittliche Dynamik und Zerbrechlichkeit. Um diese Messungen erfolgreich durchführen, there gibt ein paar wichtige Schritte, wo besondere Vorsicht getroffen werden müssen. Es ist zwingend notwendig, dass die Ellipsometrie fit korrekt sein. Wie bereits erläutert, ist es entscheidend, dass die Temperaturabhängigkeit der optischen Eigenschaften des Si-Substrats berücksichtigt werden. Andernfalls, dies zu tun könnte, um falsche Werte von T g und falsche Werte des Ausdehnungskoeffizienten führen. Auch ist es wichtig, den Film fest auf dem Heizelement zu klemmen. Dadurch wird sichergestellt, guten thermischen Kontakt, die unerlässlich für die genaue Definition von T g-Werte bei schnellen Tempo ist. Schließlich, wenn die Zuweisung von Werten von T g, die gewählte kühlten Flüssigkeit und glasig Regime muss nicht die Glasübergangs sich. Die Glasübergangs wird als Teil des Übergangs, wo die Steigung der Dicke als Funktion der Temperatur Daten sich ändern zwischen dem unterkühlten Flüssigkeit und glasig Regime definiert. Einschließlich diese Änderung in der Steigung in beiden linearen Anpassung würde künstlich das calculate Wert von T g zu ändern.Die Subjektivität der Auswahl zu entfernen, wählen kühlten Flüssigkeit und glasig Regime, die Ausdehnungskoeffizienten, die mit ausgewiesenen Werte stimmen zu produzieren. Ein weiterer Vorteil dieses Protokolls ist, dass sie geändert werden, um für die Analyse von jedem Glasbildner ermöglichen. Der einzige Aspekt dieses Protokolls eingehender, die modifiziert werden, um die Dynamik einer unterschiedlichen Glastest erstere ist das Temperaturprofil. Solange die Schütt T g des Glasbildners bekannt ist, können die Maximal- und Minimaltemperaturen geändert werden, um sicherzustellen, daß der Film durchläuft einen Glasübergang, sondern auch nicht verschlechtern. Die Maximaltemperatur sollte ungefähr T g + 20 K, und die Mindesttemperatur sollte mindestens T g - 40 K. Auch können die gewählten Abkühlgeschwindigkeiten variiert werden, um andere Zeitskalen von Interesse für einen bestimmten Typ von Polymerfilm zu sondieren. Sie trotz ihrer Vorteile gibt es Einschränkungen bei dieser Technik.Da diese Technik indirekt Sonden eine mittlere Relaxationszeit durch die Abkühlgeschwindigkeit des Experiments skaliert der Zeit diese Methode Sonden werden auf die maximale Kühlgeschwindigkeit nach dem Verfahren der Temperatursteuerung zur Verfügung beschränkt. Für die hier vorgestellten, Ellipsometrie Verfahren das schnellste verfügbare Kühlrate 150 K / min, was einer Relaxationszeit von τ = 6,66 sec bezieht. Während dieser Zeitskala langsam genug ist, die für die Glasübergangs zu sein, ist es sehr viel langsamer, dass die relevanten Zeitskalen der Viskosität von Polymerschmelzen. Solche Zeitskalen der Regel werden über Rheologie oder dielektrische Spektroskopie bestimmt, aber CR-Tg-Messungen können diese Zeitskalen zu untersuchen, wenn die Kühlgeschwindigkeit schnell genug ist. Dies kann leicht mit nanocalorimetry oder Flash DSC erzielt werden. 33,34 Wegen der hohen Durchsatz Natur dieser Technik erlaubt es für viele verschiedene Arten von Materialien zu testen. Während dieser Bericht konzentrierte sich auf CR-T gVersuche von Polystyrolfolien, dass ähnliche Verfahren leicht auf einen Bereich von glasartige Materialien, die von langkettigen Polymere, kleine organische Moleküle in organischen elektronischen Technologien angewendet werden. Solange die Integrität der Folie hält, durch das Experiment kann die Temperaturabhängigkeit und Dickenabhängigkeit durchschnittliche Dynamik und Zerbrechlichkeit bestimmt werden.

