É um prazer para reconhecer o Gabinete do Reitor da Escola de Artes e Ciências e do Gabinete do Reitor da Universidade de Concordia em apoio a esta pesquisa. Os autores agradecem a GA Crosby por suas muitas contribuições para esta investigação.

Preparação 1. Amostra e carregamento por Cryogenic Spectroscopy <ol><li> Prepara ~ 3 ml de uma solução 10 ~ -10 -3 -4 M de luminescentes cromóforo num solvente apropriado. Nota: Embora muitos solventes possam ser utilizados, água e vários solventes alcoólicos (por exemplo, etanol, misturas de etanol / metanol, etileno glicol e glicerol) fornecem uma excelente combinação de solubilidade e características de tensão superficial para o trabalho criogénica. </li><li> Prepara-se uma ansa de amostragem por torção um comprimento de fio de cobre nu ~ 0,4 mm de diâmetro em torno de um prego ou parafuso a dar um único circuito ~ 3 mm de diâmetro, seguido por uma ~ 30 rectilíneos de fio de cobre trançado mm. </li><li> Lavar o circuito de amostra com 95% de etanol para remover os óleos do dedo e outros contaminantes e deixar secar. Para assegurar a limpeza do circuito, lavar primeiro com ácido nítrico, segundo com água destilada, e finalmente com etanol. </li><li> Carregar a solução de amostra no loop de amostra por imersão the laço na solução da amostra (Passo 1.1), deixando a tensão superficial da solução de realizar uma fina película de solução no circuito. </li><li> mergulhar imediatamente o loop de amostra carregado em nitrogênio líquido para congelar e estabilizar a solução da amostra de película fina no circuito tendo o cuidado de usar proteção para os olhos (óculos de segurança) e da protecção da mão (luvas). </li></ol> 2. Termopar Preparação, Alinhamento e Configuração <ol><li> Prepare um cobre-Constantan (Tipo T) termopar de dois comprimentos de fio de diâmetro de cobre desencapado 0,4 milímetros e um comprimento de 0,4 mm de diâmetro constantan não isolada (liga de cobre e níquel) fio através da formação de duas junções de cobre-constantan: uma junção de amostra e um padrão junção de referência (0 ° C mistura de gelo / água). Nota: Embora as junções de prata pode ser soldadas em conjunto, é completamente satisfatória para torcer o cobre e fios constantan em conjunto para formar as junções. <ol><li> Prender o cobre e fios constantan together com alicate de bico em um ângulo de aproximadamente 90 °. Enquanto puxa firmemente sobre os dois fios, confortavelmente trança-los juntos por cinco e seis voltas. </li></ol></li><li> Organizar todos os fios do termopar de modo que não toque em qualquer ponto diferente nas duas junções. Se os fios do termopar são cobertos com um revestimento isolante fina, que poderão entrar em contacto e outras do que as junções de pontos. <ol><li> Ao usar fios de termopares isolados, raspar o isolamento nas extremidades dos fios, onde os cruzamentos e os contatos elétricos com os terminais do voltímetro são formados. Tenha o cuidado de verificar se o material de isolamento dos fios não luminescente. Testar o isolamento do fio termopar como uma fonte potencial de luminescência espúria por colocação de um pequeno pedaço de fio isolado na ansa de amostragem, excitação da amostra com luz de comprimento de onda escolhidos, e à procura de um sinal de emissão quando nenhuma amostra está presente. </li></ol></li><li> Ligar os dois fios de cobre a partir do termopar samPLE e de referência junções aos terminais de entrada de um voltímetro digital de alta impedância 5½ dígitos. </li><li> Coloque tanto a amostra e junções de referência no C banho de água / gelo a 0 ° e zerar o voltímetro. </li><li> Alinhar o circuito de amostra carregada e a junção amostra do termopar no vaso Dewar óptico líquido-cheia de azoto de forma a coincidir com a altura e direcção do feixe de luz de excitação apropriada. Mantenha a junção termopar e o loop de amostra tão próximas quanto possível e, exatamente a mesma altura no Dewar. </li></ol> Apoio 3. mecânicos Geral e Alinhamento de loop de amostra e termopar junção na Dewar Optical <ol><li> Para alinhar e segure o loop de amostra na altura desejada na Dewar óptica, prepare uma pinça de altura ajustável segurando por aposição de um pequeno jacaré elétrica a um x 30 milímetros passador de madeira comprimento de 5 mm de diâmetro. <ol><li> Um furo ligeiramente menor do que 5 mm de diâmetro em uma rolha que se encaixa snuglY na parte superior do vaso Dewar óptico. Fixar a seção de arame trançado do loop de amostra no clipe jacaré, em seguida, deslize o pino para cima ou para baixo na cortiça para alcançar a altura de amostra desejada na Dewar. </li></ol></li><li> Para alinhar e segurar a junção do termopar na altura desejada na Dewar óptico, use outro de 5 mm passador de madeira de diâmetro. Alinhar a junção do termopar de modo que sobressai 10-20 mm abaixo da parte inferior da cavilha. Alinhe o cobre e fios constantan em lados opostos da cavilha e embrulhe com politetrafluoretileno (PTFE) de fita de encanador 12,5 mm de largura, para manter esses fios firmemente no lugar. </li><li> Bore outro furo ligeiramente menor do que 5 mm de diâmetro para a rolha no topo do vaso Dewar para acomodar esta segunda cavilha e permitir o ajuste da altura vertical da junção de termopar perto da ansa de amostragem. </li><li> Bore um terceiro pequeno furo na rolha no topo do vaso Dewar para servir como um gás de azoto ferver orifício de ventilação. </li></ol><pclass = &quot;jove_title&quot;&gt; 4. Espectroscopia criogênico dependente da temperatura na Dewar Optical <ol><li> Ligue todos os aparelhos eletrônicos no espectrógrafo CCD pelo menos 1 hora de antecedência para permitir que os componentes eletrônicos para aquecer e a câmera CCD Peltier-arrefecida até atingir uma temperatura de operação estável. </li><li> Após o período de aquecimento é longo, comprimento de onda calibrar o espectrógrafo CCD contra uma série conhecida linhas de emissão atômica ou bandas. Medir o espectro de uma lâmpada de emissão atômica de baixa pressão emissor de bandas de comprimentos de onda conhecidos e número de pixéis CCD correlatos ativados pelas bandas com os comprimentos de onda da banda conhecidos. Nota: Na maioria dos espectrógrafos CCD modernas, incluindo o espectrógrafo CCD Andor utilizado nesta pesquisa, o processo de calibração de comprimento de onda é automatizado no software. <ol><li> Intensidade calibrar o espectrógrafo por comparação da medida do espectro de uma lâmpada de quartzo-halogénio operando a 3200 K para o perfil espectral conhecida da lâmpada, o que se aproxima de um bla 3200 Kcorpo ck. </li></ol></li><li> Pré-alinhar as excitação e emissão óptica para garantir que a luz de excitação está a atingir a amostra no circuito e a luz emitida a partir da amostra está a ser recolhida e afectou a fenda de entrada do espectógrafo-CCD. Nota: Este é um processo mecânico em duas fases. O primeiro passo é um alinhamento grosseiro inicial da óptica para obter a luz emitida para a fenda de entrada do espectrógrafo de tal modo que um sinal de luminescência é detectada pelo CCD. A segunda etapa consiste de uma optimização cuidada da intensidade do sinal de luminescência da amostra por ajustes sistemáticos das posições do feixe de luz excitante, Dewar, a própria amostra no circuito, e a recolha das emissões elementos ópticos. </li><li> Uma vez que o sistema óptico estão alinhados e optimizada, conforme descrito em 4.3, medir um espectro de luminescência de referência 77 K de azoto líquido da amostra. Para este espectro, assegurar que a amostra de película fina congelada no circuito de fio de cobre, o thermocouple adjacente à linha de assinante, o Dewar, o feixe de excitação, e as ópticas de recolha de emissões são todos nas suas posições finais optimizadas e a amostra é completamente coberto com azoto líquido. </li><li> Configurar a junção de referência do termopar em um passador de madeira com os fios envoltos em fita de PTFE, assim como a junção da amostra é. Isso protege a junção de referência e impede o contato do fio indesejável. </li><li> Verificar que a 0 ° C junção de termopar de referência é imerso num granizado de gelo-água. Verifique o nível de gelo na junção de referência com freqüência. Defina-se a junção de referência em um pequeno, laboratório de boca larga de Dewar para reduzir a taxa na qual o gelo derrete. </li><li> Verifique a tensão do par termoeléctrico medido a 77 K contra a tensão literatura a 77 K coletados para um tipo T cobre-Constantan termopar. As duas tensões de termopares deve ser muito próximo acordo. Fazer correções apropriadas para a pressão (por exemplo, usando o Clausius-Clapeyron equação), se a pressão atmosférica é inferior a 1 atm. </li><li> Permitir que o nitrogênio líquido para ferver lentamente. Nota: A temperatura da amostra aumenta lentamente (ao longo de um período de várias horas), como a distância h entre o nível do azoto líquido aumenta lentamente como consequência da fervura azoto líquido amostra e fora. O voltímetro digital responde a este aumento de temperatura, proporcionando uma medição precisa da temperatura desde a junção amostra termopar está totalmente imerso em vapor de nitrogênio frio. </li><li> Momentaneamente activar ou desbloquear a luz de excitação e utilizar o espectrógrafo CCD para adquirir um espectro de luminescência usando o protocolo do fabricante. O processo de aquisição de dados espectral deve ser otimizado para que ele leva apenas alguns segundos. <ol><li> Desligue ou re-obstruir a luz de excitação da mesma maneira que logo que o processo de aquisição de dados termina para minimizar os erros que surgem a partir da amostra de excitação fotoquímica-induzida pela luz indesejada e / ou excitação da luzaquecimento da amostra induzida. </li><li> Grave a tensão do par termoeléctrico no início e no fim do intervalo de aquisição de dados espectrais. A voltagem do termopar não deve mudar significativamente (isto é, a mudança de temperatura associado Δ T dentro 0,0-0,1 K) durante o intervalo de tempo muito curto (~ 1-10 segundos) durante o qual os dados espectrais são adquiridos a uma dada temperatura. Converter leituras de tensão a temperaturas referenciando uma temperatura Tipo T cobre-Constantan vs. mesa de tensão. </li></ol></li><li> Permitir que o azoto líquido ferver off para continuar, e medir um outro espectro, quando a temperatura da amostra aumentou em ~ 5 K. Não faça alterações na óptica, eletrônicos ou luz de excitação intensidade durante o curso dessas medidas espectrais dependentes da temperatura. Nota: Dependendo da qualidade óptica do vaso Dewar, este processo de aquecer leva de 5 a 15 min por ~ 5 K intervalo. </li><li> Intensidade-corrigir os dados espectrais CCD conjuntos subtraindo fora doescuras intensidades de quadro (ou seja, a intensidade espectral gravado pelo CCD quando a fenda de entrada é bloqueada), e representando a resposta espectral dependente do comprimento de onda. Subtrair o nível escuro contagem de intensidade de linha de base de contagem a partir de cada espectro da amostra. <ol><li> Correta para o comprimento de onda de resposta espectral dependente medindo a intensidade de um padrão de intensidade conhecida, tal como uma lâmpada padrão halogénio 3200 K tungsténio, e utilizando o rácio da intensidade conhecida para a intensidade medida para corrigir a intensidade medida da amostra em cada Comprimento de onda. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

