Bu çalışma, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı, Tayvan, ROC tarafından Hibe NSC 103-2112-M-002-008-MY3 kapsamında desteklenmiştir.

1. Mikroçipin Üretimi <ol><li> ITO elektrodunun hazırlanması <ol><li> Çapraz desen çizmek için ticari illüstrasyon yazılımını kullanın. Diyagonal elektrotlar arasındaki mesafeyi 160 μm olarak ayarlayın ve Şekil 1&#39;de gösterildiği gibi çapraz desenlerin kollarını 30 mm genişliğinde ve 55 mm uzunluğunda yapın. Resim dosyasını bir DXF dosyası olarak kaydedin. </li><li> ITO camını 25 mm x 50 mm (genişlik x uzunluk) boyutuna küçültmek için bir cam kesici kullanın. ITO camını birkaç kez durulamak için% 75 etanol ve DI su kullanın. </li><li> Darbeli fiber lazer markalama makinesinin üzerine ITO cam koyun. ITO camı ve lazer arasındaki mesafeyi 279.5 mm olarak ayarlayarak lazeri ITO camının yüzeyine odaklayın. NOT: Burada kullanılan lazer aşağıdaki özelliklere sahiptir: 1,064 nm, 20 W, 90 ila 120 ns darbe genişliği ve 20 ila 80 kHz teksir tekrarlama frekansı, yaklaşık 5 x 10 5 W / cm2&#39;de darbe ışık yoğunluğu). </li><li> Resimleme dosyasını (DXF dosyası) doğrudan lazer markalama makinesinin bilgisayarına girin. &quot;İşaret Parametresi&quot; düğmesine tıklayın ve aşağıdaki parametreleri girin: hız, &quot;800 mm / s;&quot; Güç, &quot;% 60;&quot; Ve frekans, &quot;40 kHz&quot;. &quot;Çerçeve&quot;, &quot;Dolgu&quot; ve &quot;İlk Dolum&quot; terimlerini işaretleyin. <ol><li> Deseni ITO cam merkezinde konumlandıran &quot;Önizleme&quot; düğmesini tıklayın. ITO camını desenlemek için &quot;Numuneyi İşaretle&quot; düğmesine tıklayın ( Şekil 1 A ). </li></ol></li></ol></li><li> Dört fazlı bir jeneratör kurma ve deneysel mikroçipin bağlanması <ol><li> Şekil 2 A&#39;da gösterildiği gibi, invertörlerin devrelerini oluşturun. </li><li> Dört fazlı elektroddaki 4 kabloyu, Şekil 2 C&#39;de gösterildiği gibi bandla doğrudan temas ederek bağlayın. &quot;Channleri böl&quot;El 1 &quot;&#39;i çift bir BNC konnektörü kullanarak iki dal haline getirin. <ol><li> Bir şube ITO elektroduna bağlı tel (# 1) ve diğeri invertörün girişine bağlayın. Şekil 2 B&#39;de gösterildiği gibi, invertörün çıkışını kabloyla (# 3) bağlayın. </li></ol></li><li> &quot;Kanal 2&quot; &#39;yi, adım 1.2.2&#39;deki ile aynı yordamla bağlayın, ancak Şekil 2 B&#39;de gösterilen kablolara (# 2 ve # 4) bağlayın. </li><li> EROT deneyleri için, iki kanal arasındaki faz kaymasını doğrudan doğruya fonksiyon üreteci üzerinde 90 ° olarak ayarlayın. Şekil 2 D&#39; de gösterildiği gibi deneyler sırasında 0.5-4 V pp voltaj genlikinde bir sinüs dalgası ve 100 Hz ila 5 MHz arasında değişen bir frekansta uygulanır. </li><li> DEP deneyleri için, Kanal 1&#39;in bir dalını ITO elektroduna bağlı tel (# 1) ve diğeriInvertörün girişi. İnvertörün çıkışını kabloya bağlayın (# 2). Kanal 2&#39;yi aynı prosedürü kullanarak bağlayın, ancak kablolara (# 3 ve # 4) bağlayın. </li><li> 2 kanal arasındaki faz kaymasını 0 ° &#39;de doğrudan fonksiyon üreteci üzerinde ayarlayın. Şekil 2 D&#39; de gösterildiği gibi deneyler sırasında 0.5-4 V pp voltaj genlikinde bir sinüs dalgası ve 100 Hz ila 5 MHz arasında değişen bir frekansta uygulanır. </li></ol></li></ol> 2. Numunelerin Hazırlanması <ol><li> Janus parçacıklarının hazırlanması <ol><li> 2 um silika parçacık sulu süspansiyonunu (% 10 a / a), 2,200 xg&#39;de 1 dakika boyunca santrifüjleyin. </li><li> 1.5 mL&#39;lik bir mikrosantrifüj tüpüne 2 uL sedimenter silika parçacıklarını pipetleyin ve 500 μL etanol (% 99.5 v / v) ekleyin. NOT: Süpernatanın atılması gerekmez; Sadece 4 ° C&#39;de buzdolabında saklayın. Pipettin&#39;den önce yeniden askıya alınması gerekmez.g. </li><li> Etanol-silika partikül süspansiyonunu bir ultrasonatör (43 kHz, 50 W) ile 1 dakika süreyle sonik hale getirin ve sonra 2,200 xg&#39;de 3 dakika santrifüjleyin. </li><li> Süpernatantı 500 mcL etanol ile değiştirin ve adım 2.1.3&#39;ü üç kez tekrarlayın. </li><li> Süpernatantı 8 uL etanol ile değiştirin ve etanol-silika partikül süspansiyonunu bir ultrasonatör (43 kHz, 50 W) kullanılarak 3 dakika süreyle sonike edin. NOT: Yaklaşık 10 μL etanol-silika partikül süspansiyonu bu aşamada tüp içinde kalmalıdır. </li><li> Etanol-silika partikül süspansiyonundan 2 uL pipetleyin ve bir damlacık oluşturmak için normal bir cam slayta (genişlik: 25 mm, uzunluk: 75 mm ve kalınlık: 1.2 mm) bırakın. Not: Bu partikül süspansiyonu miktarı, tek tabakaları 5-6 slayt için hazırlamak için yeterlidir (her slayt için 2 μL). </li><li> Silika parçacıkların tek katmanını oluşturmak için etanol-silika partikül damlacıklarını hafifçe bir kapak camıyla sürükleyin ( Şekil 3 </stRong&gt; A ). </li><li> Silika parçacıkları monolayer ile slayt Au ile kaplanacak bir püskürtme cihazına koyun. <ol><li> 100 mTorr&#39;de püskürtme odasındaki havayı çıkarın ve argonu 10 dakika boyunca enjekte edin (havayı argon ile değiştirin). Argon enjekte etmeyi bırakın ve sonra argon 70 mTorr odasından çıkarın. </li><li> Akımı 200 s süreyle 15 mA&#39;ya ayarlayın. ( Şekil 3 B ); Bu adımda Janus parçacıkları hazırlanmış durumda. </li></ol></li><li> Püskürtülmüş slaytta DI su 20 mcL düşürün ve normal 200 mcL pipet ucu kullanarak tek tabaka Janus parçacıkları kazıyın. NOT: Tek katmandan kazınmış olan Janus parçacıkları, bu adımda DI su damlacıklarını askıda bırakır. </li><li> Janus parçacık süspansiyonu damlacıklarını pipetleyin ve bir başka 1.5 mL&#39;lik santrifüj tüpüne atın. </li><li> Numuneyi uygun bir konsantrasyona kadar DI su ile seyrelterek hazırlamak için Janus parçacık süspansiyonunu kullanınDeneyler için. NOT: Burada açıklanan deneylerdeki parçacık süspansiyonunun konsantrasyonu yaklaşık 2.000 sayım / μL&#39;dir. </li></ol></li><li> Tam olarak kaplanmış metal parçacıkların hazırlanması 14 <ol><li> PDMS polimer bazını ve kürleme maddesini 10: 1 ağırlık oranında karıştırın. </li><li> Kabın yan duvarlarını oluşturmak için cam kaydırma bandını sarın. Şekil 4 A&#39;da gösterildiği gibi, 2-3 mm&#39;lik bir PDMS tabakası elde etmek için, bantlanmış bir slayt üzerine PDMS&#39;nin karışımını dökün. </li><li> Kaydedilmiş slayt (konteynır) PDMS karışımı ile hava geçirmez bir odaya koyun ve PDMS karışımı kabarcıkları çıkarmak için 30 dakika vakum pompası çalıştırın. </li><li> Bantlı slayt (konteynır) PDMS karışımıyla (adım 2.2.3) fırına yerleştirin. PDMS karışımı oluşturmak için 70 ° C&#39;de 2 saat süreyle PDMS karışımı tedavi edin. </li><li> PDMS damgası iyileştikten sonra, PDMS damgasını almak için slayt ve bandı çıkarın, yüzeyBunlar Şekil 4B&#39;de gösterildiği gibi düz bir yüzey oluşturan cam slaydın üzerine monte edilmiştir. </li><li> Bir slaytta Janus parçacıklarının tek katmanını hazırlamak için 2.1.1-2.1.8 adımlarını izleyin. </li><li> Tek tabakayı düzgün basınçla damgalamak için PDMS damganın düz yüzeyini kullanın. </li><li> Adım 2.1.8&#39;de hazırlanan cam slayttan ters çevrilen Janus parçacıklarının tek tabaka ile PDMS damgasını Au ile kaplanacak püskürtme cihazına yerleştirin. <ol><li> 100 mTorr&#39;da püskürtme odasındaki havayı alın ve 10 dakika süreyle argon enjekte edin (havayı argon ile değiştirin). Argon enjekte etmeyi bırakın ve sonra argon 70 mTorr odasından çıkarın. </li><li> Akımı 200 s süreyle 15 mA&#39;ya ayarlayın ( Şekil 4 C ); Tamamen kaplanmış metal parçacıklar bu aşamada zaten hazırlanmıştır. </li></ol></li><li> Deney için örnek hazırlamak için 2.1.9-2.1.11 adımlarını izleyin. </li> &lt;/ Ol&gt; </li></ol> 3. AC Elektrokinetik Ölçüm Deneyleri <ol><li> Bir izleyici hazırlamak için 5 adet parafin film sarın. Bir ısı tabancası kullanarak ITO elektrot dizisini film kalınlığı 500 μm kalınlığında birleştirin ve elektrodu mikroskop sahnesine yerleştirin. <ol><li> Aşamalarında 2.1 ve 2.2&#39;de hazırlanan 8 μL parçacık süspansiyonunu çapraz elektrot dizisinin merkezine bırakın. Ara parçaya bir kapak cam yerleştirin. </li></ol></li><li> EROT deneyleri için, fonksiyon üreteci üzerinde 2 kanal arasındaki faz kaymasını 90 ° &#39;ye ayarlayın. 0.5-4 V pp voltaj amplitüdünde sinüs dalgası uygulayın ve deneyler sırasında 100 Hz ila 5 MHz arasında değişen bir frekansta (1.2.2-1.2.3 adımlarındaki bağlantıya dayanarak) uygulayın. <ol><li> İşlev jeneratöründeki &quot;dalga formu&quot; düğmesini tıklayarak dalga formunu seçin. Voltaj ve frekans değerini, fonksiyon ge üzerindeki numaralı düğmeleri kullanarak girinNerator ve ardından &quot;output&quot; butonuna basarak AC sinyalini açınız. </li></ol></li><li> DEP deneyleri için, 2 kanal arasındaki faz kaymasını 0 ° &#39;ye ayarlayın. Deneyler sırasında, adım 3.2.1&#39;deki gibi fonksiyon üretecini kurarak 0.5-4 V pp voltaj genlikliğinde ve 100 Hz ila 5 MHz frekansında sinüs dalgası uygulayın (adım 1.2.5&#39;deki bağlantılara dayanarak). </li><li> &quot;Çıkış&quot; düğmesine basarak AC sinyalini açın ve bir kamera kullanarak 40X, NA 0.6 objektifle ters optik mikroskop altında parçacık hareketi ve dönüş görüntüsünü çekin. </li><li> Parçacık hareketi ve döndürme görüntülerini yazılıma girin ve parçacığı ve açısal hızları elde etmek için parçacık izlemesi yoluyla parçacıkların yörüngesini analiz edin. Not: Resim ikili hale getirme ve parçacık takibi için &quot;Resim J&quot; yazılımı ve &quot;Çok İzleyici&quot; eklentisi kullanılmıştır. </li></ol>

