著者は、この技術のための最初のアイデアで助けをジェームズ・フォレストを感謝したい。26この作品は、ペンシルバニア大学からの資金によってサポートされていましたし、部分的に無裁定の下に全米科学財団のMRSECプログラムによってサポートされていました。 DMR-11-ペンシルバニア大学の20901。

1.フィルムの調製<ol><li>ポリスチレンの0.04グラムを計量し、30ミリリットルバイアルに置きます。 </li><li>バイアルにトルエンを2g秤量します。トルエン中のポリスチレンの2質量％溶液は、約100nmの膜が得られます。 </li><li>ソリューションが完全にポリスチレンを溶解し、ソリューションを安定させるために、O / Nを座ってみましょう。 </li><li>スピンコーター上に1センチメートル×1センチシリコン（Si）ウエハを配置します。 </li><li> 45秒間8,000rpmでウェーハをスピン。それが回転している間に、スピニングウェハ上にトルエン約1mlをドロップします。 注：スピンコーティングを含む全ての工程は、ドラフト内で実施されます。 </li><li> Siウェハの表面全体が覆われるまでになりまし静止Siウエハ上に、Siウェハ上に滴下ステップ1.3からのソリューションを追加します。 </li><li>ソリューションは、ウェハ上で乾燥する前に、20秒間4,000rpmでSiウエハをスピン。 </li><li>偏光解析法を用いてフィルムの厚さを決定する（ステップ2を参照）。 </li><li>フィルムは、所望の厚さ、アンある場合15時間、393 Kでの真空オーブン中でフィルムをEAL。 </li></ol> 2.フィルムの厚さを決定します<ol><li>エリプソメータステージ上にスピンキャストフィルムを配置し、1秒の取得時間に70°の入射光の角度で偏光解析角度Ψ（λ）とΔ（λ）を測定し、ゾーン平均の設定がオンになって。 </li><li>エリプソメータソフトウェアを使用して、製造業者のプロトコルに従って3層モデルに生じたΨ（λ）とΔ（λ）データを適合。追加のユーザ入力はありません。第一層は、Siの基板層であり、第二層は、1.5ナノメートルの厚さの自然酸化物層であり、第3層は、対応するコーシーモデル（N = A + B /λ2、K = 0）でありますポリスチレンフィルムの光学特性。このモデルでは、A及びBはフィットパラメータであり、n及びkはそれぞれ、屈折率の実数成分と虚数成分です。 </li><li>コー​​シー層には、トンにフィットhickness AおよびBパラメータ膜が10nm以上である場合。フィルムが10nm未満の場合、唯一のフィット。 注意：これは、代表的な結果のセクションで詳しく説明されます。 </li></ol> 3.冷却速度依存T gを測定 <ol><li>コー​​トサーマルペーストを温度可変エリプソメータ段階の加熱素子の表面。 </li><li>発熱体にアニールポリスチレンフィルムを配置します。 </li><li>発熱体の上にしっかりとフィルムを固定します。 </li><li> &lt;69キロパスカルの圧力で温度ステージを100％乾燥窒素ガスを流します。 </li><li>温度段階ソフトウェアを使用して、温度プロファイルを作成します。この温度プロファイルは、150 K /分で393 Kまで加熱ランプから始まります。 20分間393Kでフィルムを保持します。 <ol><li> 150、120、90、60、30、10、7、3、150 K /分で393 Kに加熱ランプ付き/分1 Kのレートで293 Kに続いて、別の冷却ランプ。 5分テンペを配置各ランプの後ratureホールド。 </li></ol></li><li>エリプソメータソフトウェアでは、セクション2のものと同様の温度依存性の偏光解析モデルを作成する3つのすべての層は、基板は、温度依存性のSiモデルに変更した以外は、同様です。 </li><li>温度依存のSiモデルの層では、パラメータ「PARMログから使用内線の温度」をオンにします。 </li><li>実験装置の制御ソフトウェアを使用して、エリプソメータソフトウェアは温度段階から温度値を読みました。 </li><li>信号が最大強度に到達するようにエリプソメータを合わせます。 </li><li> 「編集ハードウェア構成」の下で、高精度なゾーン平均で1秒に高速取得時間を設定します。高精度なゾーン平均で3秒に通常の取得時間を設定します。 </li><li>エリプソメータソフトウェアの「 その場で 」タブで「速い取得時間モード」ボックス、およびを押して「取得開始」をご確認ください。次に、スタート温度プロファイル。 3 K / minで冷却ランプの前に、高速アクイジション時間ボックスをオフにします。 </li></ol> 4. の T gの値の決定<ol><li>好適なグラフと分析ソフトウェアに温度と厚さのプロファイルをエクスポートし、全9冷却速度のための温度及び厚さのデータを分離します。 </li><li> 、温度の取得時に、ゾーン平均化の影響を考慮し、すべての温度値を取り、Tは= / 2、ここで、TのI（T iは -1 Tを+）ように、それに先行する温度値でそれを平均化するためには与えられた時の温度値であり、T I-1は、前の時点の温度です。 </li><li>各冷却速度対温度プロットの厚さ。 </li><li>スーパー冷却された液体政権の一部の線形フィット（大きな膨張係数と高い温度領域）を実行します。この政権は393 Kから380 Kに約になります</li><li> Perfoデータの同じセットのガラス状政権の一部に線形フィットRM。この領域は、低膨張係数を有し、293 Kから340程度となりK. </li><li>これらの2つのラインの交点を検索します。これらの線が交差する温度がガラス転移温度です。 </li><li> 9つすべてのランプのためにこれを行います。 </li></ol> 5.平均薄膜ダイナミクスの解析<ol><li>所定の膜厚のプロットのログ（冷却速度（K /分））対1 / T gを（K -1）のために。 </li><li>経験的な関係によって、バルクおよび表面ダイナミクスの直接測定に間接的にこれを比較します。冷却速度*τα= 1000 23,24 </li></ol>

