مقالة منهجية

التصوير المقطعي الطاقة المتشتتة الأشعة السينية ل3D عنصري رسم الخرائط من الجسيمات النانوية الفردية

DOI:

10.3791/52815

⸱

يوليو 5, 2016

 ,  , 
1School of Materials, University of Manchester

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم وصف استخدام التصوير المقطعي بالأشعة السينية المشتتة للطاقة في المجهر الإلكتروني لنقل المسح لتوصيف التوزيعات الأولية داخل الجسيمات النانوية المفردة في ثلاثة أبعاد.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
يوفر التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة < p class = 'jove_content'> داخل المجهر الإلكتروني لنقل المسح الضوئي (STEM) تحليلا عنصريا دقيقا بدقة مكانية عالية ، بل إنه قادر على توفير خرائط عنصرية تم حلها ذريا. في هذه التقنية ، يسقط شعاع إلكتروني عالي التركيز على عينة رقيقة ويتم قياس طاقة الأشعة السينية المنبعثة من أجل تحديد الأنواع الذرية للمواد داخل مسار الحزمة. يمكن توسيع تقنية التحليل الطيفي الحساسة عنصريا هذه إلى التصوير المقطعي ثلاثي الأبعاد من خلال الحصول على صور طيفية متعددة مع إمالة العينة على طول محور عمودي على اتجاه شعاع الإلكترون.

غالبا ما تكون توزيعات العناصر داخل الجسيمات النانوية المفردة مهمة لتحديد خصائصها البصرية والتحفيزية والمغناطيسية. توفر تقنيات مثل التصوير المقطعي بالأشعة السينية ورسم خرائط الأشعة السينية المشتتة للطاقة في المجهر الإلكتروني الماسح تصويرا ثلاثي الأبعاد حساسا عنصريا ولكنها تقتصر عادة على الدقة المكانية التي تبلغ > 20 نانومتر. يوفر التصوير المقطعي لمسبار الذرة دقة ذرية قريبة ، لكن إعداد عينات من الجسيمات النانوية لتحليل مسبار الذرة غالبا ما يكون أمرا صعبا. وبالتالي ، فإن التقنيات الحساسة عنصريا المطبقة داخل المجهر الإلكتروني لإرسال المسح يتم وضعها بشكل فريد لدراسة توزيعات العناصر داخل الجسيمات النانوية بأبعاد 10-100 نانومتر.

هنا ، يتم تطبيق التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) داخل STEM للتحقيق في توزيع العناصر في جسيمات AgAu النانوية المفردة. لوحظ الفصل السطحي لكل من Ag و Au ، في تركيبات مختلفة من الجسيمات النانوية.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

والهدف من هذه الطريقة هو توفير تحديد دقيق لتوزيع ثلاثي الأبعاد من عناصر داخل النانوية واحدة. ويتم ذلك من خلال استخدام والتشتت التحليل الطيفي للطاقة الأشعة السينية (EDX) بالتزامن مع إعادة الإعمار تصوير الشعاعي الطبقي أجريت في المجهر الإلكتروني الماسح نقل (STEM).

منذ فترة طويلة تستخدم الطاقة التشتت الأشعة السينية الطيفي كأسلوب لتحديد ومكانيا خريطة العناصر الموجودة في عينات المجهر الإلكتروني النافذ. مع ظهور الحلقي عالية زاوية حقل الظلام (HAADF) التصوير المقطعي STEM للتصوير ثلاثي الأبعاد من المواد البلورية 1، اقترح التشتت طاقة الأشعة السينية التصوير المقطعي أيضا كوسيلة للسماح تحديد توزيعات عنصري في ثلاثة أبعاد 2. ومع ذلك، كانت الدراسات المبكرة محدودة نظرا لتصميم أجهزة الكشف بالأشعة السينية في المجهر الإلكتروني النافذ. على وجه التحديد هذه دي التقليديTECTOR كانت لها والكفاءة جمع منخفضة نسبيا وقياس أي إشارة في طائفة واسعة من الميل زوايا بسبب التظليل من 2،3 صاحب العينة. جعلت مقدمة من تصاميم هندسية جديدة من الأشعة السينية للكشف داخل (المسح الضوئي) المجهر الإلكتروني النافذ التشتت طاقة الأشعة السينية التصوير المقطعي تقنية قابلة للحياة، وأدى إلى عدد من الدراسات الحديثة 4-6.