<ol>
	<li>Walther, A., M&#252;ller, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Janus+particles.">Janus particles.</a> Soft Matter. 4 (4), 663-668 (2008).</li><li>Chen, Y. -. L., Jiang, H. -. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrorotation+of+a+metallic+coated+Janus+particle+under+AC+electric+fields.">Electrorotation of a metallic coated Janus particle under AC electric fields.</a> Appl Phys Lett. 109 (19), 191605 (2016).</li><li>Zhang, L., Zhu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+assembly+of+janus+particles+under+high+frequency+ac-electric+fields:+Effects+of+medium+conductivity+and+colloidal+surface+chemistry.">Directed assembly of janus particles under high frequency ac-electric fields: Effects of medium conductivity and colloidal surface chemistry.</a> Langmuir. 28 (37), 13201-13207 (2012).</li><li>Gangwal, S., Cayre, O. J., Velev, O. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectrophoretic+assembly+of+metallodielectric+Janus+particles+in+AC+electric+fields.">Dielectrophoretic assembly of metallodielectric Janus particles in AC electric fields.</a> Langmuir. 24 (23), 13312-13320 (2008).</li><li>Zhang, L., Zhu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectrophoresis+of+Janus+particles+under+high+frequency+ac-electric+fields.">Dielectrophoresis of Janus particles under high frequency ac-electric fields.</a> Appl Phys Lett. 96 (14), 141902 (2010).</li><li>Chen, J., Zhang, H., Zheng, X., Cui, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Janus+particle+microshuttle:+1D+directional+self-propulsion+modulated+by+AC+electrical+field.">Janus particle microshuttle: 1D directional self-propulsion modulated by AC electrical field.</a> AIP Adv. 4 (3), 031325 (2014).</li><li>Gangwal, S., Cayre, O. J., Bazant, M. Z., Velev, O. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Induced-charge+electrophoresis+of+metallodielectric+particles.">Induced-charge electrophoresis of metallodielectric particles.</a> Phys Rev Lett. 100 (5), 058302 (2008).</li><li>Peng, C., Lazo, I., Shiyanovskii, S. V., Lavrentovich, O. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Induced-charge+electro-osmosis+around+metal+and+Janus+spheres+in+water:+Patterns+of+flow+and+breaking+symmetries.">Induced-charge electro-osmosis around metal and Janus spheres in water: Patterns of flow and breaking symmetries.</a> Phys Rev E. 90 (5), 051002 (2014).</li><li>Ramos, A., Garc&#237;a-S&#225;nchez, P., Morgan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AC+electrokinetics+of+conducting+microparticles:+A+review.">AC electrokinetics of conducting microparticles: A review.</a> Curr Opin Colloid Interface Sci. 24, 79-90 (2016).</li><li>Hong, L., Jiang, S., Granick, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+method+to+produce+Janus+colloidal+particles+in+large+quantity.">Simple method to produce Janus colloidal particles in large quantity.</a> Langmuir. 22 (23), 9495-9499 (2006).</li><li>Bhaskar, S., Hitt, J., Chang, S. W. L., Lahann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multicompartmental+microcylinders.">Multicompartmental microcylinders.</a> Angewandte Chemie International Edition. 48 (25), 4589-4593 (2009).</li><li>Nie, Z., Li, W., Seo, M., Xu, S., Kumacheva, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Janus+and+ternary+particles+generated+by+microfluidic+synthesis:+design,+synthesis,+and+self-assembly.">Janus and ternary particles generated by microfluidic synthesis: design, synthesis, and self-assembly.</a> J Am Chem Soc. 128 (29), 9408-9412 (2006).</li><li>Jiang, H. -. R., Yoshinaga, N., Sano, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Active+motion+of+a+Janus+particle+by+self-thermophoresis+in+a+defocused+laser+beam.">Active motion of a Janus particle by self-thermophoresis in a defocused laser beam.</a> Phys Rev Lett. 105 (26), 268302 (2010).</li><li>Pawar, A. B., Kretzschmar, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multifunctional+patchy+particles+by+glancing+angle+deposition.">Multifunctional patchy particles by glancing angle deposition.</a> Langmuir. 25 (16), 9057-9063 (2009).</li><li>Garc&#237;a-S&#225;nchez, P., Ren, Y., Arcenegui, J. J., Morgan, H., Ramos, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alternating+current+electrokinetic+properties+of+gold-coated+microspheres.">Alternating current electrokinetic properties of gold-coated microspheres.</a> Langmuir. 28 (39), 13861-13870 (2012).</li><li>Ren, Y. K., Morganti, D., Jiang, H. Y., Ramos, A., Morgan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrorotation+of+metallic+microspheres.">Electrorotation of metallic microspheres.</a> Langmuir. 27 (6), 2128-2131 (2011).</li><li>Jones, T. B., Jones, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electromechanics of particles. , (2005).</li><li>Morganti, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> AC electrokinetic analysis of chemically modified microparticles. , (2012).</li><li>Morgan, H., Hughes, M. P., Green, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separation+of+submicron+bioparticles+by+dielectrophoresis.">Separation of submicron bioparticles by dielectrophoresis.</a> Biophys J. 77 (1), 516-525 (1999).</li><li>Ren, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Induced-charge+electroosmotic+trapping+of+particles.">Induced-charge electroosmotic trapping of particles.</a> Lab Chip. 15 (10), 2181-2191 (2015).</li></ol>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Fiber lazer işaretleme makinesi kullanarak ITO elektrod dizilerinin yapılması, keyfi modellerle elektrotlar hazırlamak için hızlı bir yöntem sağlar. Bununla birlikte, geleneksel yöntemlerle yaratılan metal elektrotlara kıyasla daha az yük taşıyıcı ve daha düşük üretim hassasiyeti gibi bu yöntemde hala bazı dezavantajlar bulunmaktadır. Bu dezavantajlar bazı deneyleri sınırlayabilir. Örneğin, elektrotlar arasında büyük bir mesafe olduğunda, daha az yük taşıyıcıları elektrik alanının dağılımını etkileyebilir. Buna ek olarak, desenlendirme parametrelerinin ayarlanması, bu yöntemde ITO elektrod dizilerinin kalitesini doğrudan etkileyen kritik bir adımdır. Örneğin, lazer gücü ITO iletken tabakasının cam yüzeyden uzaklaştırılmasını etkiler. Lazer frekansı ve hızı, ITO elektrod kenarlarının pürüzsüzlüğünü belirler. Genellikle, uygun model parametreleri deneme yanılma ile bulunur. Kısacası, bu methOd, araştırma ve diğer uygulamalar için birçok elektrik deneylerine uygulanabilen keyfi modellerde ITO camında elektrotlar üretebiliyor. Janus parçacıklarını ve metalik parçacıkları kurutma işlemi ile hazırlamak, basit ve kullanışlı bir yöntemdir. Pickering emülsiyon yöntemi 10 , elektrohidrodinamik ortak jetleme yöntemi 11 , mikro akışkan fotopolimerizasyon yöntemi 12 ve kimyasal sentez yöntemi 15 gibi diğer yöntemlerin aksine, bu yöntem çok kısa sürede çok sayıda partikül hazırlama yeteneğine sahiptir . Bununla birlikte, bu yöntemin kısıtlanması, parçacıkların yüzeyleri üzerindeki metal çökelmesinin düzensiz olabileceği ve parçacık şeklini biraz değiştirebileceğidir. Kurutma işlemi yöntemi bu sınırlamaya sahip olmakla birlikte, Janus parçacıklarının hazırlanması için halen yararlı bir yöntemdir veMetalik parçacıklar. Özetle, bu makale, çok sayıda tam veya kısmi olarak kaplanmış metal parçacıklarının yanı sıra, elektrod dizilerini hızla rasgele desenler halinde hazırlamak için işlevsel yöntemler sunmaktadır. Bu, mikroakışkan aygıtlardaki parçacıkların manipülasyonu ve karakterizasyonu da dahil olmak üzere elektrokinetiklerin geliştirilmesini ve uygulanmasını kolaylaştırabilir.

