Araştırmanın destek için Fen ve Concordia Üniversitesi&#39;nde Rektör Ofisi Fakültesi Dekanı Ofisi kabul etmek büyük bir zevk. Yazarlar, bu soruşturma yaptığı birçok katkıları için GA Crosby teşekkür etmek istiyorum.

Kriyojenik Spektroskopisi 1. Numune Hazırlama ve Yükleme <ol><li> Uygun bir çözücü içinde lüminesan kromofor ~ 10 -3 -10 -4 M çözelti ~ 3 ml hazırlayın. Not: Bir çok çözücüler kullanılabilir olsa da, su ve çeşitli alkollü çözücüler (örneğin, etanol, etanol / metanol karışımları, etilen glikol, ve gliserol) kriyojenik çalışma için çözünürlük ve yüzey gerilimi özelliklerinin mükemmel bir kombinasyonunu sağlar. </li><li> Bir tırnak çevresindeki ~ çapı 0.4 mm çıplak bakır tel uzunluğu bükerek bir örnek döngü hazırlayın ya da ~ 30 mm örgülü bakır tel düz uzunluğu ardından çapında tek bir döngü ~ 3 mm vermek vida. </li><li> parmak yağları ve diğer kirlilikleri uzaklaştırmak ve kuruması için% 95 etanol ile örnek döngü durulayın. döngü temizliğini sağlamak için, distile su ile, ikinci, nitrik asit ile ilk durulama ve son olarak etanol ile. </li><li> th batırarak numune döngü içine örnek çözümü yükleyinÖrnek çözeltisi içine e köprüsü (Adım 1.1) çözeltisi, izin yüzey gerilimi döngüde çözeltinin ince bir film tutun. </li><li> Hemen dondurmak ve göz koruması (koruyucu gözlük) ve el koruması (eldiven) kullanmak için özen döngü ince film örnek çözümü stabilize etmek için sıvı azot içine yüklenen örnek döngü batırın. </li></ol> 2. Termokupl hazırlanması, Hizalama ve Kurulum <ol><li> İki bakır konstantan kavşaklar oluşturarak yalıtımsız 0,4 mm çapında bakır telin iki uzunlukları ve 0.4 mm çaplı yalıtımsız konstantan (bakır-nikel alaşımı) tel bir uzunluğundan bakır konstantan (Tip T) termokupl hazırlayın: Bir örnek kavşak ve standart referans kavşak (0 ° C buz / su karışımı). Not: eklemleri gümüş birlikte lehimli edilebilir olsa da, kavşaklar oluşturmak üzere bir araya bakır ve konstantan telleri bükmek için tamamen tatmin edicidir. <ol><li> togeth bakır ve konstantan telleri kelepçeBir ~ 90 ° açıyla kargaburun ile er. iki tel sıkıca çekerken, rahatça beĢ-altı dönüşler için onları bir arada örgü. </li></ol></li><li> iki kavşaklarda dışında herhangi bir noktada dokunmayın böylece tüm termokupl kablolarını düzenleyin. termokupl telleri ince bir yalıtım kaplama ile kaplı ise, onlar dokunmak ve kavşaklar dışında noktalar olabilir. <ol><li> yalıtılmış termokupl telleri kullanırken, voltmetre terminalleri ile kavşaklar ve elektrik kontakları oluşur tellerin ucunda yalıtımı kazınması. teller üzerinde yalıtım malzemesi luminesce etmediğini kontrol etmek için dikkatli olun. seçilen dalga boyundaki ışık ile örnek döngü içinde yalıtılmış tel küçük bir parça, heyecan verici bir örnek yerleştirerek ve hiçbir örnek varken bir emisyon sinyali bakarak sahte lüminesans bir potansiyel kaynağı olarak termokupl tel yalıtım test edin. </li></ol></li><li> sam iki bakır Termokupl kablolarını bağlayınyüksek empedans 5½ haneli dijital voltmetre giriş terminallerine ple ve referans kavşak. </li><li> 0 ° C su / buz banyosu içinde örnek ve referans kavşaklar hem yerleştirin ve voltmetre sıfır. </li><li> uygun yükseklikte ve uyarma ışık ışınının yönüne denk yüklü örnek döngü ve sıvı azot dolu optik Dewar termokupl örnek kavşak aynı hizaya getirin. termokupl kavşak ve mümkün olduğunca birbirine yakın ve Dewar aynı yükseklikte örnek döngü tutun. </li></ol> Optik Dewar 3. Genel Mekanik Destek ve Numune Loop hizalanması ve Termokupl Kavşağı <ol><li> hizalamak ve optik Dewar istenilen yükseklikte örnek döngü tutmak için, 5 mm çap x 30 mm uzunluk ahşap dübel küçük bir elektrik timsah klibi koymak suretiyle ayarlanabilir yükseklikte tutarak kelepçeyi hazırlar. <ol><li> snugl uygun bir mantar biraz daha küçük 5 mm çapında bir delik BoreOptik Dewar üst kısmına y. Krokodilli örnek döngü örgülü tel bölümünü Kelepçe, ardından Dewar istenen numune yüksekliğe ulaşmak için mantar yukarı veya aşağı kavela kaydırın. </li></ol></li><li> Optik Dewar istenilen yükseklikte termokupl kavşağı hizalamak ve basılı tutun, başka bir 5-mm çaplı ahşap dübel kullanın. o dübel alt altında 10-20 mm taşacak biçimde termokupl kavşak aynı hizaya getirin. takoz ve karşı tarafta bakır ve konstantan telleri hizalayın ve sıkıca yerinde bu telleri tutmak için 12,5 mm genişlik politetrafloroetilen (PTFE) tesisatçı bantla sıkıca sarın. </li><li> Bu ikinci kavela uyum ve örnek döngü yakın termokupl kavşak dikey yükseklik ayarı için izin Dewar üstündeki mantar çapı 5 mm&#39;den biraz daha küçük bir delik delik. </li><li> Bir azot gazı havalandırma deliği kapalı kaynatın olarak hizmet Dewar üstündeki mantar üçüncü küçük delik delik. </li></ol><pclass = &quot;jove_title&quot;&gt; 4. Optik Dewar sıcaklığa bağlı Kriyojenik Spektroskopisi <ol><li> elektronik ısınmak için izin önceden CCD spektrograf en az 1 saat üzerindeki tüm elektronik açın ve Peltier soğutmalı CCD kamera kararlı bir çalışma sıcaklığına ulaşması. </li><li> Isınma süresi bittikten sonra, dalga boyu atomik emisyon çizgiler veya bantlar bilinen bir dizi karşı CCD spektrografla kalibre. Bilinen dalga boyları ve bilinen bant dalga boylarına sahip bantlar aktive bağıntılı CCD piksel numaraları bantları yayan düşük basınçlı atomik emisyon lambanın spektrumunu ölçün. Not: Bu araştırmada kullanılan Andor CCD spektrograf dahil en modern CCD spektrografların, olarak, dalga boyu kalibrasyon işlemi yazılımında otomatik olarak yapılır. <ol><li> Yoğunluğu yakından 3.200 K bla yaklaşan lamba, bilinen spektral profiline 3200 K çalışan bir kuvars-halojen lamba spektrumu ölçülen karşılaştırarak spektrografla kalibreck gövde. </li></ol></li><li> uyarım ışık döngüsü