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The Authors have no conflicts of interest to disclose.

冷却速度依存性のT gの測定値は、T gを決定することができるハイスループット特性評価実験、ガラスの膨張係数と過冷却液体、平均ダイナミクスの温度依存性、および、特にガラス状の材料の脆弱性であります一回の実験。彼らは、フルオロフォアまたは他の複雑な実験技術を利用しないため、また、蛍光、埋め込 ​​む、またはナノホール緩和実験とは異なり、CR-T gは実験は 、比較的迅速かつ簡単です。エリプソメトリの感度に、この方法は、そのように長いフィッティング手順が正確であるように、数ナノメートルほど薄く、数ミクロンほどの厚さの厚さのフィルムに使用することができます。これは、温度依存性、平均ダイナミクスと脆さの厚さ依存性の両方を迅速かつ簡単な分析を可能にします。 正常これらの測定を行うために、第EREは、余分な注意が必要いくつかの重要なステップです。これは、エリプソメトリーフィットが正しいことが不可欠です。先に説明したように、Si基板の光学特性の温度依存性を考慮することが重要です。これを行うに失敗するとの T gの誤った値と膨張係数の誤った値につながる可能性があります。また、発熱体にしっかりとフィルムを固定することが重要です。これは正確に速い速度でT g値を定義するために不可欠である良好な熱接触を確保することができます。 T gの値を割り当てるときに最後に、選択された過冷却液体とガラス状の政権は、ガラス転移自体を含めることはできません。ガラス転移温度データ対厚さの勾配は、過冷却液体とガラス質のレジームとの間に変化している遷移の一部として定義されます。どちらかの線形近似で傾きの変化を含めると、人工の T gの計算値を変更します。選択プロセスから主観性を削除するには、報告された値と一致する膨張係数を生成過冷却液体とガラス状の体制を選択します。 このプロトコルの他の利点は、任意のガラス形成剤の分析を可能にするように修正することができることです。異なるガラスフォーマーの動態を試験するために修正する必要がこのプロトコルの唯一の側面は、温度プロファイルです。前者であれば、ガラスのバルクT gが知られているように、最高温度と最低温度は、フィルムがガラス転移を起こすだけでなく、分解しないことを確実にするために変更することができます。最高温度が約T gを + 20 Kであるべきであり、最低温度は、少なくともT gであるべきである- 40 K.また、選択された冷却速度は、ポリマーフィルムの特定のタイプのために興味のある他の時間スケールを探索するために変化させることができます。 その利点にもかかわらず、この手法には限界があります。この技術は、間接的に実験の冷却速度を通じて平均緩和時間を調査するので、時間がプローブは、温度制御の方法により利用可能な最大冷却速度に制限されているこの方法をスケーリングします。ここで紹介するエリプソメトリー手順については、最速の冷却速度は、τ= 6.66秒の緩和時間に関し、150K /分、です。この時間スケールは、ガラス転移に関連することが十分に遅いが、それは時間が、ポリマー溶融物の粘度に関連するスケーリングことは非常に遅いです。このような時間は、通常、レオロジーまたは誘電分光法によって決定されるスケール、しかし冷却速度が十分に速い場合CR-T gの測定値は、これらの時間スケールを調べることができます。これは、簡単にnanocalorimetryフラッシュDSCを用いて達成することができる。33,34 なぜなら、この技術を高スループットの性質により、それは、試験される材料の多くの異なる種類のを可能にします。このレポートでは、CR-T グラムに焦点を当てているがポリスチレンフィルムの実験は、この同じ方法は、容易に有機電子技術で使用される小有機分子に、長鎖ポリマーのガラス状物質の範囲に適用することができます。限り、膜の完全性を保持するように実験により、温度依存性、平均力学及びもろさの厚さ依存性を決定することができます。

Keddieジョーンズとコーリー1の独創的な研究は、超薄型ポリスチレンフィルムのガラス転移温度（T g）が 60ナノメートルよりも小さい厚さでバルク値に対して減少することを示しました。それ以来、多くの実験的研究2-11 の T gにおいて観察された減少は、これらの膜の自由表面近くで強化された移動性の層によって引き起こされるという仮説を支持しています。しかし、これらの実験は、単一緩和時間の間接的な尺度であるため、議論の空気/ポリマー界面での平均薄膜のダイナミクスとダイナミクスとの間に直接的な相関関係を中心に12〜18が存在します。 この議論に答えるために、多くの研究は、直接、自由表面（τ 面 ）の動態を測定しました。ナノ粒子の埋め込 ​​み、19,20ナノホール緩和、21と蛍光22の研究が示していることを、空気/ポリマー界面の時間速いταのそれよりもはるかに弱い温度依存性を持つバルクアルファ緩和時間（τα）よりも大きさのダイナミクス注文など。理由は、その弱い温度依存性のため、これらの膜のτの表面は 、薄いポリスチレンフィルムの19-22および拡張ダイナミクス、23,24は、上記の数度である単一の点T *に（τα）バルクアルファ緩和と交差しますT gは、と≈1秒のταで。速く*より緩和時間を調べる実験は、超薄型のポリスチレンフィルムの T g上の任意の厚さ依存性を確認するために失敗する理由のT *の存在が説明することができる。13-18最後に、しばらくそれが持っている強化されたモバイル層ショーの直接測定4-8ナノメートルの厚さ、20~22空気/ポリマー界面におけるダイナミクスの伝搬長は、移動面レーの厚さよりもはるかに大きいことを示す証拠がありますR。5,25,26 このレポートでは、完全に速度依存性T G（CR- の T g）実験を冷却するためのエリプソメトリーを使用するためのプロトコルを記述することを目指しています。 CR-T gは、以前にポリスチレンの超薄膜の平均動力学を記述するために使用されてきた。さらに、この技術は、最近、超薄型ポリスチレンフィルムの平均動力学との間の直接的な相関関係を示すために使用された23,24,27,28自由表面で、とダイナミクス。23、蛍光、ナノ粒子埋め込 ​​み、ナノホール緩和、nanocalorimetry、誘電分光法、およびブリルアン光散乱などの測定値の他のタイプよりCR- の T g 測定の利点は、研究では、彼らは比較的迅速であるということですフルオロフォアまたは他の複雑な実験技術を利用しないと簡単な実験。分光エリプソメトリーにおける最近の進歩は、この技術は、効率的に光propertを決定するために使用されることを可能にしますポリマーと卓越した精度でハイブリッド材料の他のタイプの超薄膜の居住。このように、この技術は、ガラス転移（T≤T gを、τα≥100秒）に関連する温度及び時間体制で技術的に適用可能な薄膜の平均ダイナミクスをプローブ。さらに、この技術は、ガラス状の展開係数に関する情報を提供し、夕食は、液体状態の冷却だけでなく、その後のバルクフィルムについてのデータと比較することができるシステムの脆弱性。最後に、CR- T gを実験があれば、フィルムの完全性は、実験を通してのままのような任意のガラス質系に使用することができます。

<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

このレポートでは、完全に速度依存性T G（CR- の T g）実験を冷却するための偏光解析法を用いての実験的手法を説明することを目的とします。これらの測定は、ガラス転移温度を決定することができる単純な高スループット特性評価実験であります （T g）を 、平均ダイナミクス、脆弱性とガラス質材料の様々な過冷却液体およびガラス状態の膨張係数。この技術は、他の方法は、これらの特性の全てを調査するために様々な異なる技術を組み合わせる必要がありながら、これらのパラメータは、1回の実験で測定されることを可能にします。 T gに近いダイナミクスの測定は特に困難です。直接バルクおよび表面緩和ダイナミクスを調べる他の方法に比べて速度依存の T g の測定を冷却する利点は、フルオロフォアまたは他の複雑なEXを利用しない、比較的迅速かつ簡単な実験であるということですperimental技術。さらに、この技術は、ガラス転移（τα&gt; 100秒）に関連する（τα）政権は、平均気温の技術関連薄膜のダイナミクスと緩和時間をプローブします。速度依存性のT gの実験を冷却するための偏光解析法を使用することに制限は、粘度（τのα&lt;&lt; 1秒）の測定に関連する緩和時間を調べることができないことです。他の冷却速度依存性のT gの測定技術は、しかしながら、より速い緩和時間にCR-T gの手法を拡張することができます。さらに、この技術は、長い間、フィルムの完全性は、実験を通してのままのような任意のガラス質系に使用することができます。