Çift taneli Roma tanrısından sonra isimlendirilen Janus parçacıkları, iki tarafı fiziksel veya kimyasal olarak farklı yüzey özelliklerine sahip asimetrik parçacıklardır 1 , 2 . Bu asimetrik özellik nedeniyle, Janus parçacıkları, DEP 3 , 4 , 5 , 6 , EROT 2 ve indüklenmiş yük elektroforezi (ICEP) 7 , 8 , 9 gibi elektrik alanları altında özel yanıtlar sergiler. Son zamanlarda, Pickering emülsiyon yöntemi 10 , elektrohidrodinamik ortak jetleme yöntemi 11 ve mikroakışkan fotopolimerizasyon yöntemi 12 dahil olmak üzere, Janus parçacıklarının hazırlanması için çeşitli yöntemler bildirilmiştir. Bununla birlikte, bu yöntemler bir dizi compKarmaşık aygıtlar ve prosedürler. Bu makalede, Janus parçacıklarının ve tamamen kaplanmış metal parçacıkların hazırlanması için basit bir yöntem tanıtılmaktadır. Mikro ölçekli silika parçacıklarından oluşan bir tek tabaka bir kurutma prosesinde hazırlanır ve Au ile kaplanacak bir püskürtme cihazına konur. Parçacığın bir yarımküresi gölgeli ve yalnızca diğer yarımkürede Au 2 , 13 ile kaplanmıştır. Janus parçacıklarının tek katmanı bir polidimetilsiloksan (PDMS) damgası ile damgalanmış ve daha sonra tamamen kaplanmış metalik parçacıkların 14 hazırlanması için ikinci bir kaplama işlemi ile muamele edilmiştir. Bir Janus parçacığının elektriksel özelliklerini karakterize etmek için DEP, EROT ve elektro-yönelim gibi farklı AC elektrokinetik yanıtlar yaygın olarak 9 , 15 , 16 , 17 , 18 kullanılır <sYukarı&gt;, 19 . Örneğin, EROT, bir partikülün harici olarak dayatılan dönen bir elektrik alanı 2 , 9 , 15 , 16 altında kararlı duruma dönme tepkisidir. EROT&#39;yi ölçerek, parçacıkların indüklediği dipol ile elektrik alanlar arasındaki etkileşim elde edilebilir. Uyarılmış dipoller ve düzensiz bir elektrik alanı arasındaki etkileşimden kaynaklanan DEP, parçacık hareketine 3 , 4 , 5 , 9 , 15 yol açabilir. Mikroakışkan cihazdaki partiküllerin manipüle edilmesi ve karakterize edilmesi için genel bir yöntem olarak görev yapan elektrot kenarlarına farklı türdeki parçacıklar çekilebilir (pozitif DEP) ya da (DEP negatif DEP) itilebilir. Translasyonel (DEP) ve rota<html> Elektrik alanındaki partikülün EROT karakteristikleri sırasıyla Clausius-Mossotti (CM) faktörünün gerçek ve sanal kısmı tarafından baskındır. CM faktörü, DEP ve EROT&#39;nin karakteristik frekansı olan ω c = 2σ / aC DL&#39;den ortaya çıkan parçacıkların ve çevreleyen sıvının elektriksel özelliklerine bağlıdır; burada σ sıvı iletkenliği, a parçacık yarıçapı, Ve C DL , elektriksel çift tabakanın ( 15 , 16) kapasitansıdır. Parçacıkların EROT ve DEP&#39;sini ölçmek için, özel olarak tasarlanmış elektrot dizisi modellerine ihtiyaç vardır. Geleneksel olarak, bir fotolitografi tekniği elektrot dizileri oluşturmak için kullanılır ve fotorezist spin-kaplama, maske hizalama, pozlama ve geliştirme dahil olmak üzere bir dizi karmaşık işlem gerektirir 15 , 18 ,S = &quot;xref&quot;&gt; 19 , 20 . Bu makalede, elektrot dizilerinin hızlı üretimi direkt optik modelleme ile gösterilmiştir. Cam substrat üzerine kaplanmış şeffaf bir ince film ITO tabakası, bir fiber lazer markalama makinesi (1.064 nm, 20 W, 90 ila 120 ns darbe genişliği ve 20 ila 80 kHz atım tekrarlama frekansı) ile kısmen çıkartılarak Dört fazlı bir elektrod dizisi. Diyagonal elektrotlar arasındaki uzaklık 150-800 μm, deneylere uyacak şekilde ayarlanabilir. Dört fazlı elektrod dizisi farklı mikroakışkan aygıtlar 15 , 16 , 18&#39;deki parçacıkları karakterize etmek ve konsantre etmek için kullanılabilir. Dört fazlı elektrik alanını üretmek için, elektrot dizisi 2 kanallı bir işlev üretecine ve iki invertöre bağlanır. Bitişik elektrotlar arasındaki faz kayması ya 90 ° (EROT için) ya da 180 ° (DEP için) 15 . AC sinyali, 0.5 ila 4 V pp voltaj genlikte uygulanır ve frekans, işlem işlemi sırasında 100 Hz ila 5 MHz arasında değişir. Janus parçacıkları, metalik parçacıklar ve silika parçacıkları AC elektrokinetik özelliklerini ölçmek için numune olarak kullanılır. Parçacıkların süspansiyonları elektrot dizisinin orta bölümüne yerleştirilir ve 40X, NA 0.6 hedefli ters bir optik mikroskop altında gözlemlenir. Parçacık hareketi ve dönüşü bir dijital fotoğraf makinesi ile kaydedilir. DEP hareketi, dizi merkezinden 40 ila 65 μm arasında radyal olarak uzanan dairesel bölgede kaydedilir ve EROT, dairesel bölgede 65 μm radyal olarak dizi merkezinden uzakta kaydedilir. Parçacık hızı ve açısal hız parçacık izleme yöntemi ile ölçülür. Parçacık merkezleri yazılım kullanarak gri skala veya parçacık geometrisi ile ayırt edilir. Parçacık hızı ve açısal hız,Parçacık merkezlerinin hareketlerini ölçme. Bu makale, keyfi olarak desenli elektrod dizilerini hızla üretmek için basit bir yöntem sunmaktadır. Biyolojiden endüstriye kadar çeşitli alanlarda kullanılabilen tamamen veya kısmen kaplanmış metal parçacıkların hazırlanmasını sunar.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="768">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Silica Microsphere-2.34 &#181;m</td>
			<td style="width:187px;">Bangs Laboratories</td>
			<td style="width:129px;">SS04N</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Ethyl Alcohol (99.5%)</td>
			<td style="width:187px;">KATAYAMA CHEMICAL</td>
			<td style="width:129px;">E-0105</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:287px;">SYLGARD 184 A&#38;B Silicone Elastomer(PDMS)</td>
			<td>DOW CORNING</td>
			<td style="width:129px;"></td>
			<td>PDMS&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">&#160;ITO glass</td>
			<td style="width:187px;">Luminescence Technology</td>
			<td style="width:129px;">LT-G001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Fiber laser marking machine</td>
			<td style="width:187px;">Taiwan 3Axle Technology</td>
			<td style="width:129px;">TAFB-R-20W</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">&#160;2-channel function generator</td>
			<td style="width:187px;">Gwinsek</td>
			<td style="width:129px;">AFG-2225</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">CMOS camera</td>
			<td style="width:187px;">Point Grey</td>
			<td style="width:129px;">GS3-U3-32S4M-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Sputter</td>
			<td style="width:187px;">JEOL</td>
			<td style="width:129px;">JFC-1100E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Operational Amplifiers</td>
			<td style="width:187px;">Texas Instruments</td>
			<td style="width:129px;">LM6361N</td>
			<td>OP invertor&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:287px;">Ultrasonic Cleaner</td>
			<td style="width:187px;">Gui Lin Yiyuan Ultrasonic Machinery Co.</td>
			<td style="width:129px;">DG-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Microcentrifuge</td>
			<td style="width:187px;">Scientific Specialties, Inc.</td>
			<td style="width:129px;"></td>
			<td>1.5ml</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Mini Centrifuge</td>
			<td style="width:187px;">LMS</td>
			<td style="width:129px;">MC-MCF-2360</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Microscope cover glass</td>
			<td style="width:187px;">Marienfeld-Superior</td>
			<td style="width:129px;"></td>
			<td>18*18mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Inverted optical microscope</td>
			<td style="width:187px;">Olympus</td>
			<td style="width:129px;">OX-71&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Parafilm</td>
			<td style="width:187px;">bemis</td>
			<td style="width:129px;"></td>
			<td>spacer</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of janus particles and alternating current electrokinetic measurements with a rapidly fabricated indium tin oxide electrode array