O desenvolvimento deste aparelho para baixo espectroscopia de luminescência temperatura surgiu da necessidade. Foi importante que as soluções contendo o cromóforo de interesse e também supersaturada com oxigénio poderia ser carregado, congelado, e posicionado por espectroscopia de tudo em um instante em um design Dewar / criostato em que a temperatura da amostra foi bem definida e estável, e lentamente variável. Praticamente todos os sistemas criogénicos comerciais levar muito mais tempo para carregar com a amostra do que essas restrições experimentais permitiria. Foi também importante ter um pequeno, portátil Dewar / criostato para permitir o carregamento da amostra facile / congelamento no laboratório de química no andar de cima, seguido por transporte escadas para o laboratório de espectroscopia. A técnica pode ser aplicado a praticamente qualquer sistema para o qual são necessárias medições de luminescência de baixa temperatura. Embora a técnica descrita é para as soluções de amostras que são líquidos à temperatura ambiente, mas também pode ser estendido para as amostras que são sólidosà TA. As amostras sólidas pode ser ligado ao circuito de amostra, quer por cola ou por meios mecânicos. Existem três vantagens a serem obtidas, permitindo que a fervura naturais fora do azoto líquido no vaso Dewar / criostato mudar lentamente a temperatura da amostra: (a) o equilíbrio térmico da amostra é mantida durante todo o intervalo de temperatura de interesse; (B) para um processo de aquisição de dados espectral que demora apenas alguns segundos, a temperatura da amostra é praticamente constante; e (c) o tempo de aquisição de dados de luminescência extremamente curto (e, assim, o tempo extremamente curto a amostra precisa ser animado) minimiza as chances de incorrer fotoquímica indesejada induzida excitação-light-amostra e / ou aquecimento da amostra. Antes da amostra de carga, o voltímetro digital deve ser colocado em zero, colocando ambas as amostras e termopar junções de referência em uma temperatura de 0 ° C = 273,15 K banho de água / gelo ou, em alternativa, em 77 K de azoto líquido. Para l quantitativauminescence medições de intensidade, a fonte de excitação (laser ou lâmpada de arco) deve ser bem aquecido e estável na saída. O refrigerador Peltier CCD também deve estar ligado com antecedência de medições (pelo menos 1-2 horas) para garantir o funcionamento estável do detector CCD. Para medições precisas de temperatura, deve ser tomado cuidado para posicionar o circuito de amostra e a amostra de junção de termopar exactamente à mesma altura h acima do nível de azoto líquido no vaso Dewar. Uma experiência é efectuada começando com o nível de azoto líquido acima do nível da amostra. Nenhuma azoto mais líquido é adicionado ao vaso Dewar durante a experiência. No aparelho descrito, o azoto líquido é mantido à pressão atmosférica. Depois de o nível de azoto líquido ter caído abaixo do nível da amostra, a amostra se aquece a uma velocidade de ≈ 0,5-1 K / min. Spectra são adquiridos em 1-3 seg a ≈ 5 intervalos K. Pequenas alterações na taxa de aquecimento são induzidos por alterações no laboratórioumidade e temperatura. É importante garantir uma montagem rígida do vaso Dewar, amostra, e termopar ao longo da experiência, desde o mais ligeiro movimento irá dar origem a uma medida da intensidade da luminescência ou da temperatura mudança indesejável. O Dewar é montado de modo que o posicionamento XYZ pode ser realizado com componentes mesa óptica ajustáveis. Para o trabalho de alta precisão, o Dewar pode ser montado sobre uma fase óptica XYZ e a amostra pode ser montado num goniómetro no Dewar. Nos dias de humidade elevada, também cuidados devem ser tomados para assegurar que a região opticamente acessíveis do Dewar óptica não é obscurecida por uma película fina de condensação uma vez que este irá diminuir a intensidade luminescente foi medida ao longo do tempo. Este problema pode ser corrigido através dispensando uma pequena corrente de azoto seco, gases através das regiões opticamente transparentes do Dewar. Indiscutivelmente, o design do Dewar / criostato como descrito poderia ser criticado por nãocolocando a junção do termopar de baixa temperatura em contato físico direto com a amostra no loop. Um projeto direto contato termopar está agora em fase de desenvolvimento. No entanto, o posicionamento da junção termopar e loop de amostra à mesma altura acima do nível de nitrogênio líquido no Dewar / criostato muito próximo é projetado para manter a facilidade de carregamento de amostras ao mesmo tempo cumprindo a Lei Zero de condições Termodinâmica para medição de temperatura precisa: amostra em T é a temperatura em equilíbrio térmico com o vapor de azoto à temperatura T, que está em equilíbrio térmico com a junção de termopar também à temperatura T. Monitorando a laser / arco intensidade da lâmpada de excitação durante todo o experimento ao invés de assumir intensidade constante também seria uma desejável melhoria no protocolo. Da mesma forma, a sensibilidade do detector CCD pode ser verificada ao longo da experiência em relação a uma lâmpada padrão de intensidade constante conhecido.