ve örnek yayılan ışık örnek vurmak toplandı ve CCD-spektrograf giriş açıklığına üzerine çarpacak olduğundan emin olmak için uyarma ve emisyon optik ön hizalayın. Not: Bu, iki aşamalı bir mekanik bir işlemdir. İlk adım, bir lüminesans sinyali CCD tarafından tespit edilir şekilde spektografıyla giriş yarık üzerine yayılan ışık almak için optik bir ilk kaba hizalama olduğunu. İkinci adım, heyecan verici ışık huzmesinin, Dewar, döngü içinde numune kendisi ve emisyon koleksiyonu optik elemanlar pozisyonları sistematik ayarlamalar ile numunenin lüminesans sinyal gücü dikkatli bir optimizasyon oluşur. </li><li> Optik hizalanmış ve optimize sonra 4.3 de tarif edildiği gibi, örneğin, bir 77 K sıvı azot referans lüminesans spektrumuna ölçer. Bu yelpazenin için, o bakır tel döngü içinde donmuş ince film örneği, inci sağlamakdöngü bitişik ermocouple, Dewar, uyarma ışın ve emisyon toplama optik tüm nihai optimize konumlarında ve örnek tamamen sıvı nitrojen ile kaplıdır. </li><li> Örnek kavşak olduğu gibi PTFE bant sarılmış teller ile ahşap dübel üzerinde termokupl referans kavşak ayarlayın. Bu referans kavşağı korur ve istenmeyen tel temasını engeller. </li><li> 0 ° C referans termokupl kavşak bir su-buz rüşvet dalmış olduğundan emin olun. sık sık referans kavşak buz seviyesini kontrol edin. Buz eridiği oranını azaltmak için küçük, geniş ağızlı laboratuvar Dewar referans kavşak ayarlayın. </li><li> Tip T bakır konstantan termokupl için listelenen 77 K edebiyat gerilimine karşı 77 K ölçülen termokupl voltajı kontrol edin. İki termokupl gerilimler çok yakın anlaşma olmalıdır. Clausius-Clapeyron EQUA kullanarak, örneğin (basınç için uygun düzeltmeler yapmakatmosferik basınç az 1 atm ise tion). </li><li> sıvı azot yavaş yavaş kaynamaya bırakın. Not: Örnek sıcaklığı numune ve sıvı azot seviyesi yavaş yavaş sıvı nitrojeni bir sonucu olarak artmaktadır arasındaki mesafe H gibi (bir kaç saatlik bir süre zarfında) yavaş yavaş artar. Dijital voltmetre örnek termokupl kavşak tamamen soğuk azot buharında batırılır beri doğru bir sıcaklık ölçümü sağlayan, bu sıcaklık artışının yanıt verir. </li><li> Anlık açmak veya uyarma ışık engellemesini ve üreticinin protokolü kullanılarak bir lüminesans spektrumuna elde etmek için CCD spektrograf kullanın. sadece birkaç saniye sürer, böylece spektral verileri elde etme işlemi optimize edilmelidir. <ol><li> kapatmak ya da sadece en kısa sürede veri toplama işlemi tamamlandıktan olarak uyarma ışık yeniden blok istenmeyen uyarma-ışık kaynaklı numune fotokimyanın ve / veya uyarma ışık kaynaklanan hataları en aza indirmek içinindüklenen örnek ısıtma. </li><li> spektral veri toplama aralığının başında ve sonunda termokupl voltajı kaydedin. Termokupl gerilim spektral veriler, belirli bir sıcaklıkta elde edilir, üzerinde çok kısa bir zaman aralığında (~ 1-10 sn) sırasında (0.0-0.1 K içinde, yani ilişkili sıcaklık değişimi Δ T) kayda değer değişiklik olmamalıdır. Gerilim masaya vs Tip T bakır konstantan sıcaklığı başvurarak sıcaklıklara gerilim okumaları dönüştürün. </li></ol></li><li> Numune sıcaklığı bu sıcaklık bağımlı spektral ölçümler sırasında optik, elektronik ya da uyarma ışık yoğunluğundaki hiçbir değişiklik yapın ~ 5 K. artmıştır zaman sıvı azot başka spektrum devam etmek için kapalı kaynatın ve ölçmek izin verin. Not: Optik Dewar kalitesine bağlı olarak, bu ısınma işlemi 5 ile ~ 5 K aralığındaki 15 dakika sürer. </li><li> kapalı çıkarılarak yoğunluk doğru CCD spektral veri setlerikoyu çerçeve yoğunlukları (yani, spektral giriş yarık bloke CCD tarafından kaydedilen yoğunluk) ve dalgaboyu bağımlı spektral tepki oluşturdu. Her bir örnek spektrumundan bazal karanlık sayım yoğunluğu sayımı seviyesini çıkarın. <ol><li> Her bir numunenin ölçülen yoğunluğu düzeltmek için bir 3200 K tungsten halojen lambası, standart olarak bilinen bir yoğunluk, bir standart yoğunluğunu ölçmek ve ölçülen yoğunluk bilinen yoğunluk oranı kullanılarak dalga boyu bağımlı tayfsal yanıt doğru dalga boyu. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Baker, D. C., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+and+magnetic+evidence+for+multiple-state+emission+from+tris(2,2'-bipyridine)ruthenium(II)+sulfate.">Spectroscopic and magnetic evidence for multiple-state emission from tris(2,2'-bipyridine)ruthenium(II) sulfate.</a> Chem. Phys. 4 (3), 428-433 (1974).</li><li>Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+investigations+of+excited+states+of+transition+metal+complexes.">Spectroscopic investigations of excited states of transition metal complexes.</a> Acc. Chem. Res. 8 (7), 231-238 (1975).</li><li>Hager, G. D., Watts, R. J., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charge+transfer+excited+states+of+ruthenium(II)+complexes+II.+Relationships+of+level+parameters+to+molecular+structure.">Charge transfer excited states of ruthenium(II) complexes II. Relationships of level parameters to molecular structure.</a> J. Am. Chem. Soc. 97 (24), 7037-7042 (1975).</li><li>Elfring, W. H., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excited+states+of+mixed-ligand+chelates+of+ruthenium(II)+and+rhodium(III).">Excited states of mixed-ligand chelates of ruthenium(II) and rhodium(III).</a> J. Phys. Chem. 80 (20), 2206-2211 (1976).</li><li>Elfring, W. H., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excited+states+of+mixed-ligand+chelates+of+ruthenium(II).+Quantum+yield+and+decay+time+measurements.">Excited states of mixed-ligand chelates of ruthenium(II). Quantum yield and decay time measurements.</a> J. Am. Chem. Soc. 103 (10), 2683-2687 (1976).