Bu makale, kısmen veya tamamen kaplanmış metal parçacıkların hazırlanması ve mikroakışkan aygıtlardaki elektrik deneylerini kolaylaştırabilen elektrot dizilerinin hızlı üretimini gerçekleştirmek için basit bir yöntem sunmaktadır. Janus parçacıkları, iki tarafında iki farklı yüzey özelliği içeren asimetrik parçacıklardır. Janus parçacıklarını hazırlamak için, bir silika parçacıkları tek katmanlı bir kurutma işlemi ile hazırlanır. Altın (Au), bir püskürtme aygıtı kullanılarak her partikülün bir tarafına çökelir. Tamamen kaplanmış metalik parçacıklar, ikinci kaplama işleminden sonra tamamlanır. Janus parçacıklarının elektriksel yüzey özelliklerini analiz etmek için dielektroforez (DEP) ve elektromotorlaştırma (EROT) gibi deneysel aygıtta özel olarak tasarlanmış elektrod dizilerini gerektiren alternatif akım (AC) elektrokinetik ölçümler gerçekleştirilir. Bununla birlikte, fotolitografi tekniği gibi elektrod dizilerini imal etmek için geleneksel yöntemler,Karmaşık işlemler. Burada, tasarlanmış bir elektrot dizisi imal etmek için esnek bir yöntem sunmaktayız. Bir indiyum kalay oksit (ITO) camı dört fazlı bir elektrot dizisi oluşturmak için bir fiber lazer markalama makinesi (1,064 nm, 20 W, 90 ila 120 ns darbe genişliği ve 20 ila 80 kHz darbe tekrarlama frekansı) ile desenlenmiştir. Dört fazlı elektrik alanı oluşturmak için elektrotlar 2 kanallı bir fonksiyon üreticisine ve iki invertöre bağlanır. Bitişik elektrotlar arasındaki faz kayması 90 ° (EROT için) veya 180 ° (DEP için) olarak ayarlanır. Dört fazlı ITO elektrot dizisi ile AC elektrokinetik ölçümlerin temsili sonuçları sunulmuştur.