HAADF STEM التصوير هو وضع التصوير المقطعي الإلكترون تستخدم على نطاق واسع وغير قادرة على توفير المعلومات التركيبية في حالات محددة على أساس حساسية العدد الذري من شدة إشارة HAADF. على سبيل المثال، HAADF التصوير المقطعي هي مناسبة تماما لدراسة الجسيمات النانوية مع المناطق عنصري منفصلة، ​​على سبيل المثال، واضحة المعالم التضاريسية الأساسية قذيفة 7، ولكن لا يمكن أن تستخدم عندما تكون العناصر توزيع أكثر تعقيدا. الإلكترون فقدان الطاقة الطيفي (ثعابين) يوفر نهج متكامل لتحديد ثلاثة إيليمي الأبعادتوزيعات ntal داخل STEM 8. في هذه التقنية تستخدم الفاقد من الطاقة من شعاع الالكترون الحادث لتحديد توزيع العينة وهذا له ميزة أعلى نسبة الإشارة إلى الضوضاء مما هو في كثير من الأحيان التي حصلت عليها EDX الطيفي 9. العيب من ثعابين غير أن الاعتبارات نثر متعددة تفرض قيودا صارمة على سمك العينة، وفي عدة حالات معقدة التحليل عن وجود حواف بداية تأخير أو ميزات الطيفية متداخلة. وهكذا، غالبا ما تناسب EDX الطيفي أفضل لدراسة العناصر الثقيلة مثل تلك التي غالبا ما ترتبط مع أنظمة جسيمات متناهية الصغر الحفازة أو plasmonic 9. بالإضافة إلى ذلك، كما يتم جمع صورة الطيف الكامل في EDX الطيفي هو واضح ومباشر لتحديد بأثر رجعي عناصر غير متوقعة، وهو أكثر صعوبة في الطاقة تصفيتها انتقال المجهر الإلكتروني (EFTEM) وثعابين بسبب تواتر المعلومات عنصري تداخل أو يجري خارجالمدى الطيفي من مجموعة البيانات.

العينة الهندسة مثالية لEDX التصوير المقطعي يتكون من إبرة شكل عينة معلقة في فراغ وعلى طول وجهة تصوير الشعاعي الطبقي الميل محور 4. يضمن هذا الوضع أنه لا يوجد التظليل للكشف عن EDX في أي زاوية الميل إما عن طريق العينة أو صاحب العينة. ومع ذلك، هو التجمع من الإبرة على شكل العينات المطلوبة لأنظمة جسيمات متناهية الصغر تحديا 10 و عينة إعداد عادة يتكون من مجرد نقل الجسيمات النانوية على فيلم الكربون شبكة الدعم تيم رقيقة. وتستخدم هذه الشبكات مع حامل العينة التصوير المقطعي مصممة خصيصا بحيث يمكن أن يميل إلى زوايا كبيرة (≈ ± 75 درجة) ولكن التظليل للكشف عن EDX ضمن هذا النطاق من عينة الميل زوايا أمر لا مفر منه، ويمكن أن تؤدي إلى تدهور نوعية تصوير الشعاعي الطبقي الناتج إعادة الإعمار. هذا التظليل هو سمة من الإعداد المجهر للكشف عن حامل معين، وبالتالي يمكن أن تردعتستخرجه قياس عينة المعايرة المناسبة قبل شراء 11. النانوية كروية واحدة هي عينة المعايرة مثالية كما كثافة من التهم الأشعة السينية من هذه العينات يجب أن تظل ثابتة على كل زوايا الميل. التظليل كاشف ومن ثم يمكن تعويضه إما متفاوتة في اكتساب الوقت في كل زاوية أو الضرب مع معامل التصحيح بعد الحصول على البيانات. يتم استخدام النهج السابق، لأن ذلك يقلل من جرعة الإلكترون مع تعظيم إشارة إلى نسبة الضوضاء.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. الجسيمات النانوية التجميعي

  1. حل 10 غرام من البولي فينيل-pyrrolidone (PVP) (MW = 10000 جم / مول) في 75 مل من جلايكول الإثيلين في RT. إضافة 400 ملغ من AGNO 3 إلى هذا الحل.
  2. حل ضجة حتى AGNO 3 يذوب تماما وبالتالي الحرارة على موقد إلى 100 ​​درجة مئوية في معدل ثابت من 1 درجة مئوية دقيقة -1. دعونا رد فعل المضي قدما في 100 درجة مئوية لمدة 1.5 ساعة.
  3. إضافة 175 مل من الماء المقطر وبارد لRT. أجهزة الطرد المركزي في 8000 x ج، وإزالة طاف والجسيمات النانوية redisperse في 50 مل من الماء المقطر. كرر ثلاث مرات.
  4. حل 500 ملغ من PVP (55،000 جم / مول) في 500 مل من جلايكول الإثيلين في RT. إضافة هذا الحل و 27.8 مل من تعليق جسيمات متناهية الصغر حج من الخطوة السابقة إلى 1000 مل قارورة أسفل جولة. تسخين قارورة في 100 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة.
  5. إضافة tetrachloroaurate الهيدروجين هيدرات إلى 1000 مل من الماء لتكوين محلول 0.2 ملي من AuCl 4 - (عبد القدير) . إضافة 100، 200، 300 أو 400 مل قسامات من AuCl 4 0.2 ملم - (عبد القدير) قطرة قطرة إلى الحل التي تم الحصول عليها في الخطوة السابقة للحصول على الجسيمات النانوية جانب agau من المتوسط ​​Ag93Au7 تكوين (حج 93 في٪ الاتحاد الافريقي 7 في٪)، Ag82Au18 ( حج 82 في٪ الاتحاد الافريقي 18at٪)، Ag78Au22 (حج 78 في٪ 22 الاتحاد الافريقي في المائة)، وAg66Au34 (حج 66 في٪ 18 الاتحاد الافريقي في٪) على التوالي.
  6. بارد لRT ثم يغسل بالماء المقطر ثلاث مرات من قبل جولات متتالية من الطرد المركزي في 8000 x ج، وإزالة طاف وredispersion في 50 مل من الماء المقطر. إضافة 0.05 مل من محلول جسيمات متناهية الصغر إلى 10 مل من الماء DI.

إعداد نموذج 2. تيم

  1. ماصة ما يقرب من 0.05 مل من محلول جسيمات متناهية الصغر الدخول إلى هولي / مستمرة شبكة تيم الكربون. استخدام الدعم المعادن المستخدمة في شبكات تيم من البريليوم للحد زائفة الأشعة السينية، على الرغم من أن النحاس أو الاتحاد الافريقي الشبكة لن يكون كافيا إذا لم تكن هناك قمم متداخلة في المصالح مع النحاس أو الاتحاد الافريقي في الطيف EDX العينة. استخدام أكبر منيأحجام ش (على سبيل المثال، 200 شبكة) للحد من إمكانية التظليل من الشبكة.
  2. بعد أن جفت حل جسيمات متناهية الصغر، وتنظيف شبكات تيم عن طريق غسل الشبكات في الميثانول النقي أو الإيثانول. قطرات ماصة 10-20 على شبكة تيم في حين يقام باستخدام الملقط كروس مكافحة الشعرية. إزالة أي السائل الزائد بعد كل قطرة من الشبكة باستخدام ورق الترشيح لمسها بلطف إلى حافة الشبكة.
  3. شبكة يصلب في حوالي 80 درجة مئوية (ويفضل أن يكون في فراغ) للحد من التلوث تحت شعاع الإلكترون عن طريق إزالة أو شل حركة أي تلوث المتبقية.

3. توصيف الكاشف تظليل

  1. النانوية الحمل على تيم شبكة الدعم إلى حامل التصوير المقطعي ثم تضاف حامل في تيم.
  2. انتظر فراغ المجهر لتصل إلى قيمة مستقرة مناسبة (أقل من حوالي 1.8 × 10 -7 تور). صمامات عمود مفتوحة، وضمان شعاع الإلكترون يمكن أن ينظر إليه على المجاهر الشوري الفلورسنتreen.
  3. محاذاة الجذعية.
    ملاحظة: هنا، التحالفات لتيتان G2 انحراف في جانب التحقيق تصحيح أداة الجذعية تعمل على 200 كيلو فولت جنبا إلى جنب مع حامل 2020 المقطعي موصوفة. قد تختلف إجراءات المواءمة المثلى لالمجاهر الأخرى قليلا من تلك التي وصفها.
    1. في وضع الحيود STEM، استخدام صورة الظل خارج نطاق التركيز لجلب عينة إلى ارتفاع eucentric. للقيام بذلك، إمالة مرحلة بين ± 15 ° عن طريق الضغط على زر ألفا المتذبذب في علامة التبويب بحث وتقليل أي تحرك من الميزات في العينة عن طريق ضبط ض الارتفاع.
    2. نقل العينة بحيث شعاع أكثر من ثقب في العينة والتأكد من أن فتحة المكثف مناسبة تتماشى بشكل صحيح عن طريق توسيط ظل فتحة في ظل تركز صورة من التحقيق. تمايل كثافة وضمان تحقيق تركيزا لا يتحرك للتحقق من اختلالها شعاع الميل.
    3. نقل العينة بحيث مساحة الكربون غير المتبلور في طريقة العرض والتركيز على أن تكونأنا في وضع الحيود للحصول على Ronchigram. التركيز تمايل لمراقبة الانحرافات داخل Ronchigram، وتصحيح لهذه (على سبيل المثال، الاستجماتيزم وغيبوبة المحورية) إذا لزم الأمر.
  4. تتبع الخطوط العريضة للمربع الشبكة (وثيقة واحدة إلى مركز الشبكة) عن طريق اختيار "مشاهدة المقاطع الصوتية" في علامة التبويب "بحث" وبعد الخطوط العريضة للمربع الشبكة بينما التصوير. هذا ما يجعلها قابلة لضمان تنفيذ القياسات اللاحقة للجسيمات الدقيقة التي هي في وسط الساحة الشبكة من أجل الحد من احتمال التظليل من شبكة الدعم. إذا تم تنفيذ عملية الاستحواذ على الجسيمات بالقرب من شريط الشبكة سيتم مظلل زوج واحد من الكشف عن أكثر من مجموعة أكبر بكثير من عينة الميل الزوايا.
  5. العثور على جسيمات التمثيلي داخل الجزء الأوسط من مربع الشبكة. الميل إلى مجموعة الميل القصوى من صاحب (عادة ± 70 درجة) في حين التصوير لضمان أن جسيمات متناهية الصغر لا تحجب تلميع الرخام والجراالحانات د في يميل حامل كبيرة.
  6. الحصول HAADF وEDX صور الطيف باستخدام اكتساب الوقت ثابت (على سبيل المثال، 5 دقائق) على مجموعة كاملة من زوايا الميل (عادة ± 70 درجة) باستخدام الزيادات الزاوي بين 5-10 درجة. أولا، الحصول على صورة HAADF نظرة عامة عن طريق النقر الحصول في الجزء التصوير. اختر نافذة رسم الخرائط حول جسيمات متناهية الصغر عن طريق سحب مربع على هذه الصورة واضغط عليه.
  7. استخراج مميزة التهم الأشعة السينية من الصور الطيف EDX لتحديد فترات زمنية للحصول على البيانات عن طريق فتح datacubes الطيفية في برامج معالجة الصور (مثل ملفات RAW). ثم، خلاصة القول كثافة شرائح من datacube التي تتوافق مع قنوات الطاقة من القمم ذات الاهتمام باستخدام وظائف slice2D وخلاصة القول، شملت مخطوطات كرمز الإضافي 1-3.

4. EDX التصوير المقطعي اكتساب

  1. كرر الخطوات من 3،1-3،5 لعينة جسيمات متناهية الصغر من الفائدة.
  2. الحصول على HAADFالثانية EDX صور الطيف مع فترات زمنية تحدد من توصيف للكشف التظليل من الفرع السابق لمجموعة من عينة الميل زوايا (عادة ± 70 درجة)، وبنفس الطريقة التي يعامل بها خطوة 3.6.

5. إعادة الإعمار والتخيل

  1. تجميع سلسلة الميل الصور HAADF إلى تنسيق ملف MRC من خلال إحدى الطرق التالية:
    1. استخدام MRC الكاتب في صورة التصور البرنامج 12 (ملف> حفظ باسم> MRC الكاتب) بعد استيراد tifs HAADF باعتباره "تسلسل الصور".
    2. بدلا من ذلك، استخدم الدالة tif_to_mrc في حزمة برامج التصوير المقطعي 13.
  2. عبر المضاهاة من الصور HAADF في البرنامج المختار للحصول على محاذاة الخام من سلسلة الميل. حفظ البيانات موازنة إما الملف .sft أو كما xcorr.txt الملف. في برنامج التصوير المقطعي إعداد عامل تصفية في إطار تصفية الإعداد التي توفر أشد الذروة في الجزء الارتباط عبر. <رأ>
  3. وفي وقت لاحق، اضغط استمر في حساب محاذاة التحولات نافذة لأداء العلاقة عبر لسلسلة الميل بأكملها. كرر محاذاة حتى التحولات المحلية هي أقل من 1 بكسل، وضمان لحفظ جميع الملفات التحول في كل خطوة كنص.
    ملاحظة: الإعداد الدقيق للمرشح يستخدم عند تنفيذ عبر ارتباط ضروري أحيانا لضمان مواءمة جيدة من البيانات سلسلة الميل.
  • في برامج معالجة الصور، تحميل datacubes الطيفية المكتسبة واستخراج الخرائط التي هي شرائح لخص من قنوات الطاقة المقابلة لعناصر من الاهتمام باستخدام وظائف slice3d والبرمجة المبلغ، ومخطوطات شملت كرمز التكميلي 4 و 5.
  • تطبيق التحالفات تحديد من الصور HAADF إلى خرائط عنصري EDX المستخرج. تنفيذ هذه البرامج في التصوير المقطعي إعادة الإعمار في علامة التبويب محاذاة تطبيق عن طريق اختيار "استخدم التحولات من محاذاة عرض البيانات".
  • إذا لزم الأمر، نفذ الميل تعديل محور فيالتصوير المقطعي برنامج إعادة الإعمار في صورة سلسلة HAADF وتنطبق على كل من الصور والخرائط HAADF EDX عن طريق فحص "استخدام تصحيحات من الميل محور تعديل المهام" في "تطبيق محاذاة" علامة التبويب.
  • إعادة بناء مجموعة البيانات الشعاعي الطبقي لكل من إشارات عنصري EDX المستخرجة باستخدام خوارزمية متزامنة تقنية إعادة الإعمار تكرارية (سرت) تنفذ ضمن حزمة برمجيات التصوير المقطعي، وضمان أن أبعاد إعادة البناء هي نفسها بالنسبة لجميع العناصر. في برنامج التصوير المقطعي إعادة الإعمار، وإعداد المعلمات في نافذة حجم إعادة إعمار (حجم الصوت، 20 تكرارات، الخ) واضغط متابعة. تأكد من أن المعلمات إعادة الإعمار هي نفسها لكل عنصر.
  • استخراج orthoslices من إعادة البناء عنصري منفصلة عن طريق اختيار صورة> الأكوام> المتعامدة المشاهدات في البرنامج صورة تصور 12.
  • بناء وتصور أبعد orthoslices، وحجم، وإعادة السطحnderings من إعادة البناء باستخدام برنامج التصور. تحميل جميع عمليات إعادة البناء عنصري وضمان أن يتم تعيين نطاق بشكل صحيح لأن هذا هو في كثير من الأحيان لا يتم نقل الملفات من .rec.
    1. حدد الكائن إعادة الإعمار في المجمع الكائن والنقر بزر الماوس الأيمن واختر وحدة orthoslice لاستخراج orthoslice. انقر بزر الماوس الأيمن على إعادة الإعمار وحدد حجم التقديم لانتزاع جعل حجم. استخراج isosurface بالنقر بزر الماوس الأيمن على إعادة الإعمار واختيار isosurface.
      ملاحظة: تقسيم تلقائي من خلال العتبة هي طريقة أكثر قوة ولكن أين إشارة إلى نسبة الضوضاء رديئة تجزئة اليدوية قد يكون ضروريا لإزالة voxels صاخبة من خارج حجم جسيمات متناهية الصغر لرؤية isosurface.

    • النتائج

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

    يتم عرض خصائص كشف التظليل لحامل التصوير المقطعي 2020 في تيتان G2 ChemiSTEM في الشكل 1A. أجهزة الكشف المستخدمة هنا هي أن للسوبر-X كاشف، التي يعمل فيها أربعة أجهزة الكشف في زوايا السمتي متساوية من 90 درجة حول محور البصري، مما أدى إلى زاوية كشف الصلبة أكبر من 0.6 ريال 14. يسمح توصيف للكشف عن تحديد مدة التحصيل تصوير الشعاعي الطبقي تعويض المعروضة في الشكل 1B. بعد تطبيق هذه الأوقات اكتساب التهم في كل زاوية الميل يجب أن تظل ثابتة تقريبا للجسيمات الدقيقة الواحدة، كما هو مبين في الشكل 1C.

    وقد تم التحقيق النانوية متعلق بنظام المعدنين جانب agau، التي جمعتها رد فعل استبدال كلفاني، وذلك باستخدام التصوير المقطعي EDX في STEM. في هذا التفاعل، حل AuCl 4 - هووأضاف أن بذور جسيمات متناهية الصغر حج. يتم تقليل او على سطح النانوية كما حج يتأكسد، مما أدى إلى تكوين متعلق بنظام المعدنين وتفريغ من البذور الأولي. سابقا، كان يعتقد أن حج والاتحاد الافريقي شكلت سبيكة متجانسة خلال هذه العملية وأن الاختلافات في الخصائص التحفيزية والبصرية كانت ببساطة بسبب تفريغ والاختلافات التركيبية السائبة. ومع ذلك، وثلاث خرائط عنصر الأبعاد أجريت باستخدام التصوير المقطعي EDX كشف العزل السطح داخل النانوية جانب agau توليفها من رد فعل كلفاني (الشكل 2). في تركيبة منخفض الاتحاد الافريقي، النانوية عرض واضح الفصل سطح الاتحاد الافريقي. ومع ذلك، كما يزيد محتوى الاتحاد الافريقي هذا الفصل سطح مفاتيح بحيث لأعلى محتويات الاتحاد الافريقي هناك واضح حج الفصل السطح (الشكل 3). هذا التحول من العزل سطح يرتبط مع التغيرات في العائد من propargylamines في تفاعل ثلاثة اقتران مكون توليفها من قبل تختلفالتراكيب والأنف والحنجرة من هذه الجسيمات النانوية جانب agau.

    شرائح من خلال إعادة التي هي طبيعية لاتجاه شعاع الالكترون توفر بالمقارنة مع خريطتين عنصري الأبعاد القياسية. تحتوي على الخرائط الأولية معلومات عن تركيبة لخص على طول اتجاه الشعاع وهذه غالبا ما تكون صعبة لتفسير نظرا لتداخل المناطق من التراكيب المختلفة، أو في حالة جانب agau النانوية التحقيق هنا، ويرجع ذلك إلى إدراج أعلى وأسفل السطوح في الإسقاط (الشكل 3A-C). أخذ شرائح من خلال إعادة يسمح للإزالة من شدة المرتبطة الأسطح العلوية والسفلية من الجزيئات، وبالتالي يؤدي إلى عرض أكثر وضوحا من الفصل السطح في هذه الحالة (الشكل 3D-F).

    figure-results-1
    توصيف كشف التظليل باستخدام جسيمات متناهية الصغر جانب agau واحدة. (A) وتهم حج والاتحاد الافريقي قمم الأشعة السينية بوصفها وظيفة من زاوية الميل من جسيمات متناهية الصغر جانب agau واحدة عند توظيف الوقت المحدد حيازة (5 دقائق). مرات (ب) اكتساب العزم من (A) واستخدمت بعد ذلك للحصول على سلسلة الميل. (ج) تهم حج والاتحاد الافريقي قمم الأشعة السينية بوصفها وظيفة من زوايا الميل من جسيمات متناهية الصغر جانب agau واحدة عند توظيف مدة التحصيل من (B). لا تزال التهم ثابتة تقريبا على كل زوايا الميل. من سلاتر وآخرون. 15. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    figure-results-2
    الرقم 2. إعادة بناء المحتوى الاتحاد الافريقي منخفض جانب agau جسيمات متناهية الصغر. (A) Orthoslice من خلال إعادة بناء الاتحاد الافريقي. (ب) Orthoslice من خلال إعادة حج. ملامح (C) خط اتخذت خلال orthoslices (A) و (B) التي تظهر واضحة العزل سطح الاتحاد الافريقي في هذا جسيمات متناهية الصغر. التصور (D) السطح من إعادة البناء حج والاتحاد الافريقي. من سلاتر وآخرون. 15. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    figure-results-3
    الشكل 3. إعادة بناء على نسبة عالية الاتحاد الافريقي جانب agau جسيمات متناهية الصغر. (A) خريطة 2D EDX من الاتحاد الافريقي و (ب) خريطة 2D EDX من حج. (C) خط ملف تعريفالبريد اتخذت من خلال الخرائط 2D EDX (A) و (B) تبين صعوبة في تحديد الفصل السطح في هذا جسيمات متناهية الصغر من 2D خرائط وحدها. (D) Orthoslice من خلال إعادة بناء الاتحاد الافريقي. (E) Orthoslice من خلال إعادة حج. (F) لمحات الخط اتخذت خلال orthoslices (D) و (E) التي تظهر واضحة العزل سطح حج في هذا جسيمات متناهية الصغر. (G) التصور السطحي لإعادة البناء حج والاتحاد الافريقي. من سلاتر وآخرون. 15. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    المناقشة

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

    بروتوكول المقدمة هنا يوفر طريقة لتحديد توزيع عنصر من أي جسيمات متناهية الصغر متعددة العناصر في ثلاثة أبعاد. في حالة الجسيمات النانوية جانب agau المعروضة هنا، وتحديد الفصل سطح كلا العنصرين بشكل واضح ويظهر أن تكون مرتبطة إلى العائد الحفاز في رد فعل اقتران مكون ثلاثة. هذا يدل بوضوح على فائدة هذه التقنية في المساعدة على شرح الخصائص الفيزيائية والكيميائية للأنظمة جسيمات متناهية الصغر.

    وكما هو الحال في تيم دائما، ينبغي توخي الحذر في إعداد العينات لضمان أفضل النتائج الممكنة. الغسل الكامل والصلب من شبكات بعد إيداع حل جسيمات متناهية الصغر أهمية خاصة لتجنب تراكم تلوث الكربون من خلال جرعة الإلكترون الكبيرة اللازمة لEDX التصوير المقطعي. الجرعة الكبيرة المستخدمة ويمكن أيضا أن يؤدي إلى أضرار جسيمة في هولي الأفلام الكربون، لا سيما إذا كان على الشرائح الرقيقة التي غالبا ما توجد بين حفرةيمكن الصورة، ولكن الأفلام دعم نيتريد السيليكون صالح أكسدة النانوية 16.