</li><li>Fordyce, W. A., Rau, H., Stone, M. L., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+state+emission+from+rhodium(I)+and+iridium(I)+complexes.">Multiple state emission from rhodium(I) and iridium(I) complexes.</a> Chem. Phys. Lett. 77 (2), 405-408 (1981).</li><li>Pankuch, B., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+measurements+of+solutions+and+rigid+glasses.">Spectroscopic measurements of solutions and rigid glasses.</a> Chem. Instrum. 2 (3), 329-335 (1970).</li><li>Landee, C. P., Greeney, R. E., Lamas, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+helium+cryostat+for+a+vibrating+sample+magnetometer.">Improved helium cryostat for a vibrating sample magnetometer.</a> Rev. Sci. Instrum. 58 (10), 1957-1958 (1987).</li><li>Fairman, R. A., Spence, K. V. N., Kahwa, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+liquid+nitrogen+gas-flow+cryostat+for+variable+temperature+laser+luminescence.">A simple liquid nitrogen gas-flow cryostat for variable temperature laser luminescence.</a> Rev. Sci. Instrum. 65 (2), 503-504 (1994).</li><li>Meyer, G. D., Ortiz, T. P., Costello, A. L., Kenney, J. W., Brozik, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+fiber-optic+coupled+luminescence+cryostat.">A simple fiber-optic coupled luminescence cryostat.</a> Rev. Sci. Instrum. 73 (12), 4369-4374 (2002).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Düşük sıcaklık lüminesans spektroskopisi için bu cihazın geliştirilmesi zaruretten doğan. Çözümler, tüm numune sıcaklığı iyi tanımlanmış kararlı ve yavaş yavaş değiştirilebilir olduğu bir Dewar / kriyostat tasarım anında, yüklü dondurulmuş ve spektroskopi için konumlandırılmış olabilir oksijen ile aşırı da ilgi kromoforu içeren ve kritik oldu. Hemen hemen tüm ticari kriyostatları bu deneysel kısıtlamalar sağlayacak daha örnek ile yük çok daha fazla zaman alır. Spektroskopisi laboratuvar alt katta taşıma ardından üst kattaki kimya laboratuarında dondurma / kolay numune yükleme izin vermek için küçük, taşınabilir Dewar / Kriyostat olması da önemliydi. teknik, değişken düşük sıcaklık lüminesans ölçümleri gerekli olduğu hemen hemen herhangi bir sisteme uygulanabilir. tarif edilen tekniği, oda sıcaklığında sıvı halde bulunan ve örnek solüsyonların için, aynı zamanda katı olan örneklere uzatılabilirOda sıcaklığında karıştırıldı. Katı örnekler tutkal veya mekanik yollarla ya da numune döngü bağlı olabilir. Dewar sıvı azot kapalı doğal kaynatın izin vererek elde edilecek üç avantajı vardır / kriyostat yavaş numune sıcaklığını değiştirin: (a) numunenin termal denge ilgi sıcaklık aralığı boyunca muhafaza edilir; sadece bir kaç saniye süren spektral verileri elde etme işlemi için, (b), örnek sıcaklığı hemen hemen sabit olduğu; ve (c) son derece kısa bir lüminesans veri toplama süresi (ve dolayısıyla örnek heyecanlı olması gerekir çok kısa süre) istenmeyen uyarma-ışık kaynaklı numune fotokimya ve / veya numune ısıtma üstlenmeden olasılığını en aza indirir. numune yüklemeden önce, dijital voltmetre 77 K sıvı azot içinde, alternatif olarak, = 0 ° C örnek ve referans termal çift bağlantıları konularak 273,15 K, su / buz banyosu ya göre sıfırlanmıştır gerekir. Nicel lyoğunluk ölçümlerinde uminescence, uyarım kaynağı (lazer ya da ark lambası) de ısındı olmalı ve çıkış istikrarlı. Peltier CCD soğutucu da CCD dedektör kararlı çalışmasını sağlamak için ölçümlerin önceden (en az 1-2 saat) iyi açık olması gerekir. Doğru sıcaklık ölçümleri için, bakım örnek döngü ve Dewar sıvı azot seviyesinden aynı yükseklikte saatte termokupl örnek kavşak konumuna alınmalıdır. Bir deney numunesinin seviyesinden sıvı azot seviyesi ile başlanarak yapılır. Artık sıvı azot deney sırasında Dewar eklenir. tarif edildiği gibi cihazda, sıvı azot atmosfer basıncında muhafaza edilir. 1 K / dk - sıvı azot seviyesi numunenin seviyesinin altına düştüğü sonra, numune ≈ 0.5 oranında ısınır. ≈ 5 K aralıklarla 3 saniye - Spectra 1 olarak elde edilir. ısınma oranı küçük değişiklikler laboratuvarda değişimler sonucu edilirnem ve sıcaklık. ufak bir hareket istenmeyen ölçülen lüminesans şiddeti ya da sıcaklık değişimine yol açacaktır beri deney boyunca Dewar, örnek ve termokupl sert montajını sağlamak için önemlidir. XYZ konumlandırma Ayarlanabilir optik Tablo bileşenleri ile gerçekleştirilebilir, böylece bir Dewar monte edilir. yüksek hassasiyetli iş için, Dewar bir xyz optik sahnede monte edilebilir ve örnek Dewar bir gonyometre üzerine monte edilebilir. yüksek nem günlerde, bakımı da optik Dewar optik erişilebilir bölge zamanla ölçülen ışıldama yoğunluğunu azaltacaktır bu yana yoğunlaşma ince bir film ile gizlenmiş olmadığından emin olmak için dikkat edilmelidir. Bu sorun Dewar optik olarak transparan bölgeler arasında kuru, gaz azot küçük bir dere dağıtmak suretiyle giderilebilir. Tartışmasız olarak tarif Dewar / kriyostat tasarımı için değil eleştirdi olabilirdöngüde numune ile doğrudan fiziksel temas içinde düşük sıcaklıkta ısıl birleşme yerleştirilmesi. Bir doğrudan temas termokupl tasarım geliştirme altındadır. Ancak, Dewar sıvı azot seviyesinden aynı yükseklikte termokupl kavşak ve örnek döngü konumlandırma / çok yakın kriyostat doğru sıcaklık ölçümü için Termodinamik koşulları Sıfırıncı Kanunu yerine getirirken örnek yükleme kolaylığı sağlayacak şekilde tasarlanmıştır: örnek olarak sıcaklığı T T sıcaklığında da termokupl kavşak ile termal dengede olan T sıcaklığında azot buharı ile termal denge içindedir. oldukça sabit yoğunluğu varsayarak daha deney boyunca lazer / ark lambası uyarma yoğunluğunun izlenmesi de protokolde arzu edilen bir gelişme olacaktır. Benzer şekilde, CCD detektörü duyarlılığı bilinen sabit yoğunlukta standart bir lamba ile ilgili deney boyunca kontrol edilebilir.