Dört fazlı elektrod dizisi bir fiber lazer markalama makinesi ile oluşturulmuştur. Cam üzerine kaplanmış ITO iletken katmanı, Şekil 1 B&#39;de gösterildiği gibi, 160 um&#39;lik bir aralıkla bir çapraz desen oluşturmak üzere bir odak lazeri ile çıkarılır. <img alt="Şekil 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55950/55950fig1.jpg" /> Şekil 1 : ITO Elektrodunun Hazırlanması. ( A ) Bir fiber lazer markalama makinesi (1,064 nm, 20 W, 90 ila 120 ns darbe genişliği ve 20 ila 80 kHz atım tekrarlama frekansı) ile dört fazlı ITO elektrodu oluşturma şeması. ( B ) Mikroskop altında çapraz elektrot dizisinin Parlak alan görüntüsü. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55950/55950fig1large.jpg" target="_blank">Bu incir daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız</a>obilyaları. İnvertörün devre şeması Şekil 2A&#39;da gösterilmektedir. Dört fazlı elektrik alanı oluşturmak için, elektrot dizisi 2 kanallı bir fonksiyon üreticisine ve iki invertöre bağlanır; Şekil 2 B. <img alt="şekil 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55950/55950fig2.jpg" /> Şekil 2 : Dört Fazlı Jeneratör Kurulumu ve Deneysel Mikroçip Bağlantısı. ( A ) İnvertörün devre diyagramı. ( B ) Deneysel mikroçipin şematiği. ( C ) Dört fazlı elektroddaki 4 kabloyu bantla doğrudan temas yoluyla bağlayın. ( D ) Bitişik elektrotlar arasındaki faz kayması ya 90 ° &#39;ye ayarlanır(EROT için) veya 180 ° (DEP için). <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55950/55950fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.</a> Silika parçacıkların bir tek tabakası, Şekil 3A&#39;da gösterildiği gibi, bir kapak camı kullanarak hafifçe etanol-silika parçacık damlasını sürükleyerek hazırlanır. Silika parçacıklarının tek katmanı Au ile kaplanacak püskürtme cihazına konur. Sonunda, Janus parçacıkları Şekil 3C&#39;de gösterildiği gibi hazırlanır. <img alt="Şekil 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55950/55950fig3.jpg" /> Şekil 3 : Janus Parçacıklarının Hazırlanma Prosedürleri. ( A ) Mikroskop altında silis parçacıklarının tek katmanı. ( B )Silika parçacıklarının tek katmanına ince bir Au katmanı kaplamanın şematik çizimi. ( C ) Janus parçacıklarının mikroskop altında parlak alan görüntüsü. Parçacıkların karanlık tarafı Au kaplamadır. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55950/55950fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.</a> Tamamen kaplanmış metal parçacıkların hazırlanması Şekil 4&#39;te gösterilmektedir. Bir kayar ve banttan oluşan kap, Şekil 4 A&#39;da gösterildiği gibi PDMS karışımı ile 2 ila 3 mm yüksekliğe yüklenir. PDMS karışımı, bir PDMS damgası oluşturmak için 2 saat boyunca 70 ° C&#39;de fırına konur. Düz bir yüzeye sahip olan PDMS damgası Şekil 4 B&#39;de gösterilmektedir. Tam olarak kaplanmış metal parçacıkların hazırlanma prosedürü Şekil 2&#39;de gösterilmiştir.4 C. Tamamen kaplanmış metalik parçacık Şekil 4 D&#39; de gösterilmektedir. <img alt="Şekil 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55950/55950fig4.jpg" /> Şekil 4 : Tamamen Kaplanmış Metalik Parçacıkların Hazırlanması. ( A ) Slayt bandı kabındaki PDMS karışımı. ( B ) Düz bir yüzeye sahip PDMS damgası. ( C ) Tam olarak kaplanmış metal parçacıkların hazırlanma işlemleri. ( D ) Tam olarak kaplanmış metalik parçacıkların mikroskop altında parlak alan görüntüsü. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55950/55950fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.</a> Parçacık EROT ve DEP&#39;nin temsili sonuçları Şekil 2&#39;de gösterilmektedir.E 5. Janus parçacıklarının EROT&#39;ları, genel olarak, Şekil 5 A&#39;da gösterildiği gibi, karakteristik bir frekansta maksimum bir açısal hızla elektrik alanı (karşı alan) zıt yöndedir. Janus parçacıklarının düşük frekanstaki EROT&#39;u, daha karmaşık polarizasyon mekanizması ve metalik yüzey yarıküresi 15 , 16 etrafındaki indüklenmiş yük elektroosmotik akışından dolayı olabilir, birlikte dosyalanma yönüne ters yönde döner. Silika parçacıklarının EROT&#39;su, tüm test frekans aralıklarında birlikte alan olup, karakteristik frekansı Şekil 5B&#39;de gösterildiği gibi en düşük test frekansında (~ 500 Hz) bulunmaktadır. Metalik parçacıkların EROT&#39;u, tüm test frekans aralıklarında karşı-alan ve karakteristik frekansı, Şekil 5C&#39;de gösterildiği gibi Janus parçacıklarınınkinden daha düşüktür. itibaren<html> Şekil 5 A-5C&#39;de farklı partikül türleri arasındaki elektrik alan frekansları ile CM faktörlerinin sanal bölümündeki değişimi görebiliriz. Ayrıca Janus parçacıklarının EROT karakteristik frekansının tamamen kaplanmış metal parçacıklardan daha yüksek olduğunu da görüyoruz. Bu sonuç, Janus parçacıklarının kutuplaşmasının doğrudan iki yarımküre yapılarının basit bir üstüste binme modeli ile açıklanamayacağını düşündürmektedir. Janus parçacıklarının kutuplaşması için daha karmaşık bir mekanizma var 2 . Metalik parçacıkların DEP ölçümleri Şekil 5D&#39;de gösterilmektedir. Sonuçlar, metalik parçacıkların DEP tepkisinin, daha düşük frekanslarda n-DEP olduğu, ancak daha yüksek frekanslarda p-DEP&#39;nin, karakteristik frekans ile uyuşan bir çapraz frekansı olduğunu göstermektedir EROT ölçümü. Yeniden 5 &quot;sınıf =&quot; xfigimg &quot;src =&quot; / dosyalar / ftp_upload / 55950 / 55950fig5.jpg &quot;/&gt; Şekil 5 : Parçacık EROT ve DEP&#39;nin Temsilci Sonuçları. ( A ) Janus parçacıklarının EROT spektrumu. ( B ) silis parçacıklarının EROT spektrumu. ( C ) tamamen kaplanmış metal parçacıkların EROT spektrumu. ( D ) tamamen kaplanmış metal parçacıkların DEP spektrumu. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55950/55950fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Janus Particles and Alternating Current Electrokinetic Measurements with a Rapidly Fabricated Indium Tin Oxide Electrode Array at JoVE.com