Die bahnbrechenden Arbeiten von Keddie Jones und Corey 1 zeigten, dass die Glasübergangstemperatur (Tg) von ultra-dünnen Polystyrol-Folien in Bezug auf die Volumenwert bei einer Dicke von weniger als 60 nm abnimmt. Seitdem wurden viele experimentelle Studien 2-11 die Hypothese, daß die beobachtete Verringerung der T g sind durch eine Schicht aus verbesserte Mobilität in der Nähe der freien Oberfläche dieser Filme verursacht unterstützt. Jedoch sind diese Versuche sind indirekte Maßnahmen einer einzigen Relaxationszeit und somit gibt es eine Diskussion 12- 18, die auf eine direkte Korrelation zwischen den durchschnittlichen Dünnschicht Dynamik und der Dynamik an der Luft / Polymer-Grenzfläche zentriert ist. Um diese Debatte zu beantworten, haben viele Studien direkt die Dynamik der freien Oberfläche (τ Oberfläche) gemessen. Nanopartikel-Einbettung, 19,20 nanohole Entspannung, 21 und Fluoreszenz 22 Studien zeigen, dass das Luft / Polymer-Grenzfläche hals Dynamik Größenordnungen schneller als die Masse alpha Relaxationszeit (τ α) mit einer viel schwächeren Temperaturabhängigkeit als die von τ α. Wegen seiner schwachen Temperaturabhängigkeit der τ Oberfläche dieser Filme, 19-22 und verbesserte Dynamik der dünnen Polystyrolfilme, 23,24 schneidet den Massen alpha Entspannung (τ α) an einem einzigen Punkt T *, die ein paar Grad über ist T g, und bei einem τ α von ≈ 1 sec. Die Anwesenheit von T * könnte erklären, warum Versuche, die Relaxationszeiten Sonde schneller als * versäumen, eine Dicke Abhängigkeit von der T g von ultra-dünnen Polystyrol-Filme zu sehen. 13-18 Schließlich, während direkte Messungen der verstärkten mobilen Schicht zeigen, dass es eine Dicke von 4-8 nm, 20-22 gibt es Hinweise, dass die Ausbreitungslänge der Dynamik an der Luft / Polymer-Grenzfläche ist wesentlich größer als die Dicke der zu bewegenden Fläche layer. 5,25,26 Dieser Bericht soll vollständig zu beschreiben, ein Protokoll für die Verwendung von Ellipsometrie für Kühlgeschwindigkeit abhängigen T g (CR-T g) Experimente. CR-T g wurden zuvor verwendet, um die durchschnittliche Dynamik von ultradünnen Folien aus Polystyrol zu beschreiben. 23,24,27,28 Weiterhin wurde diese Technik kürzlich verwendet, um eine direkte Korrelation zwischen den durchschnittlichen Dynamik in ultradünnen Polystyrolfilme zeigen und die Dynamik an der freien Oberfläche. 23 Der Vorteil der CR-Tg-Messungen gegenüber anderen Arten von Messungen, wie Fluoreszenz, Nanopartikel-Einbettung, nanohole Entspannung, nanocalorimetry, dielektrische Spektroskopie und Brillouin-Lichtstreuung, ist Studien, dass sie relativ schnell sind und einfachen Experimenten, die nicht zu nutzen weiß Fluorophore oder andere komplizierte experimentelle Techniken. Jüngste Fortschritte in der spektroskopischen Ellipsometrie ermöglicht diese Technik verwendet werden, um die optische propert effizient bestimmen,ies von ultradünnen Folien aus Polymeren und andere Arten von Hybridmaterialien mit außergewöhnlicher Genauigkeit. Als solche sind die Sonden dieser Technik wird die durchschnittliche Dynamik technologisch anwendbar Dünnschichten in der Temperatur und Zeitregime, die für die Glasübergangs (T ≤ T g, τ α ≥ 100 s). Darüber hinaus wird diese Technik Informationen zu den Ausdehnungskoeffizienten der glasartigen geben und Abendessen gekühlte Flüssigkeit Staaten sowie die Fragilität des Systems, die dann mit den Daten für Groß Filmen verglichen werden kann. Schließlich kann CR- Tg Experimenten für jede glasartige System, solange die Integrität des Films während des gesamten Versuchs bleibt verwendet werden.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="918">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Toluene</td>
			<td style="width:111px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">179418-1L</td>
			<td style="width:472px;">This can be purchased from any chemical company.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Atactic Polystyrene</td>
			<td style="width:111px;">Polymer Source Inc.</td>
			<td style="width:119px;">P-4092-S</td>
			<td>This can be purchased from any chemical company.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">THMS 600 temperature stage</td>
			<td style="width:111px;">Linkam</td>
			<td style="width:119px;">THMS 600</td>
			<td>any temperature stage that can be fit to an ellipsometer could be used.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">M2000V Spectroscopic Ellipsometer</td>
			<td style="width:111px;">J.A. Woollam</td>
			<td style="width:119px;">M200V</td>
			<td>This procedure should be applicable for any spectroscopic ellipsometer.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Spin Coater</td>
			<td style="width:111px;">Laurell Technologies</td>
			<td style="width:119px;">WS-650-23B</td>
			<td>This Procedure is possible with any spin coater</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sample vials</td>
			<td style="width:111px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">02-912-379</td>
			<td>Any sample vials will do</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Silicon wafers</td>
			<td style="width:111px;">Virginia semi conductors</td>
			<td style="width:119px;">325S1410694D</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

cooling rate dependent ellipsometry measurements to determine the dynamics of thin glassy films