düşük sıcaklık derecelerinde etki alanı içinde, ışık yayan moleküllerin elektronik lüminesans spektrumları ve lüminesans yaşamların sıcaklığa bağlı araştırmalar bu devletlerin ortaya çıkan bu moleküllerin uyarılmış elektronik devletler ve fotokimyasal ve Fotofiziksel olaylarla ilgili bilgi hazinesi sağlar. rutenyum öncü sıcaklığa bağlı Crosby Fotofiziksel araştırmalar ve arkadaşları (II) rodyum (I) ve rodyum (III) &#39;1,10-fenantrolin kompleksleri, 2,2&#39;-bipiridin ve diğer ligandlar de göstermektedir emissive heyecanlı elektronik devletler manifoldu yapıları, simetrilerini, enerjikliğin ve kimyasal davranışlarını açıklamak için sıcaklığa bağlı spektroskopi doğasında güç. 1-6 Ancak, iyi sıcaklığa bağlı kriyojenik spektroskopi yapmak önemsiz bir mesele değildir için. spektroskopik sorgu altında numune termal olmak için değil ambalajlama tüm çok kolay<html> ilibrated ve böylece termal gradyan üzerinde geniş bir sıcaklık aralığı tezahür. Elde edilen ölçülmüş spektrumu, aslında, bir sıcaklık aralığı boyunca emisyon bir üstüste. Ayrıca, sıcaklık bu aralık içinde daha da ortalama sıcaklık örnek üzerinde ya da yakınında yerleştirilen bir sıcaklık probu (örneğin, bir termokupl ve direnç sıcaklık cihazı) okunması oldukça farklı olabilir. zamanı geldiğinde Böylece, sıcaklığa bağlı kriyojenik spektroskopisi yapmak doğru ayarlanabilir, numune sıcaklık bilindiği altında deneysel koşullar, istikrarlı, üniforma kurulmasını gerektirir ve. Bu koşullar, basit, basit deneysel protokollerin (Şekil 1) altında çalışan son derece mütevazı CCD spektrografla oluşan aparat, uyarma kaynağı, optik Dewar ve termokupl ile elde edilebilir. &quot;Src =&quot; / files / ftp_upload / 54267 / 54267fig1.jpg &quot;/&gt; . Düşük Sıcaklık Spektroskopisi için Şekil 1. Lüminesans Spektrograf Kur, bu üst görünümde gösterildiği gibi sistem içerir: (a.) CCD dedektör, (b.) Tayfçeker, (c.) Giriş yarık ve filtreler, (d.) Lüminesans toplama optiği (e.) lazer veya ark lambası uyarım kaynağı, (f.) uyarma kiriş, (g.) xyz çeviri üzerinde bir erimiş silika optik Dewar, (h.) monte termokupl örnek kavşak, (i.) numune, (j .) termokupl referans kavşak. 0 ° C = 273,15 K buz / su banyosu, (k) dijital voltmetre. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Bir numune, bir yandan örnek diğer tarafında ise çok düşük sıcaklık derecelerinde &quot;soğuk parmak&quot; yüzeyi ile fiziksel temas içinde yerleştirilmiş olan numune ve hatalı ortalama numune sıcaklıklarda istenmeyen termal gradyanlar sonuç hemen hemen eminVakum içinde. En pratik yolu (örneğin sıvı azot veya sıvı helyum) ya da T sıcaklığında bir kriyojenik buharında tam örnek ölçülebilir sıcaklığı T tamamen örnek ve T sıcaklığında bir kriyojenik sıvı sıcaklık daldırın için üniform olmasını sağlamak için (örneğin, soğuk azot veya helyum soğuk buhar). Değişken sıcaklıkta kriyostatları arzu edilen çok düşük örnek sıcaklığı elde etmek için elektrik dirençli ısıtma ile soğutucu akışını dengeleyerek sabit bir sıcaklıkta Örnek ortamı elde edin. 7-9 bir ısıl değişim gaz örneği sıcaklığının homojen olmasını sağlamak için de kullanılabilir. Fikir sırayla kriyostat ile termal denge halinde değişim gazı ile termal dengede örnek olmasıdır. Kriyostat tasarımlar sadece sıvı seviyesinden örnek yüksekliği h ayarlayarak çeşitli sıcaklıklarda numunenin termal dengeye ulaşmak ortaya çıkmıştırBir depolama soğutucu Dewar. 10 Örnekler heyecanlı ve lüminesans fiber optik kablolar veya lens sistemleri üzerinden tespit edilir. Belirli bir numunenin / prob yüksekliği h de, soğutucu buharı sıcaklığı T (H) ve h arttıkça, bu sıcaklık artar (yani, bir Dewar buhar düzgün bir ısıl gradyanlı DT / DH&gt; 0 içerir) Yukarıdaki. Soğutucu gaz yürürlükte sıvı değişimi gaz haline gelir. H küçük bir örnek ve sıcaklık probu Konumlandırma T (h) numunenin termal dengede sağlamaktadır. Örnek sıcaklığını artırmak için, h artar. Örnek sıcaklığını azaltmak için, h azalır. Böyle bir kriyostat düşük sıcaklık sınırı Bu düşük sıcaklık sınırı basıncını azaltarak daha azaltılabilir h = 0 sıvı cryogen sıcaklığıdır. Büyük bir depolama Dewar (örneğin, 100-L sıvı helyum Dewar veya 10 L sıvı azot Dewar), soğutucu kaynatma raTe, böylece numune sıcaklığının bilinen bir düzenleme olmak için sıvı cryogen Yukarıdaki örnek yüksekliği h bir ayarlama sağlar spektroskopik ölçümler, bir dizi zaman dilimi içinde ihmal edilebilir düzeydedir. Geçiş metali kompleksleri arasında lüminesans Oksijen kaynaklı bir su verme sıcaklık bağımlılığı bu laboratuarda spektroskopi 77-300 K aralığındaki sıvı azot değişken sıcaklık spektroskopi için küçük bir erimiş silis uyarlanması optik Dewar yol (bkz Şekil 2). <img alt="şekil 2" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig2.jpg" /> Değişken Sıcaklık Şekil 2. Erimiş Silis Optik Dewar Kur (77-300 K) Kriyojenik Lüminesans Spektroskopisi. Optik Dewar Bu şema tam değişken sıcaklık sistemini göstermektedir. (A.), Sıvı azot, (b.) T,ansparent (4.0 cm) Dewar Dewar, (c.) bakır örnek döngü, (d.) termokupl kavşak, (e.) gümüşlenmektedir yöre unsilvered optik erişim bölgesi, (f.) timsah klip, (g.) ahşap dübel, sıvı azot düzeyinde ve örnek arasındaki (h.) mesafe (i.), iç ve dış Dewar duvarları arasına tahliye bölge, (j.) mantar tıpa, (k.) nitrojen gazı havalandırma deliği, (l.) termokupl telleri (m .) termokupl telleri ayrılır ve PTFE bant ile ahşap dübel ile sabitlenir. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Erimiş silis olmayan emissive ve görünür yoluyla, yakın ultraviyole yüksek optik iletimi sağlayan ve yakın kızılötesi dışarı (~ 200-2,000 nm). Büyük depolama Dewar sisteminde operatif temel kavramları daha önce 10, sıvı cryogen Yukarıdaki örnek yüksekliği numune sıcaklığını belirler nerede tarif, başarılı bir şekilde aşırı yapılmıştırBu küçük optik Dewar kullanarak küçük ölçekli. Bununla birlikte, bunun yerine mekanik numune sıcaklık T, Dewar kendisi ile ilgili olarak örnek konumunu ayarlamak için, sabit bir sıvı soğutucu seviyesinden numune yüksekliği h ayarlama, sabit (Şekil 2). Birkaç saatlik bir süre içinde, optik Dewar sıvı azot kapalı yavaş kaynama giderek düşen sıvı azot seviyesi (Şekil 3) Yukarıda örnek H mesafesi arttırır. <img alt="Şekil 3," fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig3.jpg" /> Şekil 3. kapatın Optik Dewar örnek Bölgesi kadar. Sıcaklığı: seviyesi h 0, sıvı azot içinde daldırılmış örnek t 0 = 77 K vermek üzere Örnek seviyeleri saatte soğuk azot buharında dalmış 1 &lt;h 2 &lt;saat 3 &lt;sıvı azot seviyesinden / sub&gt; örnek sıcaklıkları vermek için 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">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> örnek ve soğuk azot buharı ile ısıl dengede sıcaklık sondası, bir bakır konstantan termokupl birleşim, iki muhafaza ederken bu zaman (birkaç saate kadar) Örnek sıcaklığında yavaş ve kontrollü bir artış sağlar. Görünür ve yakın kızılötesi bölgeleri kapsayan Lüminesans spektrumları her spektral olarak numune sıcaklığı neredeyse sabit olduğu süre boyunca sadece bir kaç spektrumda başına milisaniye (veya saniyede spektrumları yüzlerce) CCD donanımlı lüminesans spektrograf ile (DT &lt;0.1 K) elde edilir veri seti elde edilir. sıcaklıklar ~ 5 K de spektrumları arasındaki tipik bekleme süreleri birbirinden ~ 5-15 dk. Moreouyarma ışık sadece spektrumun başına bir örneklemin birkaç saniye grev izin beri ver, örnek ısıtma ya da heyecan verici ışık ile numunenin fotokimyasal bozulması etkileri en aza indirilir. Basitlik, taşınabilirlik ve örnek yükleme çabukluk adına, fiber optik kablolar kullanılmaz. Numuneler bir civa ark lambasından gelen 365 nm bant veya bir diyot lazer 405 nm hattı ya doğrudan heyecanlıyız. örneklerden yayılan ışık bir odaklama lens tarafından bir koleksiyon lens tarafından Dewar yayan numune doğrudan aldı ve spektografıyla giriş yarık üzerinde impinged edilir. İnceleme rutenyum ve rodyum kompleksleri numuneleri oksijen ile doymuş hale Çözeltilerin 10 -3 -10 -4 M çözünen ~ spektroskopik çalışma ince filmler hazırlanır. çözümleri, küçük bakır tel döngüler yüzey gerilimi tarafından tutulan (~ 3 mm döngü çapı 0.0150 takım kurdu. dia. bakır tel). termokupl kavşak yüksekliği sonra adjuste edilirD, Şekiller 2 ve 3&#39;te gösterildiği gibi, Örnek yüksekliğinin (h termokupl = H numune) ve örnek döngüsü yakın eşit şekilde. Sıcaklıklar termokupl örnek kavşak ve yüksek empedanslı dijital voltmetre kullanarak ve bir Tip T bakır / konstantan termokupl için gerilim masaya vs bir sıcaklığa karşılaştıran 0 ° C su / buz termokupl referans kavşak arasındaki gerilim farkını ölçerek belirlenir. tel döngüler yakalanan ince film örnek çözümler optik Dewar sıvı nitrojen içinde hızlı daldırmak suretiyle dondurulur flaş vardır. Sonra, dondurulmuş çözümleri Aydınlık Tayfı sıcaklığın bir fonksiyonu olarak ölçülür, ancak dondurulmuş kalan, zaman içinde yavaş yavaş ısınmaya bırakılır. sıcaklık verileri karşı lüminesans şiddeti aşağıdaki modele göre analiz edilmiştir. sıcaklıkta numunenin toplam lüminesans şiddeti &lt;em&gt; T oksijenli ve unoxygenated kompleksleri kaynaklanan şiddetleri toplamı olarak verilir: <img alt="denklem 2" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq2.jpg" /> . (1) oksijensiz komplekslerinden lüminesans şiddeti sıcaklıktan bağımsız olduğu varsayılır. Ancak, oksijenli komplekslerin lüminesans yoğunluğu nedeniyle oksijen soğutulması için sıcaklık arttıkça katlanarak azalacaktır. Bu formun Arrhenius denklemi ile tanımlanabilir <img alt="denklem 3" fo:vertical-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq3.jpg" /> . (2) Denklem (2), E, bir söndürme aktivasyon enerjisi ve k Boltzmann sabitidir. Maksimum ışıma yoğunluğu, düşük sıcaklık bölgesinde görülecektir, burada t (bakınız Şekil 5)<html> Burada söndürme aktivasyon engeli aşmak için yeterli termal enerji (yani, oksijene karmaşık enerji transferi). (2) denklem sübstitüe edilirse (1), sentezleme <img alt="Denklem 5" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq5.jpg" /> (3) elde edildi. Denklem (3), <img alt="Denklem 6" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq6.jpg" /> Düşük sıcaklık bölgesinde oksijenli kompleksleri kaynaklanan yoğunluğudur. Eşitlik yeniden düzenlenmesi (3) verimleri <img alt="Denklem 7" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq7.jpg" /> . (4) Denklem her iki tarafın doğal logaritması alınarak (4) ifade verir 7eq8.jpg &quot;/&gt;. (5) Eşitlik (5) o açıktır ki bir arsa <img alt="Denklem 9" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq9.jpg" /> e karşı <img alt="Denklem 10" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq10.jpg" /> düz bir çizgi verecektir <img alt="denklem 11" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq11.jpg" /> , Hangi lüminesans söndürme aktivasyon enerjisi elde edilir <img alt="denklem 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

Küçük erimiş silis optik Dewar, bir termokupl montaj dayalı basit bir sıvı azot Dewar / Kriyostat aparatı ve bir CCD spektografıyla tasarımı ve işletilmesi açıklanmıştır. Bu Dewar / kriyostat tasarlanmış olduğu deneyler hızlı numune yükleme, hızlı numune donma, numunenin hızlı uyum, doğru ve istikrarlı örnek sıcaklıkları ve küçük boyutu ve Dewar / kriyostat kriyojenik ünite taşınabilirliği gerektirir. CCD spektografıyla hızlı veri toplama oranları ile birleştiğinde, bu Dewar / kriyostat 77-300 K aralığında bilinen, istikrarlı bir sıcaklık serisinde ışık saçan örnekleri üzerinde kriyojenik lüminesans spektroskopik ölçümler destekleme yeteneğine sahiptir. bir rodyum (III) geçiş metali kompleksindeki lüminesan oksijen söndürme bölgesinin sıcaklık bağımlı çalışma, bu Dewar / kriyostat mümkün araştırma tipi için bir örnek olarak gösterilmektedir. Bu düzeneğin bağlamında, kriyojenik spectros için istikrarlı bir sıcaklıkKopya termal CCD ile spektroskopik ölçüm kısa zaman ölçeği (~ 1-10 sn) sırasında (sıcaklık gradyanını &lt;0.1 K) değişmez bilinen ölçülebilir sıcaklıkta sıvı azot veya gaz azot ya ile dengelenir bir parlak örneği anlamına gelir . Dewar / Kriyostat h sıvı azot seviyesinden numunenin yüksekliği Dewar sıvı azot seviyesinden gelişen olumlu termal gradyan dT / dh yararlanarak çalışır. Birkaç saat boyunca saat yavaş bir artış ve bu süre içinde numune sıcaklığı T müteakip bir yavaş artış sıvı azot sonuçlar yavaş buharlaştırılması. Bir hızla edinilen ışıldama spektrumu etkin bir şekilde sabit termal dengeye sıcaklıkta örnek yakalar.

Lüminesan bileşiği tris (4,7-dimetil-1,10-fenantrolin) rodyum 77-200 K bölgesinde, sıcaklığa bağlı bir lüminesans söndürme çalışma için, yukarıda tarif edilen cihaz içinde elde edilen Örnek sonuçlar (III): [Rh (4 7-Me 2 -1,10-fenil) 3] 3+, oksijen ile doymuş hale gliserol içinde eritildi, Tablo 1 &#39;de listelenen ve Şekil 4, 5 ve 7&#39;de çizilir. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Sıcaklık (K) </td><td> Karşılıklı Sıcaklık (1 / K) </td><td><img alt="denklem 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> [Rh (4,7-Me 2 -1,10-fenil) 3] 3+ Dondurulmuş içinde Gliserol Cam Karşılıklı Kelvin Sıcaklığı vs söndürme Tablo 1. Kapsamı. <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/54267/54267fig4.jpg" /> Şekil 4. Kompleks [Rh Lüminesans Spectra (4,7-Me 2 -1,10-fenil) &lt;/ strong&gt; 3] 3+ Sıcaklık bir işlev olarak. (a.) bordo = 118 K, (b.) yeşil = 171 K, (c.) mor = 185 K, (d.) turkuaz = 194 K, ( e.) turuncu = 198 K, (f.) gri = 203 K, (g.) kahverengi = 227 K, (h.) 234 = blue K. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig4large.jpg" target="_blank">bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/54267/54267fig5.jpg" /> Şekil 5. Tepe Lüminesans Parlaklıkları [Rh (4,7-Me 2 -1,10-fenil) 3] 3+ aktivasyon enerji hesaplama için analiz edildi. Lüminesans verileri alt-kırmızı kutulanmas. Için sıcaklığın bir fonksiyonu olarak <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig5large.jpg" target="_blank">Pl</a>kolaylık, bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın. Bu kompleksin yapısı Şekil 6&#39;da gösterilmektedir. <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/54267/54267fig6.jpg" /> Lüminesans T ris (4,7-dimetil-1,10-fenantrolin) rodyum Şekil 6. Moleküler Yapı (III) kompleksi [Rh (4,7-Me 2 -1,10-fenil) 3] 3 +. Beni metil, phen = Fenantrolin =, sayılar (çizgi parçaları olarak gösterilen) fenantrolin halkaları üzerinde metil ikamesi pozisyonları bakın. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Tablo 1 &#39;de ve Şekiller 4 ve 5&#39;te görüldüğü gibi, N-page = &quot;1&quot;&gt;, lüminesans şiddeti esas olarak sabit bir 175 K&#39;ye 77 K&#39;den kalır daha sonra kademeli olarak 175 K K 240 sıcaklık arttıkça azalır denklemi (5), bir arsa <img alt="Denklem 13" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq13.jpg" /> , Su verme kapsamını temsil eden bir parametre, genel karşılıklı Kelvin sıcaklık (1 / T) 31.5 kJ / mol bir oksijen lüminesans söndürme aktivasyon enerjisi, bu kompleks için hesaplanan düz bir çizgi (R 2 = 0,9988) elde edilir solvent gliserol (Şekil 7). <img alt="Şekil 7," src="/files/ftp_upload/54267/54267fig7.jpg" /> Que Kapsamında Doğal Logaritma Şekil 7. Arrhenius Arsa (R2 = 0.998)Karşılıklı Kelvin Sıcaklığı vs nching. ışıldayan örnek oksijenli ~ 10 -4 M [Rh (4,7-Me 2 -1,10-fenil) 3] 3+ (Rh = rodyum, Me metil, phen = fenantrolin =) çözücü gliserol ve ışıldama söndürme aktivasyon enerjisi E &#39;olan bir arsa hesaplanan 31.5 kJ / mol; = 0.9988. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Tablo 2&#39;de, bu yöntem ile elde edildiği gibi, listelenen, birçok ilişkili kompleksler için değerler e. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> bileşik </td><td> E, bir (kJ / mol) </td><td> R2 </td></tr><tr><td> [Rh (5,6-Me2 -fenil) 3] 3+ </td><td> 31.20 </td><td> 0,9922 </td></tr><tr><td> [Rh (4,7-Me 2 -fenil) 3] 3+ </td><td> 31.50 </td><td> 0,9980 </td></tr><tr><td> [Rh (3,4,7,8-Me 4 -fenil) 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> Lüminesans Quenching Aktivasyon Enerjiler Rh için Oksijen ve Değerleri Tablo 2. (III) ve Gliserin Ru (II) kompleksleri. Yazarların bildiği kadarıyla bu sonuçlarla doğrudan karşılaştırmak için başka hiçbir veri, (5) ve ilgili moleküllerin birbirlerine Denklem deneysel verilerin konformasyon, güçlü tutarlı Evidenc sağlar varkenCihaz ve yordamı başarıyla analiz edilebilir doğru, termal dengeye örnek sıcaklıkları üretmek e. aparatta doğrudan termal kalibrasyon kanıtlar ile birlikte alınan Bu kanıt, Aydınlık Tayfı kazanılma sırasında numune sıcaklık, numune boyunca bilinen sabit olduğunu gösterir.

Watch this Scientific Journal Video about A Simple Dewar/Cryostat for Thermally Equilibrating Samples at Known Temperatures for Accurate Cryogenic Luminescence Measurements at JoVE.com

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.

Doğru Kriyojenik Lüminesans Ölçümleri için bilinen Sıcaklıklarda Isı dengeleyici Örnekleri Basit Dewar / Kriyostat

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 Görüntüleme.  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.

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

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.

Ultra-düşük sıcaklıklarda Açı çözüldü Photoemission Spektroskopi

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

Mühendislik

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.

Eşzamanlı Sayısal İletkenlik ve AFM kullanarak Organik Fotovoltaik Malzemeler Mekanik Özellikleri Ölçümleri

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.

Aşırı basınç ve Sıcaklıklarda sentezi ve mikrodifraksiyon

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.

Yakınsak Polisaj: Yüksek Kaliteli Optik Flats &amp; Kürelerin Basit, Hızlı, Tam Diyafram Parlatma İşlemi

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.

3D Katkı Micromanufacturing için Micro-duvar

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.

Türbülans Uygulamaları için üç boyutlu Parçacık Takip Akımları: Jet Akış Örneği

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.

Lüminesans merkezli Nem Sensörler olarak Nanostructured Ag-zeolit ​​kompozitler

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.

Kriyojenik Sıcaklıklarda Sulu Camların Yoğunluğunun Ölçülmesi

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.

ABD ordusu araştırma laboratuvarı toplu Nanocrystalline metallerin işlenmesi

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.

Taşıyıcı ömür boyu ölçümlerde mikrodalga Photoconductivity çürüme yöntemi aracılığıyla yarı iletkenler

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