Preparation of Janus Particles and Alternating Current Electrokinetic Measurements with a Rapidly Fabricated Indium Tin Oxide Electrode Array

Bu makalede, kısmen veya tamamen kaplanmış metal parçacıkların hazırlanması ve hızla imal edilen indiyum kalay oksit (ITO) elektrot dizisi ile AC elektrokinetik özellik ölçümleri yapmak için basit bir yöntem gösterilmiştir.

Janus Parçacıklarının Hazırlanması ve Alternatif Akım Elektrokinetik Ölçümlerin Hızla Yapılmış İndiyum Kalay Oksit Elektrot Dizisi ile Hazırlanması

This article provides a simple method to prepare partially or fully coated metallic particles and to perform the rapid fabrication of electrode arrays, ...

preparation-janus-particles-alternating-current-electrokinetic

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Engineering

Unit 1

AC Circuit Analysis

SCIENTISTS IN ACTION

8.1K Görüntüleme.  National Taiwan University.  Bu makalede, kısmen veya tamamen kaplanmış metal parçacıkların hazırlanması ve hızla imal edilen indiyum kalay oksit (ITO) elektrot dizisi ile AC elektrokinetik özellik ölçümleri yapmak için basit bir yöntem gösterilmiştir. 

Video: Preparation of Janus Particles and Alternating Current Electrokinetic Measurements with a Rapidly Fabricated Indium Tin Oxide Electrode Array

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen 1-7. The performance of SOFCs and the rates of many chemical and energy transformation processes in energy storage and conversion devices in general are limited primarily by charge and mass transfer along electrode surfaces and across interfaces. Unfortunately, the mechanistic understanding of these processes is still lacking, due largely to the difficulty of characterizing these processes under in situ conditions. This knowledge gap is a chief obstacle to SOFC commercialization. The development of tools for probing and mapping surface chemistries relevant to electrode reactions is vital to unraveling the mechanisms of surface processes and to achieving rational design of new electrode materials for more efficient energy storage and conversion2. Among the relatively few in situ surface analysis methods, Raman spectroscopy can be performed even with high temperatures and harsh atmospheres, making it ideal for characterizing chemical processes relevant to SOFC anode performance and degradation8-12. It can also be used alongside electrochemical measurements, potentially allowing direct correlation of electrochemistry to surface chemistry in an operating cell. Proper in situ Raman mapping measurements would be useful for pin-pointing important anode reaction mechanisms because of its sensitivity to the relevant species, including anode performance degradation through carbon deposition8, 10, 13, 14 ("coking") and sulfur poisoning11, 15 and the manner in which surface modifications stave off this degradation16. The current work demonstrates significant progress towards this capability. In addition, the family of scanning probe microscopy (SPM) techniques provides a special approach to interrogate the electrode surface with nanoscale resolution. Besides the surface topography that is routinely collected by AFM and STM, other properties such as local electronic states, ion diffusion coefficient and surface potential can also be investigated17-22. In this work, electrochemical measurements, Raman spectroscopy, and SPM were used in conjunction with a novel test electrode platform that consists of a Ni mesh electrode embedded in an yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte. Cell performance testing and impedance spectroscopy under fuel containing H2S was characterized, and Raman mapping was used to further elucidate the nature of sulfur poisoning. In situ Raman monitoring was used to investigate coking behavior. Finally, atomic force microscopy (AFM) and electrostatic force microscopy (EFM) were used to further visualize carbon deposition on the nanoscale. From this research, we desire to produce a more complete picture of the SOFC anode.