No domínio da temperatura criogênica, investigações dependentes da temperatura dos espectros de luminescência e luminescência vidas eletrônicas de moléculas emissores de luz fornecer uma riqueza de informações sobre os estados eletrônicos excitados destas moléculas e os fenômenos fotoquímicas e fotofísicas que surgem a partir desses estados. As investigações pioneiras dependentes da temperatura fotofísicas de Crosby e co-trabalhadores sobre ruténio (II), ródio (I), e ródio (III), complexos de 1,10-fenantrolina, 2,2&#39;-bipiridina, e outros ligandos ilustram bem o poder inerente da espectroscopia dependente da temperatura para explicar as estruturas, simetrias e energias comportamentos químicas de um colector de estados eletrônicos excitados emissivo. 1-6 No entanto, para fazer espectroscopia criogênico dependente da temperatura também não é uma questão trivial. É muito fácil para a amostra sob interrogatório espectroscópica não ser termicamente equ<html> ilibrated e, portanto, manifestar uma larga gama de temperaturas através de um gradiente térmico. O espectro medido resultante é, com efeito, uma superposição de emissões ao longo de um intervalo de temperaturas. Além disso, mesmo que a temperatura média ao longo desta gama de temperaturas pode ser bastante diferente da leitura da sonda de temperatura (por exemplo, um termopar ou temperatura de resistência do dispositivo) colocado sobre ou perto da amostra. Assim, para fazer espectroscopia criogênico dependente da temperatura requer corretamente o estabelecimento de condições experimentais em que a temperatura da amostra é conhecida, estável, uniforme, e, quando chegar a hora, ajustável. Estas condições podem ser alcançadas com o aparelho extremamente modesta composta de um espectrógrafo CCD, fonte de excitação, Dewar óptico, e termopar operando sob protocolos experimentais simples e directa (ver Figura 1). &quot;Src =&quot; / files / ftp_upload / 54267 / 54267fig1.jpg &quot;/&gt; . Figura 1. Configuração de luminescência Spectrograph para Espectroscopia Baixa Temperatura O sistema, conforme mostrado neste vista de cima inclui: (a.) Detectores CCD, (b.) Espectrógrafo, (c). Fenda de entrada e filtros, (d). Óptica de coleta de luminescência , (e.) a laser ou jato fonte de luz de excitação, (f.) feixe de excitação, (g.) a fusão com o sílica Dewar óptica em tradução xyz montagem, (h.) de junção amostra termopar, (i.) de amostra, (j .) junção de referência do termopar:. 0 ° C = 273,15 banho de água / K gelo, (k) voltímetro digital. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig1large.jpg" target="_blank">por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> gradientes térmicos indesejáveis ​​na amostra e temperaturas amostra média erradas são quase certeza de resultar se um lado de uma amostra é colocada em contacto físico com um criogénica &quot;dedo frio&quot; a superfície enquanto o outro lado da amostraé em vácuo. A maneira mais prática para assegurar que a amostra completa é a temperatura uniforme mensurável T é para imergir totalmente a amostra e a sonda de temperatura em um líquido criogénico a uma temperatura T (por exemplo, azoto líquido ou hélio líquido) ou de um vapor criogénico a uma temperatura T (por exemplo, nitrogênio frio ou vapor de hélio frio). Criostatos com temperatura variável alcançar um ambiente de temperatura constante da amostra através de um equilíbrio de fluxo de fluido criogénico com aquecimento de resistência eléctrica de atingir a temperatura da amostra criogénico desejado. 7-9 Um gás de permuta térmica pode ser empregue para assegurar que a temperatura da amostra é uniforme. A ideia é que a amostra em equilíbrio térmico com o gás de troca que por sua vez se encontra em equilíbrio térmico com o criostato. Modelos de criostato surgiram que atingir o equilíbrio térmico da amostra a diferentes temperaturas, simplesmente, ajustando a altura da amostra h acima do nível do líquido docryogen em um armazenamento de Dewar. 10 As amostras estão animado e luminescência é detectada por meio de cabos de fibra óptica ou sistemas de lentes. Numa amostra dada / sonda altura h, a temperatura do vapor criogénio é T (h) e esta temperatura aumenta à medida que h aumenta (ou seja, o Dewar proporciona um suave gradiente térmico dT / DH&gt; 0 no vapor). O gás fluido criogénico acima do líquido no efeito torna-se a troca gasosa. Posicionamento de uma sonda pequena amostra e a temperatura em H assegura o equilíbrio térmico da amostra em T (h). Para aumentar a temperatura da amostra, h é aumentada. Para diminuir a temperatura da amostra, h é diminuída. O limite de temperatura baixa de uma tal criostato é a temperatura do líquido criogénico em H = 0. Este limite de temperatura baixa pode ser reduzida ainda mais através da redução da pressão. Em um grande armazenamento de Dewar (por exemplo, um 100-G líquido hélio Dewar ou um 10 L de Dewar de azoto líquido), o criogénio de evaporações rate é desprezável durante o período de tempo de uma série de medições espectroscópicas, permitindo assim um ajuste em altura da amostra h acima do líquido criogénico a tornar-se um ajustamento conhecido na temperatura da amostra. espectroscópicos investigações neste laboratório da dependência da temperatura de têmpera induzida por oxigénio da luminescência a partir de complexos de metais de transição conduzido para a adaptação de uma pequena de sílica fundida Dewar óptico para investigações espectroscópicas de temperatura variável com azoto líquido na gama de 77-300 K (ver Figura 2). <img alt="Figura 2" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig2.jpg" /> Figura 2. Configuração Fused Silica Optical Dewar de temperatura variável (77-300 K) criogênico luminescência Spectroscopy. Este diagrama da Dewar óptica ilustra o sistema de temperatura variável completa. (A.) De azoto líquido, (b.) TRansparent (4,0 cm) região de acesso óptico unsilvered de Dewar, (c.) loop de amostra cobre, (d.) junção do termopar, (e.) região prateado de Dewar, (f.) jacaré, (g.) de madeira passador, (h.) A distância entre o nível de azoto líquido, de exemplo, (i.) região evacuados entre as paredes Dewar internas e externas, (j.) rolha de cortiça, (k.) buraco de azoto gás de exaustão, (l.) fios de termopares, (m fios de termopares.) separados e garantidos para passador de madeira com fita PTFE. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig2large.jpg" target="_blank">por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> sílica fundida é não-emissiva e proporciona uma elevada transmissão óptica do ultravioleta próximo, através do visível, e para fora para o infravermelho próximo (~ 200-2.000 nm). Os conceitos básicos operacionais no grande sistema de armazenamento Dewar descrito anteriormente 10, onde a altura da amostra acima do líquido criogénico determina a temperatura da amostra, foram realizadas com sucesso ao longo de umpequena escala utilizando este pequeno Dewar óptica. No entanto, em vez de se ajustar mecanicamente a altura h da amostra acima de um nível de líquido criogénico fixa para ajustar a temperatura da amostra T, a posição da amostra em relação ao próprio vaso Dewar é fixo (Figura 2). A fervura lenta fora do azoto líquido no vaso Dewar óptica ao longo de um período de várias horas aumenta gradualmente a distância h do exemplo acima a queda do nível de azoto líquido (Figura 3). <img alt="Figura 3" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig3.jpg" /> Figura 3. Feche acima da Região Amostra de Optical Dewar. Temperaturas: amostra imersa em nitrogênio líquido para o nível h 0, para dar T 0 = 77 K; amostra imersa em nitrogênio frio em níveis h 1 &lt;h 2 &lt;h 3 &lt;/ sub&gt; acima do nível de nitrogênio líquido para dar temperaturas da amostra T 1 &lt;T 2 &lt;T 3. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> Isto permite um aumento lento e controlado na temperatura da amostra ao longo do tempo (até várias horas), mantendo tanto a amostra e a sonda de temperatura, uma junção de termopar de cobre-Constantan, em equilíbrio térmico com o vapor de azoto frio. O espectro de luminescência abrangendo as regiões visível e do infravermelho próximo são adquiridos em apenas alguns milissegundos por espectro (ou centenas de espectros por segundo) com um espectrógrafo de luminescência equipado CCD durante o qual a temperatura da amostra é praticamente constante (AT &lt;0,1 K) como cada espectral conjunto de dados é adquirido. tempos de espera típicas entre os espectros a temperaturas ~ 5 K apart são ~ 5-15 min. MoreoVer, os efeitos do aquecimento da amostra ou degradação fotoquímica da amostra pela luz de excitação são minimizados uma vez que a luz de excitação só é permitido atingir a amostra de alguns segundos por espectro. No interesse da simplicidade, portabilidade e rapidez de carregamento da amostra, cabos de fibra óptica não são empregados. As amostras são excitadas directamente ou com a banda 365 nm a partir de uma lâmpada de mercúrio de arco ou a linha 405 nm de um laser de diodo. A luz emitida a partir das amostras é recolhido directamente a partir do emissor de amostra no vaso Dewar por uma lente de recolha e colide sobre a fenda de entrada do espectógrafo por uma lente de focagem. Amostras dos complexos de rutênio e ródio sob investigação são preparados para o estudo espectroscópico como filmes finos de ~ 10 -3 -10 -4 M soluto em soluções saturadas de oxigênio. As soluções são realizadas pela tensão superficial em loops de fio de cobre pequenas (~ 3 mm de diâmetro laço formado fora de 0,0150 in. De diâmetro. Fio de cobre). A altura da junção de termopar é então adjusted por isso, é igual à altura da amostra (h = h termopar da amostra) e em estreita proximidade com o circuito de amostra, como mostrado nas Figuras 2 e 3. As temperaturas são determinadas através da medição da diferença de tensão entre a junção amostra termopar e uma junção de referência C água / gelo termopar 0 ° usando um voltímetro digital de alta impedância e comparando a uma temperatura vs. tabela de tensão para um tipo T cobre / Constantan termopar. As soluções de amostra de película fina capturados nas alças de fio são rapidamente congelados por imersão rápida em azoto líquido no vaso Dewar óptico. Em seguida, as soluções congeladas são deixada a aquecer-se gradualmente ao longo do tempo, mantendo-se congeladas, enquanto os espectros de luminescência são medidos como uma função da temperatura. A intensidade da luminescência em função dos dados de temperatura são analisados ​​de acordo com o seguinte modelo. A intensidade total da luminescência da amostra à temperatura &lt;em&gt; T é dado como a soma das intensidades resultantes das complexos oxigenados e não oxigenado: <img alt="equação 2" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq2.jpg" /> . (1) A intensidade da luminescência dos complexos sem oxigénio é assumida para ser independente da temperatura. No entanto, a intensidade da luminescência dos complexos oxigenados vai diminuir exponencialmente com o aumento da temperatura devido à têmpera oxigénio. Isto pode ser descrito por uma equação de Arrhenius do formulário <img alt="equação 3" fo:vertical-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq3.jpg" /> . (2) Na equação (2), E a é a energia de activação de têmpera e k é a constante de Boltzmann. A intensidade da luminescência máxima será observado na região de baixa temperatura (ver Figura 5), em que t<html> aqui é insuficiente energia térmica para superar a barreira de activao de têmpera (isto é, a transferência de energia a partir do complexo de oxigénio). Se a equação (2) é substituído na Equação (1), a expressão <img alt="equação 5" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq5.jpg" /> (3) é obtido. Na equação (3), <img alt="equação 6" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq6.jpg" /> é a intensidade resultante de complexos oxigenados na região de baixa temperatura. Rearranjo da equação (3) os rendimentos <img alt="equação 7" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq7.jpg" /> . (4) Tomando o logaritmo natural de ambos os lados da equação (4) dá a expressão 7eq8.jpg &quot;/&gt;. (5) A partir da Equação (5), é evidente que um lote de <img alt="equação 9" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq9.jpg" /> versus <img alt="equação 10" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq10.jpg" /> vai dar uma linha reta com <img alt="equação 11" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq11.jpg" /> , A partir do qual a energia de activação de têmpera luminescência é obtido na forma de <img alt="equação 12" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq12.jpg" /> . (6)

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="819">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Diode laser 405 nm</td>
			<td style="width:189px;">Generic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:295px;">Generic pencil-type laser pointer for luminescence excitation: 5 mW at 405 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Quartz optical dewar</td>
			<td style="width:189px;">Custom fabrication</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>3.5 cm id. X 25.0 cm length with 4.5 cm unsilvered region for optical access</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Programmable 5 1/2 digit DMM</td>
			<td style="width:189px;">Keithley</td>
			<td style="width:119px;">Model 192</td>
			<td>High impedence DMM for reading thermocouple voltages</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Copper thermocouple wire</td>
			<td style="width:189px;">Omega Engineering</td>
			<td style="width:119px;">SPCP-010</td>
			<td>0.010 in. diameter bare copper thermocouple wire</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Constantan thermocouple wire</td>
			<td style="width:189px;">Omega Engineering</td>
			<td style="width:119px;">SPCC-010</td>
			<td>0.010 in. diameter bare Constantan (copper/nickel) thermocouple wire</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Polychromator/Spectrograph</td>
			<td style="width:189px;">Jarrell-Ash</td>
			<td style="width:119px;">82-415</td>
			<td>0.25 m Ebert monochromator with back slit assembly removed to enable operation as a polychromator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">CCD camera</td>
			<td style="width:189px;">Andor</td>
			<td style="width:119px;">DV-401-UV</td>
			<td>Thermoelectrically cooled (-35 C) CCD camera for detecting emitted light</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Copper wire for sample loop</td>
			<td style="width:189px;">Generic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>0.0150 in. diameter bare copper wire for sample loop</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a simple dewar/cryostat for thermally equilibrating samples at known temperatures for accurate cryogenic luminescence measurements