Dieser Bericht soll vollständig zu beschreiben, die experimentelle Technik der Verwendung von Ellipsometrie für Kühlgeschwindigkeit abhängigen T g (CR-T g) Experimente. Diese Messungen sind einfache Hochdurchsatz-Experimente zur Charakterisierung, die die Glasübergangstemperatur zu bestimmen können (T g), mittlere Dynamik, Zerbrechlichkeit und die Ausdehnungskoeffizienten der unterkühlten Flüssigkeit und glasig Zustände für eine Vielzahl von glasartigen Materialien. Diese Technik ermöglicht diese Parameter in einem einzigen Experiment bestimmt werden, während andere Verfahren müssen eine Vielzahl von verschiedenen Techniken zu kombinieren, um alle diese Eigenschaften zu untersuchen. Messungen der Dynamik zu schließen, um T g sind besonders anspruchsvoll. Der Vorteil der Abkühlgeschwindigkeit abhängt Tg-Messungen gegenüber anderen Verfahren, die direkt untersuchen Volumen- und Oberflächen Relaxationsdynamik ist, dass sie relativ schnell und einfach Versuche, die nicht Fluorophore oder andere komplizierte ex nutzen liegenexperimentelle Techniken. Ferner tastet diese Technik die durchschnittliche Dynamik der technisch relevanten Dünnschichten in der Temperatur und Relaxationszeit (τ α) Rahmenbedingungen, die für die Glasübergangs (τ α&gt; 100 s). Die Beschränkung auf mit Ellipsometrie für Kühlgeschwindigkeit abhängigen T g Experimenten ist, dass es nicht die Sonde kann Relaxationszeiten relevanten Messungen der Viskosität (τ α &lt;&lt; 1 sec). Andere Kühlgeschwindigkeit abhängigen T g Messverfahren kann jedoch die CR-T g Methode schneller Relaxationszeiten zu verlängern. Darüber hinaus kann diese Technik für alle glasartigen Systems, solange die Integrität des Films während des gesamten Versuchs bleibt verwendet werden.