    تصحيح الآثار للكشف التظليل مهم لإنتاج إعادة الإعمار دقيقة، ولا سيما اذا كان هذا الاسلوب هو ليتم تطبيقها لرسم الخرائط الكمي للتوزيعات عنصري في المستقبل. ويمكن تحقيق ذلك من خلال توصيف دقيق لتلقي بظلالها على كشف وفي وقت لاحق متفاوتة الجرعة الإلكترون إلى جسيمات متناهية الصغر. بدلا من ذلك، التظليل يمكن تعويضه عن طريق ضرب صور الطيف بمعامل تصحيح بعد الاستحواذ. ومع ذلك، فإن تطبيق هذه التقنية لتوفير المعلومات الكمية في ثلاثة أبعاد ليست بعد ممكنا بسبب الإلكترون الضرر شعاع من الجسيمات النانوية التي تحد من التهم الأشعة السينية للتحقيق في كل صورة الطيف.

    مطلوب معايرة من أجل التعويض عن EDX للكشف التظليل بوصفها وظيفة من زاوية الميل لمزيج المجهر للكشف عن حامل معين. ركلات الترجيحيجب في البداية أن تحدد adowing باستخدام عينة أن يعطي أي تباين في التهم الأشعة السينية لمختلف زوايا عينة الميل والجسيمات النانوية كروية فردية ومن المتوقع أن تلبي هذه المعايير، عند تكوينها غير مستقر في ظل شعاع الالكترون على الوقت الذي يستغرقه للحصول على الميل سلسلة. وبالإضافة إلى ذلك، لالنانوية البلورية، أي الميل الزوايا التي يتم توجيه شعاع الالكترون على طول يجب إزالة كبرى منطقة محور جسيمات متناهية الصغر وينبغي أن تكون جسيمات متناهية الصغر صغيرة بما يكفي لتجنب امتصاص كبير للأشعة السينية. لذلك، عندما يتم الحصول على EDX صور الطيف من جسيمات متناهية الصغر واحدة على مجموعة كاملة من زوايا عينة الميل ممكنة باستخدام اكتساب الوقت ثابت، أي اختلافات في كثافة مميزة الأشعة السينية قياس سوف يكون راجعا إلى كاشف التظليل وحدها. لمدة التحصيل، وبالتالي فإن الجرعة، ثم يتم تختلف في الاستحواذ اللاحقة للتعويض عن التظليل وهذا يعني أن العدد الكلى للإشارة ما يقرب من يخدعSTANT لجميع الصور الطيف المكتسبة في سلسلة الميل.

    بالمقارنة مع HAADF أو الثعابين وسائط التصوير، EDX الحصول على البيانات تصوير الشعاعي الطبقي لا يزال في مراحله المبكرة جدا. وعلى الرغم من إدخال الأشعة السينية للكشف مع زوايا الصلبة أعلى من الحد الأكبر من EDX التصوير المقطعي، كما هو الحال بالنسبة للثنائي الأبعاد التصوير EDX في كثير من الأحيان، هو إشارة منخفضة. على الرغم من هذا، ميزة واحدة أن EDX الطيفي قد تعقد أكثر من ثعابين لبعض الأنظمة جسيمات متناهية الصغر هي في تحديد كميات صغيرة من العناصر الثقيلة في النانوية كبيرة إلى حد ما. النانوية المتعددة المكونات أكبر (> 100 نانومتر) غالبا ما تكون مناسبة تماما للدراسات EDX كما أنها توفر المزيد من التهم وهناك عدد أقل من القضايا مع deconvolving التداخل الطيفية، ولكن يجب الحرص على استخدام الطاقة العالية قمم الأشعة السينية التي تخضع لامتصاص قليلا.

    وعموما، EDX التصوير المقطعي هو وسيلة ممتازة لتحديد توزيعات عنصري داخل النانوية في ثلاثة أبعاد، althoلاف تقتصر على الجسيمات النانوية التي يمكن أن تحمل جرعة الإلكترون عالية نسبيا دون أضرار كبيرة. سوف زيادات أخرى في زاوية صلبة من الأشعة السينية للكشف داخل STEM ومزيد من التحسين من أصحاب العينة الشعاعي الطبقي تسمح هذه التقنية للمضي قدما إلى أبعد من ذلك وتصبح وسيلة هامة في توصيف الجسيمات النانوية الفردية.

    الإفصاحات

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

    الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

    شكر وتقدير

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

    TJAS وSJH أشكر الهندسة في المملكة المتحدة ومجلس بحوث العلوم الطبيعية، (جرانت أرقام EP / G035954 / 1 و EP / L01548X / 1) لدعم التمويل. الكتاب نود أن نشيد بالدعم من الحكومة HM (المملكة المتحدة) لتوفير الأموال اللازمة لتيتان G2 80-200 S / تيم المرتبطة القدرة البحثية لمركز أبحاث التصنيع المتقدم النووية.

    المواد

    قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
    الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
    Titan G2 80-200 STEMFEIمع كاشف Super-X
    2020 حامل التصوير المقطعيFischione
    فيلم الكربون على شبكة نحاسية 200 شبكةAgar ScientificAGS160
    EDX برنامج الاستحواذBrukerEsprit
    المحاذاة المقطعية وإعادة البناءFEIInspect3D ، بدائل تتوفر
    حزمة برامج المحاذاة المقطعية وإعادة الإعمارجامعة كولورادوIMOD, البدائل المتاحة
    برنامج التصورFEIAvizo, البدائل المتاحة
    برامج معالجة الصورGatanDigital Micrograph, البدائل المتاحة
    برنامج تصور الصورمفتوح المصدرفيجي, البدائل المتاحة
    بولي فينيل بيروليدونسيجما ألدريتش856568
    الإيثيلين جلايكولسيجما ألدريتشV900208
    نترات الفضةسيجما ألدريتش209139
    الطرد المركزيالطاولة 75007200
    القاع المستديرةسيجما ألدريتشZ41،452-21،000 مل
    رباعي كلورو الهيدروجين ثلاثي الهيدراتسيجما ألدريتش520918
    على قارورة

    المراجع

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
    1. Midgley, P. A., Weyland, M. 3D electron microscopy in the physical sciences: the development of Z-contrast and EFTEM tomography. Ultramicroscopy. 96, 413-431 (2003).
    2. Mobus, G., Doole, R. C., Inkson, B. J. Spectroscopic electron tomography. Ultramicroscopy. 96, 433-451 (2003).
    3. Kotula, P., Brewer, L., Michael, J., Giannuzzi, L. Computed Tomographic Spectral Imaging: 3D STEM-EDS Spectral Imaging. Microsc. Microanal. 13, 1324-1325 (2007).
    4. Lepinay, K., Lorut, F., Pantel, R., Epicier, T. Chemical 3D tomography of 28 nm high K metal gate transistor: STEM XEDS experimental method and results. Micron. 47, 43-49 (2013).
    5. Genc, A., et al. XEDS STEM tomography for 3D chemical characterization of nanoscale particles. Ultramicroscopy. 131, 24-32 (2013).
    6. Goris, B., Polavarapu, L., Bals, S., Van Tendeloo, G., Liz-Marzan, L. M. Monitoring galvanic replacement through three-dimensional morphological and chemical mapping. Nano Lett. 14, 3220-3226 (2014).
    7. Goris, B., et al. Three-dimensional elemental mapping at the atomic scale in bimetallic nanocrystals. Nano Lett. 13, 4236-4241 (2013).
    8. Jarausch, K., Thomas, P., Leonard, D. N., Twesten, R., Booth, C. R. Four-dimensional STEM-EELS: Enabling nano-scale chemical tomography. Ultramicroscopy. 109, 326-337 (2009).
    9. von Harrach, H., et al. Comparison of the Detection Limits of EDS and EELS in S/TEM. Microsc. Microanal. 16, 1312-1313 (2010).
    10. Tedsree, K., et al. Hydrogen production from formic acid decomposition at room temperature using a Ag-Pd core-shell nanocatalyst. Nat. Nanotechnol. 6, 302-307 (2011).
    11. Slater, T. J. A., Camargo, P. H., Burke, M. G., Zaluzec, N. J., Haigh, S. J. Understanding the limitations of the Super-X energy dispersive x-ray spectrometer as a function of specimen tilt angle for tomographic data acquisition in the S/TEM. J. Phys. Conf. Ser. 522, 012025(2014).
    12. Schindelin, J., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat. Methods. 9, 676-682 (2012).
    13. Kremer, J. R., Mastronarde, D. N., McIntosh, J. R. Computer visualization of three-dimensional image data using IMOD. J. Struct. Biol. 116, 71-76 (1996).
    14. von Harrach, H., et al. An integrated Silicon Drift Detector System for FEI Schottky Field Emission Transmission Electron Microscopes. Microsc. Microanal. 15, 208-209 (2009).
    15. Slater, T. J. A., et al. Correlating Catalytic Activity of Ag-Au Nanoparticles with 3D Compositional Variations. Nano Lett. 14, 1921-1926 (2014).
    16. Lewis, E., et al. Real-time imaging and elemental mapping of AgAu nanoparticle transformations. Nanoscale. 6, 13598-13605 (2014).

    إعادة الطباعة والأذونات

    طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

    طلب إذن

    الوسوم

    STEM EDX

    مقالات ذات صلة