O desenho e operação de um aparelho simples nitrogênio líquido Dewar / criostato com base em uma pequena sílica fundida Dewar óptico, um conjunto termopar e um espectrógrafo CCD são descritos. Os experimentos para o qual este Dewar / criostato é projetado requer o carregamento rápido de exemplo, o congelamento da amostra rápida, um alinhamento rápido da amostra, as temperaturas de amostra precisos e estáveis, e pequeno tamanho e portabilidade da unidade criogénico Dewar / criostato. Quando combinado com as taxas de aquisição rápida de dados do espectrógrafo CCD, este Dewar / criostato é capaz de suportar as medições espectroscópicas luminescência criogênicos em amostras luminescentes para uma série de temperaturas conhecidos, estável na faixa de 77-300 K. Um estudo em função da temperatura de têmpera de oxigénio de luminescência num complexo de metal de transição de ródio (III) é apresentado como um exemplo do tipo de investigação possível com este Dewar / criostato. No contexto do presente aparelho, uma temperatura estável para o SPECTROS criogénicossignifica cópia de uma amostra luminescente que é termicamente equilibrada com qualquer azoto líquido ou de azoto gasoso a uma temperatura mensurável conhecido que não varia (AT &lt;0,1 K) durante a escala de tempo curto (~ 1-10 seg) da medição espectroscópica pelo CCD . O Dewar / criostato funciona aproveitando-se o gradiente térmico positivo dT / DH que se desenvolve acima do nível do azoto líquido no vaso Dewar, onde h é a altura da amostra acima do nível de azoto líquido. A evaporação lenta dos resultados de nitrogênio líquido em um aumento lento no h ao longo de várias horas e uma consequente aumento lento na temperatura da amostra T ao longo deste período de tempo. Um espectro de luminescência rapidamente adquiriu eficazmente pega a amostra a uma temperatura constante, termicamente equilibrada.

Os resultados representativos obtidos no aparelho acima descrito para um estudo de luminescência de têmpera dependente da temperatura na região de 77-200 K do composto luminescente de Tris (4,7-dimetil-1,10-fenantrolina) de ródio (III), [Rh (4 , 7-Me 2 -1,10-fen) 3] 3+, dissolvido em glicerol saturado de oxigénio estão listados na Tabela 1 e representados graficamente nas Figuras 4, 5 e 7. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Temperatura (K) </td><td> Temperatura Recíproca (1 / K) </td><td><img alt="equação 15" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq15.jpg" /></td></tr><tr><td> 163,02 </td><td> 0.006134 </td><td> -4,491 </td></tr><tr><td> 171,69 </td><td> 0.005824 </td><td> -3,216 </td></tr><tr><td> 177,30 </td><td> 0.005640 </td><td> -2,529 </td></tr><tr><td> 183,46 </td><td> 0.005451 </td><td> -1,922 </td></tr><tr><td> 187,15 </td><td> 0.005343 </td><td> -1,421 </td></tr><tr><td> 190,80 </td><td> 0.005241 </td><td> -1,056 </td></tr><tr><td> 194,39 </td><td> 0.005144 </td><td> -0,663 </td></tr><tr><td> 197.94 </td><td> 0.005052 </td><td> -0,394 </td></tr></tbody></table> Tabela 1. Extensão da Têmpera vs. recíproco Kelvin de temperatura para [Rh (4,7-Me 2 -1,10-fen) 3] 3+ na Congelado glicerol Glass. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig4.jpg" /> Figura 4. O espectro de luminescência do complexo [Rh (4,7-Me 2 -1,10-fen) &lt;/ strong&gt; 3] 3+ como uma função da temperatura. (a.) marrom = 118 K, (b.) verde = 171 K, (c.) roxo = 185 K, (d.) turquesa = 194 K, ( e.) de laranja = 198 K, (f.) cinzento = 203 K, (g.) marrom = 227 K, (h.) blue = 234 K. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig4large.jpg" target="_blank">por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig5.jpg" /> Figura 5. O pico de luminescência Intensidades como uma função da temperatura para [Rh (4,7-Me 2 -1,10-fen) 3] 3+. Subconjunto de dados luminescência analisados ​​para o cálculo da energia de activação é embalado em vermelho. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig5large.jpg" target="_blank">Pl</a>facilitar clique aqui para ver uma versão maior desta figura. A estrutura deste complexo é mostrado na Figura 6. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig6.jpg" /> Figura 6. Estrutura molecular de luminescentes t ris (4,7-dimetil-1,10-fenantrolina) de ródio (III), [Rh (4,7-Me 2 -1,10-fen) 3] 3+. Me = metilo, phen = fenantrolina, números referem-se a posições de substituintes metilo em anéis fenantrolina (mostrado como segmentos de linha). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig6large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> Tabela 1 e nas Figuras 4 e 5, a intensidade de luminescência permanece essencialmente constante, de 77 K a 175 K, em seguida, diminui progressivamente à medida que a temperatura aumenta de 175 K a 240 K. A partir da Equação (5), uma parcela de <img alt="equação 13" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq13.jpg" /> , Um parâmetro que representa o grau de têmpera, versus a temperatura em Kelvin recíproco (1 / T) produz uma linha recta (R2 = 0,9988), a partir do qual uma energia de activação de extinção de luminescência de oxigénio de 31,5 kJ / mol, calculado para este complexo no glicerol solvente (ver Figura 7). <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig7.jpg" /> Figura 7. Arrhenius Plot (R 2 = 0,998) do logaritmo natural da extensão do Quenching vs. recíproco Kelvin de temperatura. A amostra luminescente é oxigenado ~ 10 -4 M [Rh (4,7-Me 2 -1,10-fen) 3] 3+ (Rh = ródio, Me = metilo, phen = fenantrolina) , o solvente é o glicerol, e a luminescência têmpera energia de activação e &#39;um tal como calculada a partir do lote é de 31,5 kJ / mol; = 0,9988. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig7large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> Na Tabela 2, e A valores para vários outros complexos relacionados, tal como obtido por este método, são listados. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Composto </td><td> E um (kJ / mol) </td><td> R2 </td></tr><tr><td> [Rh (5,6-Me2 -phen) 3] 3+ </td><td> 31.20 </td><td> 0,9922 </td></tr><tr><td> [Rh (4,7-Me 2 -phen) 3] 3+ </td><td> 31.50 </td><td> 0.9980 </td></tr><tr><td> [Rh (3,4,7,8-Me 4 -phen) 3] 3+ </td><td> 30.60 </td><td> 0,9907 </td></tr><tr><td> [Ru (2,2&#39;-bipiridil) 3] 2+ </td><td> 15,27 </td><td> 0,9955 </td></tr></tbody></table> Tabela 2. luminescência Têmpera de ativação Energias de oxigênio e valores para Rh (III) e Ru (II) Complexos em glicerol. Enquanto para o melhor do conhecimento dos autores não existem outros dados para comparar diretamente com esses resultados, a conformação dos dados experimentais com a equação (5), e um para o outro para moléculas relacionadas, fornece evidenc internamente consistente fortee que o aparelho e procedimento produzir temperaturas de amostra precisos, termicamente equilibrada que podem ser analisadas com sucesso. Esta evidência, tomada em conjunto com a evidência de calibração térmica directa no aparelho, indica que a temperatura da amostra é conhecida e constante em toda a amostra, enquanto os espectros de luminescência estão a ser adquiridos.

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A Simple Dewar/Cryostat for Thermally Equilibrating Samples at Known Temperatures for Accurate Cryogenic Luminescence Measurements

A simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus comprised of a small fused silica optical Dewar, a thermocouple, and a charge-coupled device (CCD) spectrograph are described. The experiments for which this Dewar/cryostat is designed require fast sample loading, freezing, and alignment, accurate and stable sample temperatures, and small size/portability.

Um simples Dewar / Cryostat para amostras termicamente equilibrar a temperaturas conhecidas para medições de luminescência criogénicos precisos

The design and operation of a simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus based upon a small fused silica optical Dewar, a thermocouple assembly, and ...

a-simple-dewarcryostat-for-thermally-equilibrating-samples-at-known

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K visualizações.  Concordia University. A simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus comprised of a small fused silica optical Dewar, a thermocouple, and a charge-coupled device (CCD) spectrograph are described. The experiments for which this Dewar/cryostat is designed require fast sample loading, freezing, and alignment, accurate and stable sample temperatures, and small size/portability.

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Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

The physical properties of a material are defined by its electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;) and momentum (k) and the probability to find them in a particular state with given &omega; and k is described by the spectral function A(k, &omega;). This function can be directly measured in an experiment based on the well-known photoelectric effect, for the explanation of which Albert Einstein received the Nobel Prize back in 1921. In the photoelectric effect the light shone on a surface ejects electrons from the material. According to Einstein, energy conservation allows one to determine the energy of an electron inside the sample, provided the energy of the light photon and kinetic energy of the outgoing photoelectron are known. Momentum conservation makes it also possible to estimate k relating it to the momentum of the photoelectron by measuring the angle at which the photoelectron left the surface. The modern version of this technique is called Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy (ARPES) and exploits both conservation laws in order to determine the electronic structure, i.e. energy and momentum of electrons inside the solid. In order to resolve the details crucial for understanding the topical problems of condensed matter physics, three quantities need to be minimized: uncertainty* in photon energy, uncertainty in kinetic energy of photoelectrons and temperature of the sample.
In our approach we combine three recent achievements in the field of synchrotron radiation, surface science and cryogenics. We use synchrotron radiation with tunable photon energy contributing an uncertainty of the order of 1 meV, an electron energy analyzer which detects the kinetic energies with a precision of the order of 1 meV and a He3 cryostat which allows us to keep the temperature of the sample below 1 K. We discuss the exemplary results obtained on single crystals of Sr2RuO4 and some other materials. The electronic structure of this material can be determined with an unprecedented clarity.

The overall goal of this method is to determine the low-energy electronic structure of solids at ultra-low temperatures using Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy with synchrotron radiation.

Ângulo resolvido espectroscopia de fotoelétrons em ultra-baixas temperaturas

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

Engenharia

Concurrent Quantitative Conductivity and Mechanical Properties Measurements of Organic Photovoltaic Materials using AFM

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. Thus, understanding of spatial variations in composition as well as electrical properties of OPV materials is of paramount importance for moving PV technology forward.1,2 In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution. Currently, materials properties measurements performed using commercially available AFM-based techniques (PeakForce, conductive AFM) generally provide only qualitative information. The values for resistance as well as Young's modulus measured using our method on the prototypical ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM system correspond well with literature data. The P3HT:PC61BM blend separates onto PC61BM-rich and P3HT-rich domains. Mechanical properties of PC61BM-rich and P3HT-rich domains are different, which allows for domain attribution on the surface of the film. Importantly, combining mechanical and electrical data allows for correlation of the domain structure on the surface of the film with electrical properties variation measured through the thickness of the film.

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution.

Condutividade quantitativa concorrente e Medidas mecânicas de materiais fotovoltaicos orgânicos utilizando AFM

Organic photovoltaic  (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale  inhomogeneity of OPV materials affects performance ...

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

Síntese e microdiffraction a pressões e temperaturas extremas

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Convergent Polishing: A Simple, Rapid, Full Aperture Polishing Process of High Quality Optical Flats &amp; Spheres

Convergent Polishing is a novel polishing system and method for finishing flat and spherical glass optics in which a workpiece, independent of its initial shape (i.e., surface figure), will converge to final surface figure with excellent surface quality under a fixed, unchanging set of polishing parameters in a single polishing iteration. In contrast, conventional full aperture polishing methods require multiple, often long, iterative cycles involving polishing, metrology and process changes to achieve the desired surface figure. The Convergent Polishing process is based on the concept of workpiece-lap height mismatch resulting in pressure differential that decreases with removal and results in the workpiece converging to the shape of the lap. The successful implementation of the Convergent Polishing process is a result of the combination of a number of technologies to remove all sources of non-uniform spatial material removal (except for workpiece-lap mismatch) for surface figure convergence and to reduce the number of rogue particles in the system for low scratch densities and low roughness. The Convergent Polishing process has been demonstrated for the fabrication of both flats and spheres of various shapes, sizes, and aspect ratios on various glass materials. The practical impact is that high quality optical components can be fabricated more rapidly, more repeatedly, with less metrology, and with less labor, resulting in lower unit costs. In this study, the Convergent Polishing protocol is specifically described for fabricating 26.5 cm square fused silica flats from a fine ground surface to a polished ~&#955;/2 surface figure after polishing 4 hr per surface on a 81 cm diameter polisher.

Convergent Polishing: A Simple, Rapid, Full Aperture Polishing Process of High Quality Optical Flats & Spheres

A novel optical polishing process, called &#8220;Convergent Polishing&#8221;, which enables faster, lower cost polishing, is described. Unlike conventional polishing processes, Convergent Polishing allows a glass workpiece to be polished in a single iteration and with high surface quality to its final surface figure without requiring changes to polishing parameters.

Convergente Polimento: Um simples, rápido, de abertura total Polimento Processo de alta qualidade ótica Flats &amp; Spheres

Convergent Polishing is a novel polishing system and method for finishing flat and spherical glass optics in which a workpiece, independent of its initial ...

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to a different substrate by utilizing elastomeric stamps. Transfer printing enables the integration of heterogeneous materials to fabricate unexampled structures or functional systems that are found in recent advanced devices such as flexible and stretchable solar cells and LED arrays. While transfer printing exhibits unique features in material assembly capability, the use of adhesive layers or the surface modification such as deposition of self-assembled monolayer (SAM) on substrates for enhancing printing processes hinders its wide adaptation in microassembly of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. To overcome this shortcoming, we developed an advanced mode of transfer printing which deterministically assembles individual microscale objects solely through controlling surface contact area without any surface alteration. The absence of an adhesive layer or other modification and the subsequent material bonding processes ensure not only mechanical bonding, but also thermal and electrical connection between assembled materials, which further opens various applications in adaptation in building unusual MEMS devices.

This paper introduces a 3D additive micromanufacturing strategy (termed &#8216;micro-masonry&#8217;) for the flexible fabrication of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. This approach involves transfer printing-based assembly of micro/nanoscale materials in conjunction with rapid thermal annealing-enabled material bonding techniques.

Micro-alvenaria para Aditivo 3D Microfabricação

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic recording of image sequences. The basic components, features, constraints and optimization tips of a 3D-PTV topology consisting of a high-speed camera with a four-view splitter are described and discussed in this article. The technique is applied to the intermediate flow field (5 &#60;x/d &#60;25) of a circular jet at Re &#8776; 7,000. Lagrangian flow features and turbulence quantities in an Eulerian frame are estimated around ten diameters downstream of the jet origin and at various radial distances from the jet core. Lagrangian properties include trajectory, velocity and acceleration of selected particles as well as curvature of the flow path, which are obtained from the Frenet-Serret equation. Estimation of the 3D velocity and turbulence fields around the jet core axis at a cross-plane located at ten diameters downstream of the jet is compared with literature, and the power spectrum of the large-scale streamwise velocity motions is obtained at various radial distances from the jet core.

A three-dimensional particle tracking velocimetry (3D-PTV) system based on a high-speed camera with a four-view splitter is described here. The technique is applied to a jet flow from a circular pipe in the vicinity of ten diameters downstream at Reynolds number Re &#8776; 7,000.

Tridimensional Velocímetro de Partículas de Rastreamento for Applications Turbulência: Case de um fluxo de Jet

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high external quantum efficiencies (EQE) and spans the whole visible spectrum. It has been recently reported that the UV excited luminescence of partially Li-exchanged sodium Linde type A zeolites [LTA(Na)] containing luminescent silver clusters can be controlled by adjusting the water content of the zeolite. These samples showed a dynamic change in their emission color from blue to green and yellow upon an increase of the hydration level of the zeolite, showing the great potential that these materials can have as luminescence-based humidity sensors at the macro and micro scale. Here, we describe the detailed procedure to fabricate a humidity sensor prototype using silver-exchanged zeolite composites. The sensor is produced by suspending the luminescent Ag-zeolites in an aqueous solution of polyethylenimine (PEI) to subsequently deposit a film of the material onto a quartz plate. The coated plate is subjected to several hydration/dehydration cycles to show the functionality of the sensing film.

A protocol for the synthesis of moisture-responsive luminescent Ag-zeolite composites is described in this report.

Composites nanoestruturado Ag-zeólita como sensores de umidade à base de luminescência

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

Measuring the Densities of Aqueous Glasses at Cryogenic Temperatures

We demonstrate a method for determining the vitreous phase cryogenic temperature densities of aqueous mixtures, and other samples that require rapid cooling, to prepare the desired cryogenic temperature phase. Microliter to picoliter size drops are cooled by projection into a liquid nitrogen-argon (N2-Ar) mixture. The cryogenic temperature phase of the drop is evaluated using a visual assay that correlates with X-ray diffraction measurements. The density of the liquid N2-Ar mixture is adjusted by adding N2 or Ar until the drop becomes neutrally buoyant. The density of this mixture and thus of the drop is determined using a test mass and Archimedes principle. With appropriate care in drop preparation, management of gas above the liquid cryogen mixture to minimize icing, and regular mixing of the cryogenic mixture to prevent density stratification and phase separation, densities accurate to &#60;0.5% of drops as small as 50 pL can readily be determined. Measurements on aqueous cryoprotectant mixtures provide insight into cryoprotectant action, and provide quantitative data to facilitate thermal contraction matching in biological cryopreservation.

A protocol for determining the vitreous phase densities of micro- to pico-liter size drops of aqueous mixtures at cryogenic temperatures is described.

Medindo as densidades de vidros aquosos em temperaturas criogênicas

We demonstrate a method for determining the vitreous phase cryogenic temperature densities of aqueous mixtures, and other samples that require rapid ...

Processing of Bulk Nanocrystalline Metals at the US Army Research Laboratory

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued development of nanocrystalline metals. Despite these efforts, the transition of these materials from the lab bench to actual applications has been blocked by the inability to produce large scale parts that retain the desired nanocrystalline microstructures. Following the development of a method proven to stabilize the nanosized grain structure to temperatures approaching that of the melting point for the given metal, the US Army Research Laboratory (ARL) has progressed to the next stage in the development of these materials - namely the production of large scale parts suitable for testing and evaluation in a range of relevant test environments. This report provides a broad overview of the ongoing efforts in the processing, characterization, and consolidation of these materials at ARL. In particular, focus is placed on the methodology used for producing the nanocrystalline metal powders, in both small and large-scale amounts, that are at the center of ongoing research efforts.

This paper provides a brief overview of the ongoing efforts at the Army Research Laboratory on the processing of bulk nanocrystalline metals with an emphasis on the methodologies used for the production of the novel metal powders.

Processamento de metais de nanocristalina em massa no exército E.U. Research Laboratory

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued ...

Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method

This work presents a protocol employing the microwave photoconductivity decay (&#956;-PCD) for measurement of the carrier lifetime in semiconductor materials, especially SiC. In principle, excess carriers in the semiconductor generated via excitation recombine with time and, subsequently, return to the equilibrium state. The time constant of this recombination is known as the carrier lifetime, an important parameter in semiconductor materials and devices that requires a noncontact and nondestructive measurement ideally achieved by the &#956;-PCD. During irradiation of a sample, a part of the microwave is reflected by the semiconductor sample. Microwave reflectance depends on the sample conductivity, which is attributed to the carriers. Therefore, the time decay of excess carriers can be observed through detection of the reflected microwave intensity, whose decay curve can be analyzed for estimation of the carrier lifetime. Results confirm the suitability of the &#956;-PCD protocol in measuring the carrier lifetime in semiconductor materials and devices.

As one of the important physical parameters in semiconductors, carrier lifetime is measured herein via a protocol employing the microwave photoconductivity decay method.

Medições de tempo de vida transportadora em semicondutores através do método de decaimento de Fotocondutividade de microondas

This work presents a protocol employing the microwave photoconductivity decay (&#956;-PCD) for measurement of the carrier lifetime in semiconductor ...