Fitting Raw Ellipsometry Daten Polystyrolfolien sind im Wellenlängenbereich des Ellipsometers (500-1,600 nm). Somit eine Cauchy-Modell ist ein gutes Modell für den Brechungsindex der Polystyrol-Folien beschreibt. 1A zeigt ein Beispiel Ψ (λ) und Δ (λ) für eine Dicke (274 nm) Film aus Polystyrol, und die daraus resultierende Anpassung an die Cauchy-Modell <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/53499/53499eq1.jpg" /> . Für Filme, die dicker als 10 nm ist, sowohl die Parameter A und B der Cauchy-Gleichung sollte passen genau zu modellieren die Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex. Das Cauchy-Modell ist nur körperliche wenn n eine abnehmende Funktion der Wellenlänge λ. 1B zeigt ein Beispiel einer physischen Index, wie durch die stets abnehmenden Wert von n und offensichtlich &lt;em&gt; k = 0. Für Filme, die dünner als 10 nm ist, bedeutet, dass die kurzen Weglänge des Lichts nur die Parameter in der Cauchy-Gleichung sollte passen. In dieser extrem dünnen Filme können mit B als offener Fitparameter Ellipsometrie Passung zu einem unphysical Index fahren, selbst wenn die &quot;Passung&quot; von Ψ (λ) und Δ (λ) einen kleinen mittleren quadratischen Fehlers (MSE). Ein solches Beispiel ist in Abbildung 2 zu sehen ist. Bei einigen Materialien kann es notwendig sein, um Terme höherer Ordnung in der Cauchy-Modell passen oder verwenden Sie ein anspruchsvoller optischer Modell, um genau zu passen optische Eigenschaften. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/53499/53499fig1.jpg" /> Abbildung 1. Physikalische Ellipsometry Fit. (A) Ein Beispiel für Ψ (λ) (rote durchgezogene Linie) und Δ (λ) (grüne durchgezogene Linie) eines 110 nm-Film aus Polystyrol, und das resultierende Passform (schwarz gestrichelte Linie). (B </strong&gt;) Ein Beispiel für die physische Index n (rote Linie) und k (blaue Linie) von der Passform hergestellt in Teil A. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53499/53499fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/53499/53499fig2.jpg" /> Abbildung 2. unphysikalischen Ellipsometry Fit. (A) Ein Beispiel für Ψ (λ) (rote durchgezogene Linie) und Δ (λ) (grüne durchgezogene Linie) einer 8 nm Film aus Polystyrol, und das resultierende Passform (schwarz gestrichelte Linie). (B) Ein Beispiel für die unphysikalischen Index n (rote Linie) und k (blaue Linie) von der fit in Teil A hergestellten <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53499/53499fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Einbaukühlrate Dependent T </strong&gt; g Experimente Bei der Montage der Dicke eines Films während des Temperaturprofils, ist es wichtig, sowohl die Polystyrolfolie und der Si-Wafer-Substrat wird zu erweitern, und ihre optischen Eigenschaften mit der Temperatur ändert erinnern. Somit wird, um eine genaue Ausdehnungskoeffizienten zu berechnen, der Index des Si-Substrates muß mit einem temperaturabhängigen Modell angepasst werden, um Veränderungen in den optischen Eigenschaften von Si zu berücksichtigen. Eine einfache Möglichkeit, für eine Passform, die Modelle, die Temperaturabhängigkeit der überprüft, ob das Si-Substrat korrekt modelliert wird, ist zu sehen, wenn die Passform des MSE signifikant ändert sich mit der Temperatur. 3A zeigt ein Beispiel einer Dicke, Temperatur und MSE Profil Index Si korrekt, während 3B zeigt dieselben Profile, wenn der Sitz, der nicht richtig funktioniert Konto für die Änderungen in den optischen Eigenschaften von SiSubstrat. Feststellen, dass die MSE-Werte in 3B variieren stark mit der Temperatur. Die MSE Abnahme der 3A ist aufgrund der Umstellung von einer Erfassungszeit von 1 sec bis 3 sec. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/53499/53499fig3.jpg" /> Abbildung 3 Abkühlgeschwindigkeit T g Profile. (A) Ein Beispiel für eine typische Temperatur, die Dicke und MSE-Profil für eine einzelne CR-T g Experiment auf einem 110 nm Polystyrolfolie wenn richtig Berücksichtigung der temperaturabhängigen Index von dem Si-Substrat . (B) Ein Beispiel für eine typische Temperatur, Dicke und MSE-Profil für einen einzigen CR-T g Experiment auf dem gleichen Film, wenn falsch Buchhaltung für die temperaturabhängige Index des Si-Substrat. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53499/53499fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um zu sehen</a>eine größere Version dieser Figur. Zuweisen von T g Die T g kann von einer Dicke gegen Temperatur-Diagramm für eine gegebene Abkühlrampe berechnet werden, Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer solchen Kurve. Die Tg wird als die Temperatur, bei der eine unterkühlte Flüssigkeit aus dem Gleichgewicht beim Abkühlen fällt definiert. In diesen Ellipsometrie Versuchen wird die Tg als die Temperatur, bei der linearen Anpassungen an die unterkühlte Flüssigkeit und glasig Regimen schneiden definiert, Fig. 4 zeigt diese Regime als rot bzw. blau. Solche Regelungen sollten so gewählt werden, dass die berechneten Ausdehnungskoeffizienten stimme mit früheren Groß Messungen, wenn verfügbar werden. Diese Methode würde Subjektivität aus dem Auswahlprozess, die zu künstlich hohen oder niedrigen Ausdehnungskoeffizienten führen könnten, zu beseitigens, und daher weniger genau Maßnahmen von T g. Zusätzlich sollte das Ausdehnungskoeffizienten unabhängig von der Filmdicke und Abkühlgeschwindigkeit, die Führung in den Fällen bereitzustellen, wo Massenwerte Ausdehnungskoeffizienten nicht verfügbar sind. Die Ausdehnungskoeffizienten kann durch Division der Pisten der beiden Regimen durch die Filmdicke berechnet werden. Unter Verwendung dieses Verfahrens zur Bestimmung von T g ist die T g bei einer 110 nm-Film aus Polystyrol, gemessen auf 372 ± 2 K bei 10 K / min, und die Ausdehnungskoeffizienten der Mahl-gekühlte Flüssigkeit und Glas sind 5,7 x 10 -4 ± 3 x 10 -5 K -1 und 1,5 x 10 -4 ± 3 x 10 -5 K -1 verbunden, die auch mit den zuvor ermittelten Werten überein. 29 die Fehler zu den Werten von T g, und die Ausdehnungskoeffizienten ein Ergebnis der angemessenen Änderungen in den ausgewählten Regionen für die unterkühlten und glasartigen Regime. : keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/53499/53499fig4.jpg" /> Abbildung 4. Zuweisen von T g. Eine typische Auftragung der Dicke als Funktion der Temperatur für einen 110 nm-Film von 342 kg / mol PS bei einer Kühlrate von 10 K / min. Die schraffierten Teile der Kurve stellen die unterkühlten Flüssigkeit (rot) und glasige (blau) Regime für die Zwecke der Zuordnung von T g gewählt. Tg ist als die Temperatur, bei der die beiden Ausgleichsgeraden schneiden definiert. Mit dieser Methode wird der T g für eine 110 nm-Film aus Polystyrol, gemessen auf 372 ± 2 K 1 K / min und die Ausdehnungskoeffizienten der Mahl gekühlten Flüssigkeit und Glas sein 5,7 x 10 -4 ± 3 x 10 - 5 K -1 und 1,5 x 10 -4 ± 3 × 10 -5 K -1. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53499/53499fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> ve_content &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; Analysieren Durchschnittliche Film Dynamics Die Kühlrate hängt Tg Daten zur mittleren Relaxationszeit bei T g durch die empirische Beziehung zusammenhängen, dass bei einer Kühlrate von 10 K / min, fällt das System aus dem Gleichgewicht, wenn die mittlere Relaxationszeit gleich 100 sec, dh Kühlrate x τ α ≈ 1000. 24 Die Anwendung dieses Verhältnis zu den Daten in 5A, ein Plot von log (Kühlrate) gegen 1 / T g (5B) kann verwendet werden, um zu beurteilen, wie genau diese Beziehung für sein Polystyrol und wie gut der CR-T g Methode beschreibt Groß Dynamik für einen Dickfilm. Die roten Daten in 5B sind die Groß Dynamik Polystyrol als über dielektrische Spektroskopie bestimmt. 16 Während die Kühlrate x τ α ≈ 1000 relation ist rein empirisch und kann leicht über die experimentelle Technik verwendet, um Massendynamik zu bestimmen, oder die spezifische Glasbildner getestet noch ändern, zeigt 30,31 5B, dass die Abkühlgeschwindigkeit abhängig T g Daten für eine 110 nm Schicht aus Polystyrol stimmt gut mit diesen Daten. Diese Figur zeigt auch, dass CR-T g kann verwendet werden, um den dynamischen Bereich der Messung bei niedriger Temperatur, die normalerweise durch die dielektrische Relaxation Messungen zugänglich sind, nicht erweitert werden. Ferner wird die Steigung einer linearen Passung der Log (CR) gegen 1 / T g Daten an die Aktivierungsenergie der Glasübergangs verwandt. Diese Aktivierungsenergie bezieht sich auf die Zerbrechlichkeit (m) des glasartigen Films bei T g durch die folgende Beziehung; <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/53499/53499eq2.jpg" /> Der zweite Term ist nur dann richtig if eine Arrhenius Anpassung an die Daten ist als Annäherung verwendet. Mit dieser Methode wird die Fragilität für eine 110 nm PS-Folie gemessen, um 162 ± 21. Dieser Wert in guter Übereinstimmung mit ausgewiesenen Werte für Schütt Polystyrol in der Literatur (150) aus dynamischen Scanning-Kalorimetrie-Messungen ist zu sein. 32 <img alt="Figur 5" src="/files/ftp_upload/53499/53499fig5.jpg" /> Abbildung 5. Analysieren Durchschnittliche Film Dynamics über CR-T g Experimente. (A) einem Grundstück von T g vs. Kühlrate für eine 110 nm Schicht aus Polystyrol. (B) Auftragung von log (Kühl bewerten) vs. 1000 / T g für die gleichen Film (schwarze Kreise). Mit der Beziehung (Kühlrate) x τ = 1000, die Ergebnisse eines CR-T g Versuch 110 nm PS neben direkten Messungen der Schütt Dynamik PS unter Verwendung der dielektrischen Relaxation 16 mit n aufgetrageno weitere Verschiebung Faktoren (rot offene Quadrate). Die rote gestrichelte Linie eine Volgel Fulcher Tammann-Gleichung <img alt="Gleichung 3" src="/files/ftp_upload/53499/53499eq3.jpg" /> passen auf die dielektrische Relaxation Daten aus Referenz 16. Die sich ergebende Passform Parameter &amp; tgr; 0 = 10 12, B = 13.300 K und T 0 = 332 K. Der Wert von T * von Ref 23 ist hier als ein blauer Stern aufgetragen. Vom Grundstück wird die Fragilität gemessen werden 162 ± 21. Dieser Wert ist in guter Übereinstimmung mit zuvor berichteten Werten in der Literatur (150). 32 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53499/53499fig5large.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Cooling Rate Dependent Ellipsometry Measurements to Determine the Dynamics of Thin Glassy Films at JoVE.com