We present a unique platform for characterizing electrode surfaces in solid oxide fuel cells (SOFCs) that allows simultaneous performance of multiple characterization techniques (e.g. in situ Raman spectroscopy and scanning probe microscopy alongside electrochemical measurements). Complementary information from these analyses may help to advance toward a more profound understanding of electrode reaction and degradation mechanisms, providing insights into rational design of better materials for SOFCs.

Katı Oksit Yakıt Hücreleri Elektrot Yüzeyler Sondalama ve Haritalama

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Mühendislik

Characterization of Electrode Materials for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries Using Synchrotron Radiation Techniques

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. During insertion or removal of alkali metal ions, the redox states of transition metals in the compounds change and structural transformations such as phase transitions and/or lattice parameter increases or decreases occur. These behaviors in turn determine important characteristics of the batteries such as the potential profiles, rate capabilities, and cycle lives. The extremely bright and tunable x-rays produced by synchrotron radiation allow rapid acquisition of high-resolution data that provide information about these processes. Transformations in the bulk materials, such as phase transitions, can be directly observed using X-ray diffraction (XRD), while X-ray absorption spectroscopy (XAS) gives information about the local electronic and geometric structures (e.g.&#160;changes in redox states and bond lengths). In situ experiments carried out on operating cells are particularly useful because they allow direct correlation between the electrochemical and structural properties of the materials. These experiments are time-consuming and can be challenging to design due to the reactivity and air-sensitivity of the alkali metal anodes used in the half-cell configurations, and/or the possibility of signal interference from other cell components and hardware. For these reasons, it is appropriate to carry out ex situ experiments (e.g.&#160;on electrodes harvested from partially charged or cycled cells) in some cases. Here, we present detailed protocols for the preparation of both ex situ and in situ samples for experiments involving synchrotron radiation and demonstrate how these experiments are done.

We describe the use of synchrotron X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray diffraction (XRD) techniques to probe details of intercalation/deintercalation processes in electrode materials for Li-ion and Na-ion batteries. Both in situ and ex situ experiments are used to understand structural behavior relevant to the operation of devices

Sinkrotron Radyasyon Teknikleri Kullanarak Lityum İyon ve Sodyum iyon piller için elektrot Malzemelerin Karakterizasyonu

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. ...

Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The protocol details the procedures to construct a versatile, reusable, multiple layer, laminated dielectrophoresis chamber. Specifically, six layers of 50 &#181;m x&#160;0.7 cm x&#160;2 cm graphene paper and five layers of double sided tape were alternately stacked together, then clamped to a glass slide. Then a 700 &#956;m diameter micro-well was drilled through the laminated structure using a computer-controlled micro drilling machine. Insulating properties of the tape layer between adjacent graphene layers were assured by resistance tests. Silver conductive epoxy connected alternate layers of graphene paper and formed stable connections between the graphene paper and external copper wire electrodes. The finished device was then clamped and sealed to a glass slide. The electric field gradient was modeled within the multi-layer device. Dielectrophoretic behaviors of 6 &#956;m polystyrene beads were demonstrated in the 1 mm deep micro-well, with medium conductivities ranging from 0.0001 S/m to 1.3 S/m, and applied signal frequencies from 100 Hz to 10 MHz. Negative dielectrophoretic responses were observed in three dimensions over most of the conductivity-frequency space and cross-over frequency values are consistent with previously reported literature values. The device did not prevent AC electroosmosis and electrothermal flows, which occurred in the low and high frequency regions, respectively. The graphene paper utilized in this device is versatile and could subsequently function as a biosensor after dielectrophoretic characterizations are complete.

A microdevice with high throughput potential is used to demonstrate three-dimensional (3D) dielectrophoresis (DEP) with novel materials. Graphene nanoplatelet paper and double sided tape were alternately stacked; a 700 &#956;m micro-well was drilled transverse to the layers. DEP behavior of polystyrene beads was demonstrated in the micro-well.

3D Grafen Elektrot dielektroforetik Cihazı Geliştirilmesi

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The ...

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions. Oxide interfaces exhibit a wide range of properties that can be controlled include conduction, piezoelectric behavior, ferromagnetism, superconductivity and nonlinear optical properties. Recently, methods for controlling these properties at extreme nanoscale dimensions have been discovered and developed. Here are described explicit step-by-step procedures for creating LaAlO3/SrTiO3 nanostructures using a reversible conductive atomic force microscopy technique. The processing steps for creating electrical contacts to the LaAlO3/SrTiO3 interface are first described. Conductive nanostructures are created by applying voltages to a conductive atomic force microscope tip and locally switching the LaAlO3/SrTiO3 interface to a conductive state. A versatile nanolithography toolkit has been developed expressly for the purpose of controlling the atomic force microscope (AFM) tip path and voltage. Then, these nanostructures are placed in a cryostat and transport measurements are performed. The procedures described here should be useful to others wishing to conduct research in oxide nanoelectronics.

Oxide nanostructures provide new opportunities for science and technology. The interfacial conductivity between LaAlO3 and SrTiO3 can be controlled with near-atomic precision using a conductive atomic force microscopy technique. The protocol for creating and measuring conductive nanostructures at LaAlO3/SrTiO3 interfaces is demonstrated.

Yazma ve Oksit Nanoyapıların Düşük Sıcaklık Karakterizasyonu

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

Preparation and Friction Force Microscopy Measurements of Immiscible, Opposing Polymer Brushes

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low friction at the interface. Nevertheless, these systems can be sensitive to wear due to interdigitation of the opposing brushes. In a recent publication, we have shown via molecular dynamics simulations and atomic force microscopy experiments, that using an immiscible polymer brush system terminating the substrate and the slider surfaces, respectively, can eliminate such interdigitation. As a consequence, wear in the contacts is reduced. Moreover, the friction force is two orders of magnitude lower compared to traditional miscible polymer brush systems. This newly proposed system therefore holds great potential for application in industry. Here, the methodology to construct an immiscible polymer brush system of two different brushes each solvated by their own preferred solvent is presented. The procedure how to graft poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) from a flat surface and poly(methyl methacrylate) (PMMA) from an atomic force microscopy (AFM) colloidal probe is described. PNIPAM is solvated in water and PMMA in acetophenone. Via friction force AFM measurements, it is shown that the friction for this system is indeed reduced by two orders of magnitude compared to the miscible system of PMMA on PMMA solvated in acetophenone.

The methodology to perform friction force microscopy experiments for contacting brushes is presented: Two polymer brushes that are grafted from (a) substrates and (b) colloidal probes are slid to show that, by using two contacting immiscible brush systems, friction in sliding contacts is reduced compared to miscible brush systems.

Polimer Fırçalar Karşı karışmayan hazırlanması ve Sürtünme Kuvvet Mikroskobu Ölçümleri,

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low ...

Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently more difficult than measuring the flow of a transparent fluid, since optical methods are not applicable. Ultrasound can be used to measure the velocity of an opaque fluid, not only at isolated points, but at hundreds or thousands of points arrayed along lines, with good temporal resolution. When applied to a liquid metal electrode, ultrasound velocimetry involves additional challenges: high temperature, chemical activity, and electrical conductivity. Here we describe the experimental apparatus and methods that overcome these challenges and allow the measurement of flow in a liquid metal electrode, as it conducts current, at operating temperature. Temperature is regulated within &#177;2 &#176;C using a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller that powers a custom-built furnace. Chemical activity is managed by choosing vessel materials carefully and enclosing the experimental setup in an argon-filled glovebox. Finally, unintended electrical paths are carefully prevented. An automated system logs control settings and experimental measurements, using hardware trigger signals to synchronize devices. This apparatus and these methods can produce measurements that are impossible with other techniques, and allow optimization and control of electrochemical technologies like liquid metal batteries.

Ultrasound velocimetry is used to study mixing by fluid flow in liquid metal electrodes. The focus of this manuscript is to illustrate the methods used for making precise, spatially-resolved ultrasound measurements while limiting oxidation and controlling and monitoring temperature, applied current, and the heater power being supplied.

Sıvı Metal Elektrot Ultrason Hızı Ölçümü

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently ...

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules is reported. The entire sequence of relevant experimental steps is described, involving the fabrication of nanostructured substrates using electron beam lithography, immobilization of biomolecules on the substrates, and their characterization utilizing surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). Three different designs of nano-biological systems are employed, including protein A, glucose binding protein, and a dopamine binding DNA aptamer. In the latter two cases, the binding of respective ligands, D-glucose and dopamine, is also included. The three kinds of biomolecules are immobilized on nanostructured substrates by different methods, and the results of SERS imaging are reported. The capabilities of SERS to detect vibrational modes from surface-immobilized proteins, as well as to capture the protein-ligand and aptamer-ligand binding are demonstrated. The results also illustrate the influence of the surface nanostructure geometry, biomolecules immobilization strategy, Raman activity of the molecules and presence or absence of the ligand binding on the SERS spectra acquired.

We describe the fabrication and characterization of nano-biological systems interfacing nanostructured substrates with immobilized proteins and aptamers. The relevant experimental steps involving lithographic fabrication of nanostructured substrates, bio-functionalization, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) characterization, are reported. SERS detection of surface-immobilized proteins, and probing of protein-ligand and aptamer-ligand binding is demonstrated.

Yüzey EBL Fabrikasyon Nanostructured Alt Tabakalar Kullanma biyomoleküllerin Raman Spektroskopisi Algılama Geliştirilmiş

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

Iridium Oxide-reduced Graphene Oxide Nanohybrid Thin Film Modified Screen-printed Electrodes as Disposable Electrochemical Paper Microfluidic pH Sensors

A facile, controllable, inexpensive and green electrochemical synthesis of IrO2-graphene nanohybrid thin films is developed to fabricate an easy-to-use integrated paper microfluidic electrochemical pH sensor for resource-limited settings. Taking advantages from both pH meters and strips, the pH sensing platform is composed of hydrophobic barrier-patterned paper micropad (&#181;PAD) using polydimethylsiloxane (PDMS), screen-printed electrode (SPE) modified with IrO2-graphene films and molded acrylonitrile butadiene styrene (ABS) plastic holder. Repetitive cathodic potential cycling was employed for graphene oxide (GO) reduction which can completely remove electrochemically unstable oxygenated groups and generate a 2D defect-free homogeneous graphene thin film with excellent stability and electronic properties. A uniform and smooth IrO2 film in nanoscale grain size is anodically electrodeposited onto the graphene film, without any observable cracks. The resulting IrO2-RGO electrode showed slightly super-Nernstian responses from pH 2-12 in Britton-Robinson (B-R) buffers with good linearity, small hysteresis, low response time and reproducibility in different buffers, as well as low sensitivities to different interfering ionic species and dissolved oxygen. A simple portable digital pH meter is fabricated, whose signal is measured with a multimeter, using high input-impedance operational amplifier and consumer batteries. The pH values measured with the portable electrochemical paper-microfluidic pH sensors were consistent with those measured using a commercial laboratory pH meter with a glass electrode.

The study demonstrates the growth of iridium oxide-reduced graphene oxide (IrO2-RGO) nanohybrid thin films on irregular and rough screen-printed carbon substrate through a green electrochemical synthesis, and their implementation as a pH sensor with a patterned paper-fluidic platform.

Tek Elektrokimyasal Kağıt mikroakışkan pH Sensörler olarak iridyum Oksit azaltılmış Grafen Oksit nanohibrit İnce Film Modifiye Ekran baskılı Elektrotlar

A facile, controllable, inexpensive and green electrochemical synthesis of IrO2-graphene nanohybrid thin films is developed to fabricate an easy-to-use ...

Non-aqueous Electrode Processing and Construction of Lithium-ion Coin Cells

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational analysis. Testing of lithium-ion batteries in an academic setting has taken on several forms, but at the most basic level lies the coin cell construction. In traditional LIB electrode preparation, a multi-phase slurry composed of active material, binder, and conductive additive is cast out onto a substrate. An electrode disc can then be punched from the dried sheet and used in the construction of a coin cell for electrochemical evaluation. Utilization of the potential of the active material in a battery is critically dependent on the microstructure of the electrode, as an appropriate distribution of the primary components are crucial to ensuring optimal electrical conductivity, porosity, and tortuosity, such that electrochemical and transport interaction is optimized. Processing steps ranging from the combination of dry powder, wet mixing, and drying can all critically affect multi-phase interactions that influence the microstructure formation. Electrochemical probing necessitates the construction of electrodes and coin cells with the utmost care and precision. This paper aims at providing a step-by-step guide of non-aqueous electrode processing and coin cell construction for lithium-ion batteries within an academic setting and with emphasis on deciphering the influence of drying and calendaring.

Non-aqueous electrode processing is central to the construction of coin cells and the evaluation of new electrode chemistries for lithium-ion batteries. A step-by-step guide to the basic practices needed as an electrochemical engineer working with batteries in an academic experimental setting is furnished.

Lityum-ion Coin Hücrelerinin Susuz Elektrot İşleme ve İnşaat

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational ...

Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing technology is used to fabricate particles with slender arms connected at a common center. Shapes explored are crosses (two perpendicular rods), jacks (three perpendicular rods), triads (three rods in triangular planar symmetry), and tetrads (four arms in tetrahedral symmetry). Methods for producing on the order of 10,000 fluorescently dyed particles are described. Time-resolved measurements of their orientation and solid-body rotation rate are obtained from four synchronized videos of their motion in a turbulent flow between oscillating grids with R&#955; = 91. In this relatively low-Reynolds number flow, the advected particles are small enough that they approximate ellipsoidal tracer particles. We present results of time-resolved 3D trajectories of position and orientation of the particles as well as measurements of their rotation rates.

We use 3D printing to fabricate anisotropic particles in the shapes of jacks, crosses, tetrads, and triads, whose alignments and rotations in turbulent fluid flow can be measured from multiple simultaneous video images.

Oryantasyon ve dönme hızının ölçülmesi yöntemleri türbülansına tanecikler 3D basılmış

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing ...