LH riconosce con gratitudine il sostegno finanziario da parte di un Science Foundation Graduate Research Fellowship US National sotto di Grant No. 1148897. La microscopia elettronica caratterizzazione e trattamento SPS presso UC Davis è stato sostenuto finanziariamente da un premio dell&#39;Università della California a pagamento Laboratory (# 12-LR-238313). Il lavoro alla fonderia molecolare è stato sostenuto dal Office of Science, Ufficio delle scienze di base di energia, del Dipartimento dell&#39;Energia degli Stati Uniti sotto contratto n DE-AC02-05CH11231.

1. Preparazione del campione di singolo cristallo titanato di stronzio NOTA: STO cristallo singolo è fornito con un (100) di superficie lucidata a specchio. <ol><li> Sezione STO in 5x5 mm 2 pezzi con del filo diamantato. </li><li> Con ultrasuoni campioni pulite a 50-60 Hz consecutivamente in bagni di acetone, isopropanolo, e metanolo per quindici minuti ciascuno. </li><li> Rimuovere STO da bagno di metanolo di mettere immediatamente sul piatto caldo tenuto a una temperatura di 200 ° C. Riscaldamento del campione dopo pulizia impedisce la formazione di evaporazione macchia dall&#39;alcool. </li><li> Posizionare i campioni per dieci minuti in acido fluoridrico tamponata (pH = 4), 6: 1 soluzione di fluoruro di ammonio e acido fluoridrico 49%. 22 Questa soluzione incide la STO, formando una (100) TiO 2 superficie prevalentemente terminato. Se il lato otticamente piatta del singolo cristallo ha una patina arcobaleno, il campione è stato più incisi e dovrebbe not essere utilizzato. </li><li> Dopo dieci minuti nella soluzione mordenzante, risciacquare campioni in acqua deionizzata (DI) e quindi in isopropanolo. Asciugare con aria casa pulita. </li></ol> 2. Formazione Bicrystal via Spark Plasma Sintering Apparatus NOTA: per 5x5 mm 2 uso di cristallo di 30 mm di diametro stampo grafite. Se si utilizza uno stampo con un diametro inferiore a 30 mm, il bicrystal fratture catastroficamente durante il legame. dimensioni del die ottimale così come la pressione esercitata dalla apparecchiatura SPS è fortemente dipendente dalla dimensione dei cristalli. <ol><li> Inserire un cerchio 30 mm di carta grafite su un pistone di grafite con un diametro di 30 mm. carta Graphite impedisce STO dal legame al pistone di grafite durante l&#39;esperimento. </li><li> Stack due cristalli singoli mm 2 STO 5x5 con le loro superfici otticamente sottili, sistemati rivolto verso l&#39;interno per formare il confine bicrystal. Centrare la pila sopra del foglio di grafite e stantuffo. </li><li> Ruotare la parte superiore solo gridostal intorno al &lt;100&gt; asse per un angolo di misorientation scelta. Il &lt;100&gt; asse è perpendicolare alla superficie otticamente piatta di cristallo. </li><li> Far scorrere il dado di grafite sopra il pistone e cristalli. Posizionare un secondo cerchio di 30 millimetri di diametro di carta grafite e poi 30 millimetri di diametro del pistone nel corso dei cristalli STO impilati. </li><li> Stack i pistoni combinati e morire sui distanziatori di grafite in apparato SPS (Figura 1). </li><li> Applicare una forza monoassiale di 3 kN per ridurre al minimo la resistenza di contatto tramite i pulsanti di controllo z. Durante l&#39;esperimento, l&#39;utente deve mantenere la forza a 3 kN tramite i pulsanti di controllo asse z. </li><li> Inserire k termocoppia di tipo in stampo di grafite al piccolo foro, mostrato in Figura 1. La termocoppia si estende attraverso il dado per il campione. </li><li> Impostare la pressione nella camera dell&#39;apparato SPS a ~ 10 Pa utilizzando i pulsanti di vuoto di spinta. </li><li> Selezionare la temperatura legame, di tempo, di riscaldamento e tariffe tramite strumento programma di cosoftware ntrol (Tabella 1). Per la temperatura e il tempo di incollaggio, utilizzare una velocità di riscaldamento di 70-80 ° C / min e una velocità di raffreddamento di 50 ° C / min. </li><li> Set 12 s su, 2 s al largo impulso DC utilizzando lo strumento pulsante di sinterizzazione. Un bias pulsata di ~ 4 V e corrente continua di ~ 550 A vengono applicate in modo incrementale al campione una volta che il programma è impostato per funzionare. </li><li> Premere il pulsante di avvio della macchina. </li><li> Rimuovere il campione quando il programma termina. Dopo la formazione bicrystal, il campione apparirà grigio-nero a causa dell&#39;ambiente riduzione dell&#39;apparato SPS. </li><li> Utilizzare un forno ad alta temperatura ad una temperatura di 1200 ° C per 140 h, applicare pressione durante questa procedura, per temprare e ri-ossidare il campione in aria. Parametri di ricottura sono stati selezionati in base al precedente lavoro fatto da Hutt et al. in cui bicrystals formata in alto vuoto 13. Dopo la ricottura, il campione rivela un colore biancastro ed è ossidato. </li></ol><ol><li> Sezione bicrystal con filo diamantato in 5x1 mm 2 sezioni. </li><li> campioni di cross-sezione polacca con film di diamante lappatura. La grana del film di diamante lappatura è gradualmente diminuito da 9 micron a 0,1 micron. Passare alla più piccola grana volta graffi sono uniformi su tutta la superficie. Utilizzare un movimento piastra in senso antiorario per 9 micron a 6 micron lambiscono pellicola. Utilizzare un movimento piastra in senso antiorario con una testa oscillante campione di 6 micron a 0,1 micron film di lappatura. </li><li> campioni di cross-sezione polacca con silice colloidale per due minuti con un panno opaco. Continuamente versare silice colloidale sul tappeto con movimento antiorario della piastra e la testa del campione oscillante. </li><li> Quindici secondi prima di rimuovere il campione, smettere di versare silice colloidale e versare acqua deionizzata sulla piastra. Versare acqua deionizzata per quindici secondi, togliere campione, e sciacquare subito campionein acqua deionizzata per 1 min. Se questa procedura non è seguita, la silice colloidale legherà superficie del campione e oscurare bordo di grano durante microscopia elettronica a scansione (SEM). </li><li> Una volta che il campione è lucidata ad una superficie otticamente liscia, campioni ultrasuoni puliti consecutivamente in bagni di acetone, isopropanolo, metanolo e per quindici minuti ciascuno. </li><li> Rimuovere STO da bagno di metanolo di mettere immediatamente sul piatto caldo tenuto a una temperatura di 200 ° C. Riscaldamento del campione dopo pulizia impedisce la formazione di evaporazione macchia dall&#39;alcool. </li><li> campione montaggio superficiale ripulito su un stub campione utilizzando la grafite colloidale. </li><li> Polverizzazione catodica superficie del campione cappotto con 2-3 nm di carbonio. Utilizzare i seguenti parametri per il dispositivo a induzione di carbonio: risoluzione impulso di 0,2 nm / impulso, tasso di passo corrente di 0,2 A / impulso, impulso di corrente di 40 A, lunghezza di impulso di 2 s, e gli impulsi massimo di 50. </li></ol> 4. Pulizia del rame griglia FIB <ol><li> Posizionare rame griglia FIB in un bagno di isopropanolo acetone e poi per 1 h ciascuna. </li><li> Plasma griglia FIB rame pulito per 10 min. </li></ol> 5. Preparazione di microscopia elettronica a trasmissione (TEM) lamelle via Focused Ion Beam (FIB) Apparato NOTA: Tutti i parametri utilizzati per la preparazione FIB sono digitato o selezionato da un menu a tendina nel software dell&#39;apparato FIB. <ol><li> Collocare il campione STO e la griglia FIB di rame in un apparecchio FIB. Lo stadio è a 7 mm. </li><li> Trova una regione di interesse lungo l&#39;interfaccia tra i due cristalli singoli, cioè, il bordo di grano. </li><li> Selezionare la casella di dialogo Patterning. In Patterning di controllo, selezionare la Patterning strumento Rettangolo con superficie di Ce-dep proprietà dell&#39;applicazione. Inserire C-dep per l&#39;iniezione di gas. Depositare un 15 × 2 × 2 micron 3 strato protettivo di carbon utilizzando il fascio di elettroni ad una tensione di 5,0 kV, una corrente di 13,0 nA, e un angolo di inclinazione di 0 °. Ritrarre C-dep. </li><li> Selezionare la casella di dialogo Patterning. In Patterning di controllo, selezionare la Patterning strumento Rettangolo con la proprietà di applicazione W-dep. Inserire W-dep per l&#39;iniezione di gas. Cassetta 15 × 2 × 2 micron 3 strato protettivo di tungsteno utilizzare il fascio di ioni ad una tensione di 30,0 kV, una corrente di 0,3 nA, e un angolo di inclinazione di 52 °. Ritrarre W-dep. </li><li> Selezionare la casella di dialogo Patterning. In Patterning di controllo, selezionare il regolare Sezione trasversale Patterning strumento con la proprietà di applicazione Si. Utilizzare 22 × 25 × 15 micron 3 per il pattern fondo e di 22 × 27 × 15 micron 3 per il modello superiore ad una tensione di 30,0 kV, una corrente di 30,0 nA, e un angolo di inclinazione di 52 ° mediante il fascio di ioni. Il pattern creerà un mulino trench su entrambi i lati dello strato protettivo. </li><li> Selezionare la casella di dialogo Patterning. In Patterning di controllo, selezionare il CleanSezione trasversale Patterning strumento con la proprietà di applicazione Si. Utilizzare 22 × 3 × 60 micron 3 per il modello superiore e inferiore ad una tensione di 30,0 kV e una corrente di 1,0 nA tramite fascio di ioni. L&#39;angolo di inclinazione è 53,5 ° per il modello di fondo e 50,5 ° per il modello superiore. Il modello pulisce la superficie della lamella trincerato dal modello tendaggi che risulta dalla regolare patterning sezione trasversale. </li><li> Tagliare un J-modello nel campione usando lo strumento Patterning rettangolo con proprietà dell&#39;applicazione Si. Utilizzare 2 micron per la larghezza ad una tensione di 30,0 kV e una corrente di 1,0 nA tramite fascio di ioni. </li><li> Selezionare la casella di dialogo Ascensore facile. Inserire il micromanipolatore in posizione di parcheggio. Abbassare micromanipolatore e collegare il campione alla griglia FIB rame tramite una saldatura di tungsteno utilizzando il processo descritto in 5.4. </li><li> Utilizzando le procedure descritte in 5.7, μcut U-pattern, continuando dal J-modello originale, nel campione utilizzando il fascio di ioni ad una tensione di30,0 kV e una corrente di 1,0 nA. </li><li> Sollevare il lamelle tramite micromanipolatore al di sopra del campione globale. </li><li> Ruotare micromanipolatore 180 °, in modo che il bordo grano non è più parallelo al fascio di ioni, ma perpendicolare al fascio di ioni. </li><li> Tungsteno saldare lamella di una griglia di rame FIB utilizzando le procedure descritte in 5.4 con fascio di ioni ad una tensione di 30,0 kV e una corrente di 0,3 nA. </li><li> Tagliare il micromanipolatore dalla lamella utilizzando le procedure descritte in 5.7 con fascio di ioni ad una tensione di 30,0 kV e una corrente di 1,0 nA. </li><li> Ripetere i passaggi descritti in 5.3. Depositare uno strato 15 × 2 × 4 micron 3 protettivo di carbonio utilizzando un fascio di elettroni ad una tensione di 5,0 kV, una corrente di 13,0 nA, e un angolo di inclinazione di 0 °. </li><li> Ripetere i passaggi descritti in 5.4. Cassetta 15 × 2 × 8 micron 3 strato protettivo di tungsteno con un fascio di ioni ad una tensione di 30,0 kV, una corrente di 0,3 nA, e un angolo di inclinazione di 52 °. </li><li> Confascio di ioni, sottile il campione a circa 200 nm con una tensione di 30,0 kV e una corrente discendente sistematicamente di 0,5 nA, 0,3 nA, e 0,1 nA. In questa fase, uno schema in sezione trasversale di pulizia viene utilizzato e il campione è inclinato ad un angolo di 52 ° ±± 1.5. </li><li> Con il fascio ionico, sottile campione di elettroni trasparenza con una tensione di 5,0 kV e una corrente di 77,0 pA. In questa fase, un modello rettangolo viene utilizzato con un angolo di inclinazione di 52 ± 3 °. </li><li> Rimuovere danni amorfa sostenute dalla FIB pulendo il campione ad una tensione di 500 eV e una corrente di 150 μA. </li><li> Collocare il campione TEM a TEM supporto e inserire titolare nel microscopio elettronico a trasmissione scansione (STEM). Seleziona &#39;Capture&#39;, campione di immagine bordo di grano. </li></ol>