フィッティング生エリプソメトリーデータ ポリスチレンフィルムは、エリプソメーター（500-1,600ナノメートル）の波長範囲で透明です。したがって、コーシーモデルは、ポリスチレンフィルムの屈折率を記述するための優れたモデルである。 図1Aは 、ポリスチレンの厚い（274 nm）のフィルム、及びその結果得られるフィット感のためにΨ（λ）とΔ（λ）の一例を示していますコー​​シーモデル<img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/53499/53499eq1.jpg" /> 。 10ナノメートルよりも厚いフィルムの場合、コーシー方程式のAとBの両方のパラメータを正確に屈折率の波長依存性をモデルに適合すべきです。 nは λ、波長の減少関数であるとき、コーシーモデルは物理的である。 図1B は 、nとの常に減少する値で明らかなように、物理インデックスの一例を示しています&lt;em&gt;のK = 0。 10ナノメートルよりも薄いフィルムの場合、光の短い経路長は、コーシーの式でのみ、Aパラメータが適合すべきであることを意味します。これらの非常に薄いフィルムでは、オープンフィットパラメータとしてBを有する Ψ（λ）とΔ（λ）の「フィット」も、非物理的なインデックスにエリプソメトリーフィットを駆動することができる小さな平均は誤差（MSE）を乗ています。このような例を図2に見ることができる。いくつかの材料のためには、コーシーモデルにおける高次の項を適合または正確に光学特性に適合するために、より洗練された光学モデルを使用する必要があるかもしれません。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53499/53499fig1.jpg" /> 図1.物理エリプソメトリーフィット。（A）Ψ（λ）（赤実線）とΔ（λ）ポリスチレンの110 nmの膜の（緑の実線）の例と、その結果フィット（黒破線）。 （B </strオング&gt;）パートAの物理的な指数n（赤線）とフィットによって生成K（青線）の例は、 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53499/53499fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/53499/53499fig2.jpg" /> 図2.非物理的なエリプソメトリーフィット。（A）ポリスチレンの8 nmのフィルム、及びその結果フィット（黒破線）のΨ（λ）（赤実線）とΔ（λ）（緑実線）の例。パートAにフィットによって生成され、（B）非物理的なインデックスn（赤線）とK（青線）の例<a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53499/53499fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> フィッティング冷却速度依存性T </stroNG&gt; グラム実験 温度プロフィール全体の膜厚を嵌合する際には、ポリスチレン膜とSiウエハ基板の両方が展開され、その光学特性は温度によって変化する覚えておくことが重要です。したがって、正確な展開係数を計算するために、Si基板の屈折率は、Siの光学特性の変化を考慮するために、温度依存性のモデルと適合しなければなりません。 Si基板を正確にモデル化されているかどうかを確認する簡単な方法は、フィットのMSEが温度によって大きく変化するかどうかを確認することです。 図3（a）は、そのモデルフィットの温度依存性のために厚さ、温度、およびMSEプロファイルの一例を示しています正しくのSiのインデックス、正しくないフィットは、Siの光学特性の変化を考慮すると、図3Bは、同じプロファイルを示しています基板。 図3Bの MSE値は温度によって大きく異なることに注意してください。 図3Aの MSEの減少は、3秒に1秒の取得時間からの切り替えに起因するものです。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/53499/53499fig3.jpg" /> 図3冷却速度のT gのプロファイル （A）110 nmのポリスチレンフィルム上に単一CR-T gを実験のための典型的な温度、厚さ、およびMSEプロファイルの例正しくSi基板の温度依存性の指標を占め。 （B）が誤ってSi基板の温度に依存する指標を占め同じフィルム上に単一のCR-T gを実験用の典型的な温度、厚さ、およびMSEプロファイルの例。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53499/53499fig3large.jpg" target="_blank">ご覧になるにはこちらをクリックしてください</a>この図の拡大版。 T gを割り当て T gは所定の冷却温度ランププロット対厚さから計算することができる。 図4は、このような曲線の一例を示す図です。 T gは、過冷却液体を冷却すると、平衡から外れ温度として定義されます。これらのエリプソメトリー実験において、T gは線形過冷却液体に適合し、ガラス状のレジームが交差する温度として定義される。それぞれ、赤と青のようにハイライト4にこれらの体制図 。これらの制度は、利用可能な場合に計算された膨張係数は、以前のバルク測定と一致するように選択されるべきです。この方法は、人為的に高または低膨張率につながる可能性が選択プロセスから主観性を排除するであろうS、およびT gを 、したがってあまり正確措置。さらに、膨張係数が膨張係数の大半の値が利用できない場合にガイダンスを提供することができる膜厚と冷却速度の独立していなければなりません。膨張係数は、フィルムの厚さにより2レジームの傾きを割ることにより計算することができます。 T gを決定するためにこの方法を使用して、ポリスチレンの110nmのフィルムのT gは、10 K /分で372±2 Kであることが測定され、そして夕食冷却液体とガラスの膨張係数は5.7×10 -4でありさ±3×10 -5 K -1および1.5×10 -4±3×10 -5以前に決定された値とよく一致し、それぞれK -1 は 、29 の T gの値のエラー、および膨張係数がありますスーパー冷却し、ガラス状の政権のために選択された領域における合理的な変更の結果。 ：キープtogether.withinページ= &quot;1&quot;&gt; <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/53499/53499fig4.jpg" /> 図4 の T g を割り当てる 。10K /分の冷却速度で342キロ/モルPSの110 nmのフィルムの温度対厚さの典型的なプロット。曲線の斜線部分は、過冷却液体（赤）およびT gを割り当てる目的で選択されたガラス状（青）の体制を表します。 T gは、2つの線形フィットが交差する温度として定義されます。この方法を用いて、ポリスチレンの110nmのフィルムのT gは、1K /分で372±2 Kであることが測定され、夕食冷却液体とガラスの膨張係数は5.7×10 -4±3×10であります- 5 K -1および1.5×10 -4±3×10 -5それぞれK -1、。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53499/53499fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> 平均膜ダイナミクスの分析 1 &quot;&gt;：&quot;キープtogether.withinページ= FO」ve_content 冷却速度依存性の T g データは 、平均弛緩時間は100秒に等しいとき、10K /分の冷却速度で、システムが平衡状態から外れることが経験的関係を介してT gで平均弛緩時間に関連させることができますすなわち、冷却速度のxτα、図5（a）のデータにこの関係を適用する1000 24は 、ログ（冷却速度）対1 / T gは（ 図5B）のプロットは、この関係はのためにあるか正確に評価するために使用することができ≈ポリスチレン、およびどれだけのCR-TのG法は、厚膜用バルクダイナミクスを説明します。誘電分光法を経て決定されるように、図5（b）の赤いデータは、ポリスチレンのバルク力学です。16一方、冷却速度のxτα≈1000年RELエーションは純粋に経験的であり、バルクのダイナミクスを決定するために用いた実験手法、あるいは前者がテストされている特定のガラスに基づいて多少変更されることがあり、30,31 図5Bは、ポリスチレンの110 nmのフィルムの冷却速度依存の T g データが一致していることを示していよくこのデータを持ちます。この図はまた、CR-T gは、通常、誘電緩和測定によってアクセスできない低温まで測定の動的範囲を拡張するために使用できることを示しています。また、ログ（CR）対1 / TのGデータの線形フィットの傾きは、ガラス転移の活性化エネルギーと関連しています。この活性化エネルギーは、関係でT gでガラス状の膜の脆性（ メートル ）にも関します。 <img alt="式（2）" src="/files/ftp_upload/53499/53499eq2.jpg" />第二項は、正しいiはデータへのアレニウスフィットfの近似値として使用されます。この方法を用いて、110nmのPSフィルムの脆弱性は、この値は、動的走査熱量測定から文献（150）内のバルクポリスチレンための報告された値とよく一致する162±21であると測定された。32 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/53499/53499fig5.jpg" /> 図5. CR-T gは 実験 を介して、平均膜ダイナミクスの解析 。（A） の T g 対のプロットポリスチレンの110 nmのフィルムのための冷却速度。 （B）同じフィルム（黒丸）のログ（冷却速度）対1000 / T Gのプロット。関係（冷却速度）×τ= 1000で、110 nmのPS上のCR-T gの実験の結果は、nは誘電緩和16を使用して 、PSのバルク力学の直接的尺度と一緒にプロットされていますOさらなる要因（赤い四角）をシフトします。赤い破線はVolgelフルチャータンマン方程式であります<img alt="式3" src="/files/ftp_upload/53499/53499eq3.jpg" />参照16フィットパラメータは= 10 12 0を τしている結果、B = 13,300 Kから誘電緩和データにフィットし、T 0 = 332 Kのブルースターとしてここにプロットされている文献23からT *の値。プロットから、脆弱性はこの値は文献（150）で以前に報告された値とよく一致する162±21であることが測定されている。32 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53499/53499fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>

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

ここでは、ガラス状材料の様々な割合のガラス転移温度（T g）を決定することができ依存エリプソメトリー実験の、平均力学、もろさ及び過冷却液体の膨張係数とガラスを冷却するためのプロトコルを提示します。

薄いガラス質膜のダイナミクスを決定するレート依存エリプソメトリー測定を冷却

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 ビュー.  University of Pennsylvania. ここでは、ガラス状材料の様々な割合のガラス転移温度（T g）を決定することができ依存エリプソメトリー実験の、平均力学、もろさ及び過冷却液体の膨張係数とガラスを冷却するためのプロトコルを提示します。 

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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.

薄層クロマトグラフィー（TLC）分離および植物抽出物のバイオアッセイは、抗菌化合物を同定するために

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

化学

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.

複合酸化物薄膜のエピタキシャル成長のために原子的に定義されたテンプレート

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.

マウス臓器に印加される高精度の亜鉛同位体測定

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.

大面積自立超薄ポリマーフィルムの作製

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.

膜酵素で溶剤ダイナミクスによって誘導される解明エントロピーレートの高速化

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.

NMRによるリアルタイム酵素反応速度測定のための溶解動的核分極計装

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.

リアルタイムでのキトサンフィルム上にペプチドグラフトを監視するためのキャピラリー電気泳動

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.

電気化学インピー ダンス分光電気化学定数推定法のためのツールとして

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.

任意の基板上への共役ポリマー薄膜の反応性蒸着

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.

ソリューション処理「銀ビスマス ヨード」三項薄膜鉛フリー太陽光吸収体の

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