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

Hier stellen wir ein Protokoll für die Kühlrate abhängig Ellipsometrie Experimente, die die Glasübergangstemperatur (T g) bestimmen kann, die durchschnittliche Dynamik, Zerbrechlichkeit und die Ausdehnungskoeffizienten der unterkühlten Flüssigkeit und Glas für eine Vielzahl von glasartigen Materialien.

Kühlrate Dependent Ellipsometriemessungen die Dynamik des Thin Glassy Films zu ermitteln

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

cooling-rate-dependent-ellipsometry-measurements-to-determine

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

8.1K Aufrufe.  University of Pennsylvania.  Hier stellen wir ein Protokoll für die Kühlrate abhängig Ellipsometrie Experimente, die die Glasübergangstemperatur (T g) bestimmen kann, die durchschnittliche Dynamik, Zerbrechlichkeit und die Ausdehnungskoeffizienten der unterkühlten Flüssigkeit und Glas für eine Vielzahl von glasartigen Materialien. 

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

Thin-layer Chromatographic (TLC) Separations and Bioassays of Plant Extracts to Identify Antimicrobial Compounds

A common screen for plant antimicrobial compounds consists of separating plant extracts by paper or thin-layer chromatography (PC or TLC), exposing the chromatograms to microbial suspensions (e.g. fungi or bacteria in broth or agar), allowing time for the microbes to grow in a humid environment, and visualizing zones with no microbial growth.&#160;The effectiveness of this screening method, known as bioautography, depends on both the quality of the chromatographic separation and the care taken with microbial culture conditions.&#160;This paper describes standard protocols for TLC and contact bioautography&#160;with a novel application to amino acid-fermenting bacteria. The extract is separated on flexible (aluminum-backed) silica TLC plates, and bands are visualized under ultraviolet (UV) light.&#160;Zones are cut out and incubated face down onto agar inoculated with the test microorganism.&#160;Inhibitory bands are visualized by staining the agar plates with tetrazolium red.&#160;The method is applied to the separation of red clover (Trifolium pratense cv. Kenland) phenolic compounds and their screening for activity against Clostridium sticklandii, a hyper ammonia-producing bacterium (HAB) that is native to the bovine rumen.&#160;The TLC methods apply to many types of plant extracts&#160;and other bacterial species (aerobic or anaerobic), as well as fungi, can be used as test organisms if culture conditions are modified to fit the growth requirements of the species.

Thin-layer Chromatographic TLC Separations and Bioassays of Plant Extracts to Identify Antimicrobial Compounds

Methods are described for thin-layer chromatographic (TLC) separation of plant extracts and contact bioautography to identify antibacterial metabolites. The methods are applied to the screening of red clover phenolic compounds inhibiting hyper&#160;ammonia-producing bacteria (HAB) native to the bovine rumen.

Dünnschicht-Chromatographie-(TLC) Trennungen und Bioassays der Pflanzenextrakte antimikrobielle Verbindungen zu identifizieren

A common screen for plant antimicrobial compounds consists of separating plant extracts by paper or thin-layer chromatography (PC or TLC), exposing the ...

Forschung

Chemie

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain such surfaces are described. The first approach is the preparation of single terminated perovskite SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates. Wet etching was used to selectively remove one of the two possible surface terminations, while an annealing step was used to increase the smoothness of the surface. The resulting single terminated surfaces allow for the heteroepitaxial growth of perovskite oxide thin films with high crystalline quality and well-defined interfaces between substrate and film. In the second approach, seed layers for epitaxial film growth on arbitrary substrates were created by Langmuir-Blodgett (LB) deposition of nanosheets. As model system Ca2Nb3O10- nanosheets were used, prepared by delamination of their layered parent compound HCa2Nb3O10. A key advantage of creating seed layers with nanosheets is that relatively expensive and size-limited single crystalline substrates can be replaced by virtually any substrate material.

Various procedures are outlined to prepare atomically defined templates for epitaxial growth of complex oxide thin films. Chemical treatments of single crystalline SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates were performed to obtain atomically smooth, single terminated surfaces. Ca2 Nb3 O10- nanosheets were used to create atomically defined templates on arbitrary substrates.

Atomar definierte Vorlagen Epitaxieausrüstung komplexer Oxide Thin Films

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

High Precision Zinc Isotopic Measurements Applied to Mouse Organs

We present a procedure to measure with high precision zinc isotope ratios in mouse organs. Zinc is composed of 5 stable isotopes (64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn and 70Zn) which are naturally fractionated between mouse organs. We first show how to dissolve the different organs in order to free the Zn atoms; this step is realized by a mixture of HNO3 and H2O2. We then purify the zinc atoms from all the other elements, in particular from isobaric interferences (e.g., Ni), by anion-exchange chromatography in a dilute HBr/HNO3 medium. These first two steps are performed in a clean laboratory using high purity chemicals. Finally, the isotope ratios are measured by using a multi-collector inductively-coupled-plasma mass-spectrometer, in low resolution. The samples are injected using a spray chamber and the isotopic fractionation induced by the mass-spectrometer is corrected by comparing the ratio of the samples to the ratio of a standard (standard bracketing technique).&#160;This full typical&#160;procedure produces an isotope ratio with a 50 ppm (2 s.d.) reproducibility.

We present the technique to measure with high precision zinc isotope ratios in mouse organs.

High Precision Zink Isotopenmessungen an Maus-Orgeln Angewandte

We present a procedure to measure with high precision zinc isotope ratios in mouse organs. Zinc is composed of 5 stable isotopes (64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn ...

Fabrication of Large-area Free-standing Ultrathin Polymer Films

This procedure describes a method for the fabrication of large-area and ultrathin free-standing polymer films. Typically, ultrathin films are prepared using either sacrificial layers, which may damage the film or affect its mechanical properties, or they are made on freshly cleaved mica, a substrate that is difficult to scale. Further, the size of ultrathin film is typically limited to a few square millimeters. In this method, we modify a surface with a polyelectrolyte that alters the strength of adhesion between polymer and deposition substrate. The polyelectrolyte can be shown to remain on the wafer using spectroscopy, and a treated wafer can be used to produce multiple films, indicating that at best minimal amounts of the polyelectrolyte are added to the film. The process has thus far been shown to be limited in scalability only by the size of the coating equipment, and is expected to be readily scalable to industrial processes. In this study, the protocol for making the solutions, preparing the deposition surface, and producing the films is described.

We describe a method for the fabrication of large-area (up to 13 cm diameter) and ultrathin (as thin as 8 nm) polymer films. Instead of using a sacrificial interlayer to delaminate the film from its substrate, we use a self-limiting surface treatment suitable for arbitrarily large areas.

Herstellung von großflächigen Freistehende ultradünne Polymerfilme

This procedure describes a method for the fabrication of large-area and ultrathin free-standing polymer films.  Typically, ultrathin films are prepared ...

Unraveling Entropic Rate Acceleration Induced by Solvent Dynamics in Membrane Enzymes

Enzyme catalysis evolved in an aqueous environment. The influence of solvent dynamics on catalysis is, however, currently poorly understood and usually neglected. The study of water dynamics in enzymes and the associated thermodynamical consequences is highly complex and has involved computer simulations, nuclear magnetic resonance (NMR) experiments, and calorimetry. Water tunnels that connect the active site with the surrounding solvent are key to solvent displacement and dynamics. The protocol herein allows for the engineering of these motifs for water transport, which affects specificity, activity and thermodynamics. By providing a biophysical framework founded on theory and experiments, the method presented herein can be used by researchers without previous expertise in computer modeling or biophysical chemistry. The method will advance our understanding of enzyme catalysis on the molecular level by measuring the enthalpic and entropic changes associated with catalysis by enzyme variants with obstructed water tunnels. The protocol can be used for the study of membrane-bound enzymes and other complex systems. This will enhance our understanding of the importance of solvent reorganization in catalysis as well as provide new catalytic strategies in protein design and engineering.

Channels for the transportation of water molecules in enzymes influence active site solvation and catalysis. Herein we present a protocol for the engineering of these additional catalytic motifs based on in silico computer modeling and experiments. This will enhance our understanding of the influence of solvent dynamics on enzyme catalysis.

Entwirren Entropic Reaktionsbeschleunigung durch Solvent Dynamics in Membranenzyme induziert

Enzyme catalysis evolved in an aqueous environment. The influence of solvent dynamics on catalysis is, however, currently poorly understood and usually ...

Dissolution Dynamic Nuclear Polarization Instrumentation for Real-time Enzymatic Reaction Rate Measurements by NMR

The main limitation of NMR-based investigations is low sensitivity. This prompts for long acquisition times, thus preventing real-time NMR measurements of metabolic transformations. Hyperpolarization via dissolution DNP circumvents part of the sensitivity issues thanks to the large out-of-equilibrium nuclear magnetization stemming from the electron-to-nucleus spin polarization transfer. The high NMR signal obtained can be used to monitor chemical reactions in real time. The downside of hyperpolarized NMR resides in the limited time window available for signal acquisition, which is usually on the order of the nuclear spin longitudinal relaxation time constant, T1, or, in favorable cases, on the order of the relaxation time constant associated with the singlet-state of coupled nuclei, TLLS. Cellular uptake of endogenous molecules and metabolic rates can provide essential information on tumor development and drug response. Numerous previous hyperpolarized NMR studies have demonstrated the relevancy of pyruvate as a metabolic substrate for monitoring enzymatic activity in vivo. This work provides a detailed description of the experimental setup and methods required for the study of enzymatic reactions, in particular the pyruvate-to-lactate conversion rate in presence of lactate dehydrogenase (LDH), by hyperpolarized NMR.

The sensitivity enhancement provided by dissolution dynamic nuclear polarization (DNP) enables following metabolic processes in real time by NMR and MRI. The characteristics and performances of a dedicated dissolution DNP setup designed for study enzymatic reactions are discussed.

Die Auflösung dynamische Kernpolarisation Besetzung für Echtzeit-enzymatische Reaktionsgeschwindigkeit Messungen von NMR

The main limitation of NMR-based investigations is low sensitivity. This prompts for long acquisition times, thus preventing real-time NMR measurements of ...

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

Free-solution capillary electrophoresis (CE) separates analytes, generally charged compounds in solution through the application of an electric field. Compared to other analytical separation techniques, such as chromatography, CE is cheap, robust and effectively requires no sample preparation (for a number of complex natural matrices or polymeric samples). CE is fast and can be used to follow the evolution of mixtures in real time (e.g., chemical reaction kinetics), as the signals observed for the separated compounds are directly proportional to their quantity in solution.
Here, the efficiency of CE is demonstrated for monitoring the covalent grafting of peptides onto chitosan films for subsequent biomedical applications. Chitosan&#39;s antimicrobial and biocompatible properties make it an attractive material for biomedical applications such as cell growth substrates. Covalently grafting the peptide RGDS (arginine - glycine - aspartic acid - serine) onto the surface of chitosan films aims at improving cell attachment. Historically, chromatography and amino acid analysis have been used to provide a direct measurement of the amount of grafted peptide. However, the fast separation and absence of sample preparation provided by CE enables equally accurate yet real-time monitoring of the peptide grafting process. CE is able to separate and quantify the different components of the reaction mixture: the (non-grafted) peptide and the chemical coupling agents. In this way the use of CE results in improved films for downstream applications.
The chitosan films were characterized through solid-state NMR (nuclear magnetic resonance) spectroscopy. This technique is more time-consuming and cannot be applied in real time, but yields a direct measurement of the peptide and thus validates the CE technique.

Free solution capillary electrophoresis is a fast, cheap and robust analytical method that enables the quantitative monitoring of chemical reactions in real time. Its utility for rapid, convenient and precise analysis is demonstrated here through analysis of covalent peptide grafting onto chitosan films for improved cell adhesion.

Kapillarelektrophorese zum Monitor Peptid Verpflanzen auf Chitosanfilme in Echtzeit

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

Electrochemical Impedance Spectroscopy as a Tool for Electrochemical Rate Constant Estimation

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

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

Elektrochemische Impedanz Spektroskopie als Instrument zur elektrochemischen Rate Konstanten Schätzung

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

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. Conductive polymers, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), and a semiconducting polymer, poly(thieno[3,2-b]thiophene) (PTT), were deposited on unconventional highly-disordered and textured substrates with high surface areas, such as paper, towels and fabrics. This reported deposition chamber is an improvement of previous vapor reactors because our system can accommodate both volatile and nonvolatile monomers, such as 3,4-propylenedioxythiophene and thieno[3,2-b]thiophene. Utilization of both solid and liquid oxidants are also demonstrated. One limitation of this method is that it lacks sophisticated in situ thickness monitors. Polymer coatings made by the commonly used solution-based coating methods, such as spin-coating and surface grafting, are often not uniform or susceptible to mechanical degradation. This reported vapor phase deposition method overcomes those drawbacks and is a strong alternative to common solution-based coating methods. Notably, polymer films coated by the reported method are uniform and conformal on rough surfaces, even at a micrometer scale. This feature allows for future application of vapor deposited polymers in electronics devices on flexible and highly textured substrates.

This paper presents a protocol for reactive vapor deposition of poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), and poly(thieno[3,2-b]thiophene) films on glass slides and rough substrates, such as textiles and paper.

Reaktiven Aufdampfen von konjugierten Polymerfilmen auf beliebigen Substraten

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. ...

Solution-Processed "Silver-Bismuth-Iodine" Ternary Thin Films for Lead-Free Photovoltaic Absorbers

Bismuth-based hybrid perovskites are regarded as promising photo-active semiconductors for environment-friendly and air-stable solar cell applications. However, poor surface morphologies and relatively high bandgap energies have limited their potential. Silver-bismuth-iodine (Ag-Bi-I) is a promising semiconductor for optoelectronic devices. Therefore, we demonstrate the fabrication of Ag-Bi-I ternary thin films using material solution processing. The resulting thin films exhibit controlled surface morphologies and optical bandgaps according to their thermal annealing temperatures. In addition, it has been reported that Ag-Bi-I ternary systems crystallize to AgBi2I7, Ag2BiI5, etc. according to the ratio of the precursor chemicals. The solution-processed AgBi2I7 thin films exhibit a cubic-phase crystal structure, dense, pinhole-free surface morphologies with grains ranging in size from 200 to 800 nm, and an indirect bandgap of 1.87 eV. The resultant AgBi2I7 thin films show good air stability and energy band diagrams, as well as surface morphologies and optical bandgaps suitable for lead-free and air-stable single-junction solar cells. Very recently, a solar cell with 4.3% power conversion efficiency was obtained by optimizing the Ag-Bi-I crystal compositions and solar cell device architectures.

Herein, we present detailed protocols for solution-processed silver-bismuth-iodine (Ag-Bi-I) ternary semiconductor thin films fabricated on TiO2-coated transparent electrodes and their potential application as air-stable and lead-free optoelectronic devices.

Lösung verarbeitet "Silber-Wismut-Jod" ternäre Dünnschichten für bleifrei-Photovoltaik-Absorber

Bismuth-based hybrid perovskites are regarded as promising photo-active semiconductors for environment-friendly and air-stable solar cell applications. ...