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La temperatura di collegamento di 1200 ° C è stato scelto per massimizzare diffusione come piccole variazioni di temperatura possono influenzare notevolmente la cinetica di tutti i meccanismi di diffusione incollaggio. Una temperatura di 1200 ° C è fuori dal fragile-duttile di temperatura di transizione di STO. Tuttavia, il campione sottoposto rottura fragile a questa temperatura. Il fallimento catastrofico del bicrystal STO non era inaspettato come STO ha ~ 0,5% duttilità a 1200 ° C. Inoltre, il campione è stato tenuto ad una pressione di 140 MPa durante il processo di riscaldamento e STO transizioni attraverso la fase fragile durante questo processo di riscaldamento in cui ha 0% duttilità 21. Così successo saldatura per diffusione di monocristalli tramite l&#39;apparato SPS richiede una comprensione approfondita della temperatura comportamento plasticità dipendente di un materiale. Due bicrystals sono formati utilizzando una temperatura di legame di 800 ° C e un tempo di incollaggio di 20 minuti. Ilbicrystal con misorientation nominale di 4˚ stato ricotto per 50 ore ed esposto un 2.2x frazione interfaccia bonded maggiore della bicrystal con misorientation nominale di 45 °, ricotto per 140 ore. volte ricottura più lunghi di 50 ore non hanno evidenziato alcun miglioramento significativo della qualità saldatura per diffusione. Temperatura e tempo di ricottura sono stati selezionati secondo lavoro precedente in cui sono formate le bicrystals in un forno sotto vuoto spinto, simile all&#39;apparecchio SPS 11. Per verificare se vi è stato un impatto del processo di ricottura sulla saldatura per diffusione di questi bicrystals, lunghezze di legame diffusione sono stati calcolati e riscontrati 0,27 nm ad una temperatura di 1200 ° C per 140 ore 23. I parametri di ricottura selezionati, quindi, hanno avuto solo un impatto limitato sulla saldatura per diffusione della bicrystal. Questa analisi è stata ulteriormente supportata quando la saldatura per diffusione di un bicrystal con un misorientation 45 ° torsione non erasuccesso per gli stessi parametri utilizzati durante la ricottura. Mentre i parametri selezionati ricottura non impatto significativo la saldatura per diffusione, l&#39;angolo misorientation non ha un effetto pronunciato. angoli misorientation-alto angolo creano un maggiore squilibrio strutturale tra i due mezzi cristalli, che ostacola la diffusione trasversale e diminuisce l&#39;interfaccia di legame. Per angoli alti misorientation, temperatura e tempo di incollaggio deve essere aumentata in modo da avere una frazione interfaccia bonded successo più grande. formazione Bicrystal tramite tecniche di lavorazione SPS si verifica a volte significativamente accelerati scale e intervalli di temperatura moderata rispetto ai metodi di stampa a caldo convenzionali. Questa differenza di parametri di lavorazione tra la saldatura per diffusione convenzionale e il metodo SPS si vede anche nella formazione di portacipria e compositi. Come accennato in precedenza, bicrystals formata tramite metodi convenzionali diffusion bondingsi formano a temperature superiori a 1400 ° C con tempi di scale che vanno da 3 a 20 ore 11, 24. Utilizzando uno strumento SPS, saldatura per diffusione avviene ad una temperatura di 800 ° C con tempi di scale che vanno da 20 a 90 minuti. La tecnica SPS è quindi utile per la saldatura per diffusione rapida di bicrystals rispetto ai metodi convenzionali. formazione Bicrystal dallo strumento SPS consente anche di osservazione sperimentale dei meccanismi di trasferimento di massa a bordo grano con misorientation selezionato. Questa osservazione sperimentale fornirà un quadro più chiaro dei meccanismi alla base della tecnica SPS. Micro-crepe nella bicrystal STO massa impedito convenzionale preparazione meccanica TEM lamelle. Il processo di assottigliamento meccanico ha portato alla frattura del lamelle TEM a causa di microfessure diffondendo in tutta la massa. Pertanto, è stato utilizzato FIB preparazione della lamelle TEM. Convenzionale FIB lift-out della lamella, in cui il bordo di grano è parallelo al fascio di ioni, portato alla fresatura preferenziale lungo il piano di interfaccia (figura 5a). La tecnica di preparazione FIB è stata successivamente modificata. Innanzitutto, lo spessore dello strato protettivo iniziale di carbonio e tungsteno è stato scelto in modo, al termine della fase di lift-out, lo strato protettivo è stato macinato distanza. Se lo strato protettivo era troppo spessa e rimase tutto il processo di assottigliamento, ri-deposizione di tungsteno è verificato e oscurato analisi TEM. In secondo luogo, dopo l&#39;lamelle TEM era attaccato alla punta del micromanipolatore, micromanipolatore è stata ruotata di 180 °. Questa rotazione causato bordo di grano di diventare perpendicolare al fascio di ioni, impedendo quindi assottigliamento preferenziale (figura 5b). Infine, dopo il processo di lift-out, strati protettivi di carbonio e tungsteno sono stati depositati sulla superficie della lamella TEM appena oriented. Queste modifiche al pr FIB convenzionaletecnica eparation ha portato ad una lamella TEM pulito che consente di imaging risoluzione atomicamente dalla HAADF-STEM. HRTEM e HAADF-STEM micrografie per la bicrystal legato a 800 ° C per 90 minuti con un valore nominale di 45 ° bordo di grano torsione mostrano una struttura di bordo di grano atomicamente risolto senza fasi secondarie. Spazialmente EELS risolti rivelano cambiamenti nel coordinamento Ti nei nuclei bordo di grano, indicando un aumento della concentrazione di ossigeno vacante rispetto alla massa. Questi risultati sono coerenti con i rapporti in letteratura per basso angolo bordi di grano torsione 25. Ulteriori analisi di questi esperimenti è descritto altrove 26. In questo studio, bicrystals STO sono stati sintetizzati con successo per la prima volta utilizzando un&#39;apparecchiatura SPS. Bicrystals con orientamenti torsione di 0 °, 4 °, e 45 ° si sono formati ad alta pressione con temperature moderate e incollaggio temposcale rispetto ai parametri presenti nel legame convenzionale. Formazione di bicrystals tramite l&#39;apparato SPS offre l&#39;opportunità di determinare quantitativamente l&#39;impatto del campo elettrico così come velocità di riscaldamento su strutture fondamentali bordo di grano selezionate.

<html> Sinterizzazione Spark plasma (SPS) è una tecnica in cui l&#39;applicazione di alta pressione uniassiale e pulsati cavi in corrente continua al rapido addensamento di polvere compatta 1. Questa tecnica porta anche alla formazione di successo di strutture composite da vari materiali, tra nitruro di silicio / carburo di silicio, zirconio boruro / carburo di silicio, carburo di silicio o, in mancanza di aiuti sinterizzazione aggiuntivi necessari 2, 3, 4, 5. La sintesi di queste strutture composite convenzionale di pressatura a caldo era stato impegnativo in passato. Mentre l&#39;applicazione di alta pressione uniassiale e velocità di riscaldamento veloce tramite la tecnica SPS migliora consolidamento delle polveri e compositi, il fenomeno causa questo maggiore densificazione dibattuto in letteratura 2, 3,class = &quot;xref&quot;&gt; 6, 7. Esiste anche solo informazioni limitate per quanto riguarda l&#39;influenza dei campi elettrici sulla formazione bordo grano e le risultanti strutture atomiche di core bordo di grano 8, 9. Queste strutture di base determinano le proprietà funzionali di SPS materiali sinterizzati, tra cui scintilla di condensatori ad alta tensione e la resistenza meccanica e la durezza di ossidi ceramici 10. Pertanto, la comprensione della struttura bordo grano fondamentale in funzione dei parametri di processo SPS, come corrente applicata, è necessario per la manipolazione delle proprietà fisiche globali di un materiale. Un metodo per chiarire sistematicamente i meccanismi fisici fondamentali relativi SPS è la formazione di strutture di confine dei grani specifici, cioè, bicrystals. Un bicrystal viene creato manipolazione dei due cristalli singoli, che sono poi diffusione legato con particolare misorientation angoli 11. Questo metodo fornisce un modo controllato per indagare le fondamentali strutture principali bordo di grano in funzione dei parametri di processo, concentrazione di drogante, ed impurità separazione 12, 13, 14. Saldatura per diffusione dipende quattro parametri: temperatura, tempo, pressione, e l&#39;atmosfera incollaggio 15. Convenzionale saldatura per diffusione di titanato di stronzio (SrTiO 3, STO) bicrystals tipicamente avviene ad una pressione inferiore a 1 MPa, ad una temperatura di 1400-1500 ° C, e scale temporali che vanno da 3 a 20 ore 13, 14, 16, 17. In questo studio, bonding in un apparato SPS viene raggiunto a significativamente inferiori scale di temperatura e tempo in cONFRONTO ai metodi convenzionali. Per i materiali policristallini, ridotta temperatura e tempo scale tramite SPS limita significativamente la crescita del grano, fornendo in tal modo il controllo vantaggiosa di proprietà di un materiale attraverso la manipolazione della sua microstruttura. L&#39;apparecchiatura SPS, per un campione di 5 × 5 mm 2, esercita una pressione minima di 140 MPa. Nell&#39;intervallo di temperatura diffusion bonding convenzionale, Hutt et al. segnalare frattura istantanea STO quando la pressione di legame supera i 10 MPa 18. Tuttavia, STO mostra temperatura comportamento dipendente plasticità, che indica la pressione di incollaggio può superare il 10 MPa a temperature specifiche. Sopra 1.200 ° C e sotto i 700 ° C, STO espone alcuni duttilità, in cui sottolinea superiore a 120 MPa può essere applicato senza frattura istantanea del campione. All&#39;interno della gamma di temperatura intermedia di 700-1,200 ° C, STO è fragile e le esperienze frattura istantanea a strecce maggiore di 10 MPa. A 800 ° C, STO ha deformabilità minore prima della frattura a tensioni inferiori a 200 MPa 19, 20, 21. Quindi, le temperature di legame per la formazione STO bicrystal tramite apparecchi SPS devono essere selezionati in base al comportamento plasticità del materiale.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1429">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Strontium titanate single crystal (100)</td>
			<td style="width:187px;">MTI Corporation</td>
			<td style="width:427px;">STOa101005S1-JP</td>
			<td style="width:443px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Buffered oxide etch, hyrofluoric acid 6:1</td>
			<td style="width:187px;">JT Baker</td>
			<td style="width:427px;">&#160;MBI 1178-03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Scanning electron microscope (SEM)</td>
			<td style="width:187px;">FEI</td>
			<td>Model: 430 NanoSEM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">SPS apparatus&#160;</td>
			<td>Sumitomo Coal Mining Co</td>
			<td>Model: Dr. Sinter 5000 SPS Apparatus</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">High Temperature Furnace</td>
			<td>Thermolyne</td>
			<td>Model: 41600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ultrasonic Cleaner</td>
			<td>Bransonic</td>
			<td>Model: 221</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Mechanical polisher</td>
			<td style="width:187px;">Allied High Tech Products</td>
			<td>15-2100-TEM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Diamond lapping film</td>
			<td style="width:187px;">3M</td>
			<td>660XV&#160;</td>
			<td>1 um to 9 um Grit Size</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Diamond lapping film</td>
			<td style="width:187px;">3M</td>
			<td style="width:427px;">661X</td>
			<td>0.5 um to 0.1 um Grit Size</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Colloidal silica</td>
			<td style="width:187px;">Allied High Tech Products</td>
			<td>180-20000</td>
			<td>.05 um Grit Size</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Sputter coater</td>
			<td style="width:187px;">QuorumTech</td>
			<td>Model: Q150RES</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Focused ion beam (FIB) instrument&#160;</td>
			<td style="width:187px;">FEI</td>
			<td>Model: Scios dual-beamed focused ion beam (FIB) instrument&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Nanomill TEM specimen preparation system</td>
			<td style="width:187px;">Fischione Instruments</td>
			<td>Model: 1040</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Transmission electron microscope (TEM)&#160;</td>
			<td style="width:187px;">JEOL</td>
			<td>Model: JEM2500 SE&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Scanning transmission electron microscope (STEM)</td>
			<td style="width:187px;">FEI</td>
			<td>Model: TEAM 0.5&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

spark plasma sintering apparatus used for the formation of strontium titanate bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with one twist grain boundary. This apparatus utilizes high uniaxial pressure and a pulsed direct current for rapid consolidation of material. Diffusion bonding of strontium titanate bicrystals without fracture, in a spark plasma sintering apparatus, is possible at high pressures due to the unusual temperature dependent plasticity behavior of strontium titanate. We demonstrate a method for the successful formation of bicrystals at accelerated time scales and lower temperatures in a spark plasma sintering apparatus compared to bicrystals formed by conventional diffusion bonding parameters. Bond quality was verified by scanning electron microscopy. A clean and atomically abrupt interface containing no secondary phases was observed using transmission electron microscopy techniques. Local changes in bonding across the boundary was characterized by simultaneous scanning transmission electron microscopy and spatially resolved electron energy-loss spectroscopy.

Temperatura di collegamento, il tempo, e l&#39;angolo misorientation erano alterati per determinare i parametri ottimali necessari per la frazione massima interfaccia bonded possibile del bicrystal STO (Tabella 1). L&#39;interfaccia è stata considerata &#39;legato&#39; quando il bordo grano non era visibile durante l&#39;imaging SEM (Figura 2a). Un&#39;interfaccia &#39;non-bonded&#39; stato esposto quando erano presenti nel luogo di confine (Figura 2b) un contrasto dell&#39;immagine scura o vuoti. Scuro contrasto dell&#39;immagine significava grafite colloidale dalla procedura di montaggio FIB era diffusa tra i due cristalli STO a causa di effetti capillari. Questa interfaccia non-bonded si osserva ai bordi del bicrystal, mentre l&#39;interfaccia bonded si osserva al centro della bicrystal. Il cambiamento nel comportamento di incollaggio dal bordo al centro delle bicrystals formate da apparato SPS è visto anche in bicrystals formate tramite hot techniqu pressaturaes 6. la formazione di micro-fessura nella maggior parte del bicrystal si osserva in tutti i campioni. Per bicrystals incollati con successo, la formazione di micro-crack non interferisce con l&#39;interfaccia bonded. Ad una temperatura di collegamento di 1200 ° C, vasta micro-crepe si verifica, con conseguente rottura fragile del bicrystal durante la ricottura. Pertanto, la temperatura bonding nell&#39;apparato SPS è stata mantenuta al di sotto di 800 ° C per evitare la frattura catastrofica. Per bicrystals con 0 ° Angolo misorientation a temperature di legame di 600 ° C e 700 ° C, un&#39;interfaccia bonded successo 95% è stata ottenuta. Un aumento dell&#39;angolo misorientation del bicrystal al 44,4 ° richiede una temperatura di collegamento di 800 ° C e incollaggio di tempo di 90 minuti per ottenere una interfaccia bonded successo 45,8%. TEM ad alta risoluzione (HRTEM) e alta anulare angolo di campo scuromicroscopia a scansione elettronica a trasmissione (HAADF-STEM) micrografie di questo campione rivelano una struttura bordo di grano atomicamente brusco con nessun film intergranulare o fasi secondarie presenti (Figura 3). Spazialmente risolto elettroni perdita di energia spettroscopia (EELS) registrate direttamente dall&#39;interfaccia mostra una riduzione del campo di cristallo scissione dei Ti L 3 e L 2 spigoli nonché una riduzione dell&#39;intensità bordo OK rispetto al bulk (figura 4) . <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Bicrystal </td><td> Twist Orientamento (°) </td><td> Legame Temperatura (° C) </td><td> Legame Tempo (min) </td><td> Ricottura Temperatura (° C) </td><td> Ricottura Tempo (h) </td><td> Interfaccia Bonded ± 0,3 (%) </td></tr><tr><td> UN </td><td> 0 * </td><td> 1200 </td><td> 15 </td><td> 1.200 </td><td> 16 </td><td> - </td></tr><tr><td> B </td><td> 0 </td><td> 600 </td><td> 90 </td><td> 1.200 </td><td> 100 </td><td> 92,3 </td></tr><tr><td> C </td><td> 0 </td><td> 700 </td><td> 90 </td><td> 1.200 </td><td> 100 </td><td> 99,7 </td></tr><tr><td> D </td><td> 4.3 ± 0.3 </td><td> 800 </td><td> 20 </td><td> 1.200 </td><td> 50 </td><td> 79.2 </td></tr><tr><td> E </td><td> 45 * </td><td> 700 </td><td> 60 </td><td> 1.200 </td><td> 140 </td><td> 1.3 </td></tr><tr><td> F </td><td> 46.1 ± 0.5 </td><td> 800 </td><td> 20 </td><td> 1.200 </td><td> 140 </td><td> 35.4 </td></tr><tr><td> sol </td><td> 44.4 ± 0.1 </td><td> 800 </td><td> 90 </td><td> 1.200 </td><td> 140 </td><td> 45.8 </td></tr></tbody></table> Tabella 1. Parametri incollaggio e la successiva frazione di interfaccia di Bicrystals. apparecchio SPSparametri di saldatura per diffusione e successive frazioni di interfaccia incollati su bicrystals Sto. Una tensione di polarizzazione pulsata di ~ 4 V e corrente di ~ 550 A viene applicato per tutti gli esperimenti. frazioni di interfaccia Bonded sono stati calcolati da una lunghezza media del grano confine di (1,5 ± 0,4) mm. Queste regioni sono state prese da aree diverse all&#39;interno del bicrystal. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/55223/55223fig1.jpg" /> Figura 1. Spark Plasma Sintering Apparatus. Impostare per l&#39;apparato di sinterizzazione plasma scintilla. La pressione viene applicata perpendicolarmente all&#39;interfaccia bicrystal. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55223/55223fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/55223/55223fig2.jpg" /> Figura 2. Le interfacce tipiche Trovato a SPS Apparatus Formata Bicrystals. Nominale 45 ° torsione bicrystal formata ad una temperatura di 800 ° C per 90 minuti. (A) SEM immagine di interfacce definite &#39;bonded&#39;, la posizione bordo grano viene dedotta dalla presenza di un vuoto sfaccettato, e (b) l&#39;immagine SEM dell&#39;interfaccia definito &#39;non-bonded&#39;. perle sferiche osservate nelle immagini sono silice residui da lucidatura. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55223/55223fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/55223/55223fig3.jpg" /> Figura 3. High Resolution Imaging di Bicrystal Grain Boundary. Barriera di nominale bicrystal 45 ° torsione formata ad una temperatura di 800 ° C per 90 minuti registrato in &lt;100&gt; assi zona con un bordo-on orientamento del piano di interfaccia. ( <sTrong&gt; a) un&#39;immagine HRTEM, (b) immagine HRSTEM DF, e (c) il modello struttura composta da due cristalli singoli, in &lt;100&gt; e uno in &lt;110&gt; orientamento dell&#39;asse zona con un piano {001} interfaccia. Le deviazioni dei dati di imaging sperimentali dal modello di struttura progettata rappresentano le modifiche della configurazione dell&#39;interfaccia rispetto alle posizioni ideali atomo singolo cristallo. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55223/55223fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/55223/55223fig4.jpg" /> Figura 4. Struttura e chimica della Bicrystal Grain Boundary. Vicino bordo struttura fine di (a) il 2,3 bordo Ti L e (b) il bordo OK scattata al contorno ed il grosso del 45 ° torsione bicrystal formata ad una temperatura di 800° C per 90 minuti. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55223/55223fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/55223/55223fig5.jpg" /> Figura 5. FIB fresatura a Bicrystal Grain Boundary. Immagini HRTEM di FIB TEM lamelle di (a) campione con bordo grano parallelo al fascio di ioni e (b) campione con bordo di grano perpendicolare al fascio di ioni. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55223/55223fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

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Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals

A viable technique for the formation of strontium titanate bicrystals at high pressure and fast heating rate via the spark plasma sintering apparatus is developed.

Spark Plasma Sintering apparecchio utilizzato per la formazione di titanato di stronzio Bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with ...

spark-plasma-sintering-apparatus-used-for-formation-strontium

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

9.8K Views.  University of California, Davis. A viable technique for the formation of strontium titanate bicrystals at high pressure and fast heating rate via the spark plasma sintering apparatus is developed. 

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Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a significant role in laser-material interaction, especially in the air environment1-11.
Early plasma evolution has been captured through pump-probe shadowgraphy1-3 and interferometry1,4-7. However, the studied time frames and applied laser parameter ranges are limited. For example, direct examinations of plasma front locations and electron number densities within a delay time of 100 picosecond (ps) with respect to the laser pulse peak are still very few, especially for the ultrashort pulse of a duration around 100 femtosecond (fs) and a low power density around 1014 W/cm2. Early plasma generated under these conditions has only been captured recently with high temporal and spatial resolutions12. The detailed setup strategy and procedures of this high precision measurement will be illustrated in this paper. The rationale of the measurement is optical pump-probe shadowgraphy: one ultrashort laser pulse is split to a pump pulse and a probe pulse, while the delay time between them can be adjusted by changing their beam path lengths. The pump pulse ablates the target and generates the early plasma, and the probe pulse propagates through the plasma region and detects the non-uniformity of electron number density. In addition, animations are generated using the calculated results from the simulation model of Ref. 12 to illustrate the plasma formation and evolution with a very high resolution (0.04 ~ 1 ps).
Both the experimental method and the simulation method can be applied to a broad range of time frames and laser parameters. These methods can be used to examine the early plasma generated not only from metals, but also from semiconductors and insulators.

An experimental method to examine the early plasma evolution induced by ultrashort laser pulses is described. Using this method, high quality images of early plasma are obtained with high temporal and spatial resolutions. A novel integrated atomistic model is used to simulate and explain the mechanisms of early plasma.

Indagine su Evolution Plasma precoce indotta da impulsi laser ultracorti

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a ...

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Encapsulation and Permeability Characteristics of Plasma Polymerized Hollow Particles

In this protocol, core-shell nanostructures are synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition. We produce an amorphous barrier by plasma polymerization of isopropanol on various solid substrates, including silica and potassium chloride. This versatile technique is used to treat nanoparticles and nanopowders with sizes ranging from 37 nm to 1 micron, by depositing films whose thickness can be anywhere from 1 nm to upwards of 100 nm. Dissolution of the core allows us to study the rate of permeation through the film. In these experiments, we determine the diffusion coefficient of KCl through the barrier film by coating KCL nanocrystals and subsequently monitoring the ionic conductivity of the coated particles suspended in water. The primary interest in this process is the encapsulation and delayed release of solutes. The thickness of the shell is one of the independent variables by which we control the rate of release. It has a strong effect on the rate of release, which increases from a six-hour release (shell thickness is 20 nm) to a long-term release over 30 days (shell thickness is 95 nm). The release profile shows a characteristic behavior: a fast release (35% of the final materials) during the first five minutes after the beginning of the dissolution, and a slower release till all of the core materials come out.

We have used plasma enhanced chemical vapor deposition to deposit thin films ranging from a few nm to several 100 nm on nano-sized particles of various materials. We subsequently etch the core material to produce hollow nanoshells whose permeability is controlled by the thickness of the shell. We characterize the permeability of these coatings to small solutes and demonstrate that these barriers can provide sustained release of the core material over several days.

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A growing number of radiation therapy devices offer the advantage of delivering the dose through very small beams to the tumor, allowing for increased conformity and higher doses per fraction. Many different detectors can be used for the dosimetry of these small fields. In the present study, the effect of ion recombination is investigated for a liquid ionization chamber using a stereotactic radiation therapy system.

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How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a stable and continuous operation of the plasma is possible and the plasma torch can be used for many different applications. On one hand, the hot (3,600 K gas temperature) plasma can be used for chemical processes and on the other hand the cold afterglow (temperatures down to almost RT) can be applied for surface processes. For example chemical syntheses are interesting volume processes. Here the microwave plasma torch can be used for the decomposition of waste gases which are harmful and contribute to the global warming but are needed as etching gases in growing industry sectors like the semiconductor branch. Another application is the dissociation of CO2. Surplus electrical energy from renewable energy sources can be used to dissociate CO2 to CO and O2. The CO can be further processed to gaseous or liquid higher hydrocarbons thereby providing chemical storage of the energy, synthetic fuels or platform chemicals for the chemical industry. Applications of the afterglow of the plasma torch are the treatment of surfaces to increase the adhesion of lacquer, glue or paint, and the sterilization or decontamination of different kind of surfaces. The movie will explain how to ignite the plasma solely by microwave power without any additional igniters, e.g., electric sparks. The microwave plasma torch is based on a combination of two resonators &#8212; a coaxial one which provides the ignition of the plasma and a cylindrical one which guarantees a continuous and stable operation of the plasma after ignition. The plasma can be operated in a long microwave transparent tube for volume processes or shaped by orifices for surface treatment purposes.

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Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. W/O microdroplets have recently been used in powerful methods that enable miniaturized chemical experiments. Therefore, developing a versatile method to yield monodisperse W/O microdroplets is needed. We have developed a method for generating monodisperse W/O microdroplets based on a capillary-based centrifugal axisymmetric co-flowing microfluidic device. We succeeded in controlling the size of microdroplets by adjusting the capillary orifice. Our method requires equipment that is easier-to-use than with other microfluidic techniques, requires only a small volume (0.1-1 &#181;l) of sample solution for encapsulation, and enables the production of hundreds of thousands number of W/O microdroplets per second. We expect this method will assist biological studies that require precious biological samples by conserving the volume of the samples for rapid quantitative analysis biochemical and biological studies.

Here, we demonstrate a simple production method for size-controllable, monodisperse, water-in-oil (W/O) microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. This method requires only a small sample volume and enables high-yield production. We expect this method will be useful for rapid biochemical and cellular analyses.

Centrifuga dispositivo a microfluidi capillare a base per la Formazione Size-controllabile di Monodisperse microgocce

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line intensity ratios. By using a Johann spectrometer viewing the plasma, it is possible to construct profiles of plasma parameters such as density, temperature, and velocity with good spatial and time resolution. However, benchmarking atomic code modeling of X-ray spectra obtained from well-diagnosed laboratory plasmas is important to justify use of such spectra to determine plasma parameters when other independent diagnostics are not available. This manuscript presents the operation of the High Resolution X-ray Crystal Imaging Spectrometer with Spatial Resolution (HIREXSR), a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma. In addition, this manuscript covers a laser blow-off system that can introduce such ions to the plasma with precise timing to allow for perturbative studies of transport in the plasma.

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas. This manuscript presents the operation of a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma.

L&#39;applicazione di X-ray Imaging cristallo Spettroscopia per l&#39;uso come ad alta temperatura del plasma di diagnostica

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. The reactions of cold plasma with the surrounding atmosphere yield a variety of reactive species, which can define its effectiveness. While efficient development of cold plasma therapy requires kinetic models, model benchmarking needs empirical data. Experimental studies of the source of reactive species detected in aqueous solutions exposed to plasma are still scarce. Biomedical plasma is often operated with He or Ar feed gas, and a specific interest lies in investigation of the reactive species generated by plasma with various gas admixtures (O2, N2, air, H2O vapor, etc.) Such investigations are very complex due to difficulties in controlling the ambient atmosphere in contact with the plasma effluent. In this work, we addressed common issues of &#39;high&#39; voltage kHz frequency driven plasma jet experimental studies. A reactor was developed allowing the exclusion of ambient atmosphere from the plasma-liquid system. The system thus comprised the feed gas with admixtures and the components of the liquid sample. This controlled atmosphere allowed the investigation of the source of the reactive oxygen species induced in aqueous solutions by He-water vapor plasma. The use of isotopically labelled water allowed distinguishing between the species originating in the gas phase and those formed in the liquid. The plasma equipment was contained inside a Faraday cage to eliminate possible influence of any external field. The setup is versatile and can aid in further understanding the cold plasma-liquid interactions chemistry.

An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere.

Una configurazione plasma a pressione atmosferica per Indagare sulla formazione reattiva Specie

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs within the interlayer space of semiconducting layered titania nanosheet (TNS) films was investigated here. Two types of intermediate films (i.e., TNS films containing methyl viologen (TNS/MV2+) and 2-ammoniumethanethiol (TNS/2-AET+)) were prepared. The two intermediate films were soaked in an aqueous tetrachloroauric(III) acid (HAuCl4) solution, whereby considerable amounts of Au(III) species were accommodated within the interlayer spaces of the TNS films. The two types of obtained films were then soaked in an aqueous sodium tetrahydroborate (NaBH4) solution, whereupon the color of the films immediately changed from colorless to purple, suggesting the formation of AuNPs within the TNS interlayer. When only TNS/MV2+ was used as the intermediate film, the color of the film gradually changed from metallic purple to dusty purple within 30 min, suggesting that aggregation of AuNPs had occurred. In contrast, this color change was suppressed by using the TNS/2-AET+ intermediate film, and the AuNPs were stabilized for over 4 months, as evidenced by the characteristic extinction (absorption and scattering) band from the AuNPs.

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Here, we present a protocol for the in situ synthesis of gold nanoparticles (AuNPs) within the interlayer space of layered titanate films without the aggregation of AuNPs. No spectral change was observed even after 4 months. The synthesized material has expected applications in catalysis, photo-catalysis, and the development of cost-effective plasmonic devices.

In Situ Sintesi di oro nanoparticelle senza aggregazione nel Interfalda spazio di Layered titanato pellicole trasparenti

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs ...

A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions

The hot stamping and cold die quenching process is increasingly used to form complex shaped structural components of sheet metals. Conventional experimental approaches, such as out-of-plane and in-plane tests, are not applicable to the determination of forming limits when heating and rapid cooling processes are introduced prior to forming for tests conducted under hot stamping conditions. A novel in-plane biaxial testing system was designed and used for the determination of forming limits of sheet metals at various strain paths, temperatures, and strain rates after heating and cooling processes in a resistance heating uniaxial testing machine. The core part of the biaxial testing system is a biaxial apparatus, which transfers a uniaxial force provided by the uniaxial testing machine to a biaxial force. One type of cruciform specimen was designed and verified for the formability test of aluminum alloy 6082 using the proposed biaxial testing system. The digital image correlation (DIC) system with a high-speed camera was used for taking strain measurements of a specimen during a deformation. The aim of proposing this biaxial testing system is to enable the forming limits of an alloy to be determined at various temperatures and strain rates under hot stamping conditions.

This protocol proposes a novel biaxial testing system used on a resistance heating uniaxial tensile test machine in order to determine the forming limit diagram (FLD) of sheet metals under hot stamping conditions.

Una nuova apparecchiatura biassiale test per la determinazione del limite di formatura in stampa a caldo Condizioni

The hot stamping and cold die quenching process is increasingly used to form complex shaped structural components of sheet metals. Conventional ...

New Application of an Atmospheric Pressure Plasma Jet as a Neuro-protective Agent Against Glucose Deprivation-induced Injury of SH-SY5Y Cells

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions include multiple types of reactive nitrogen species (RNS) and reactive oxygen species (ROS). Our previous study has shown the cytoprotective effect of the APPJ against oxidative stress-induced injuries. The aim of the present study is to provide a detailed in vitro treatment protocol regarding the neuroprotective applications of helium APPJs on glucose deprivation-induced injury in SH-SY5Y cells. The SH-SY5Y human neuroblastoma-derived cell line was maintained in RPMI 1640 medium supplemented with 15% fetal calf serum. The culture medium was then changed to RPMI 1640 without glucose before APPJ treatment. After a 1 h incubation in a cell incubator, cell viability was determined using Cell Counting Kit 8. The results showed that, compared to the glucose deprivation group, cells treated with APPJ exhibited significantly increased cell viability in a dose-dependent manner, with 8 s/well observed as an optimal dose. Meanwhile, helium flow had no effect on the glucose deprivation-induced cell impairment. Our results indicated that APPJ could be potentially used as a treatment method for the diseases in the central nervous system related to glucose deprivation. This protocol could also be used as a cytoprotective application for other cells with different impairments, but the cell culture and APPJ treatment conditions should be readjusted, and the treatment dose must be relatively low.

A protocol for the neuroprotective application of low-dose atmospheric pressure plasma treatment on glucose deprivation-induced SH-SY5Y injuries.

Nuova applicazione di un getto di Plasma di pressione atmosferica come un agente di Neuro-protettivo contro la lesione indotta da privazione di glucosio delle cellule SH-SY5Y

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions ...