تصور هيكل الحل في الواجهات الصلبة والسائلة باستخدام رسم خرائط القوة السريعة ثلاثية الأبعاد

Elias Nakouzi; Sakshi Yadav; Benjamin A. Legg; Shuai Zhang; Jinhui Tao; Christopher J. Mundy; Gregory K. Schenter; Jaehun Chun; James J. De Yoreo

doi:10.3791/62585

Method Article

تصور هيكل الحل في الواجهات الصلبة والسائلة باستخدام رسم خرائط القوة السريعة ثلاثية الأبعاد

DOI:

10.3791/62585

⸱

August 6th, 2021

Elias Nakouzi¹ , Sakshi Yadav¹ , Benjamin A. Legg¹ , Shuai Zhang¹^,² , Jinhui Tao¹ , Christopher J. Mundy¹^,³ , Gregory K. Schenter¹^,⁴ , Jaehun Chun¹^,⁵ , James J. De Yoreo¹^,²

¹Physical and Computational Sciences Directorate, Pacific Northwest National Laboratory, ²Department of Materials Science and Engineering, University of Washington, ³Department of Chemical Engineering, University of Washington, ⁴Department of Chemistry, Washington State University, ⁵CUNY City College of New York

Summary

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

هنا ، نقدم بروتوكولا لاستخدام رسم خرائط القوة السريعة ثلاثية الأبعاد - تقنية الفحص المجهري للقوة الذرية - لتصور بنية المحلول في واجهات صلبة سائلة بدقة دون النانومتر عن طريق رسم خرائط تفاعلات عينة الطرف داخل المنطقة البينية.

Abstract

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

من بين التحديات التي تواجه مجموعة متنوعة من مجالات البحث تصور الواجهات الصلبة والسائلة وفهم كيفية تأثرها بظروف المحلول مثل تركيزات الأيونات والأس الهيدروجيني والروابط والمواد المضافة النزرة ، بالإضافة إلى علم البلورات والكيمياء الأساسية. في هذا السياق ، ظهر رسم خرائط القوة السريعة ثلاثية الأبعاد (3D FFM) كأداة واعدة للتحقيق في بنية الحل في الواجهات. تعتمد هذه القدرة على الفحص المجهري للقوة الذرية (AFM) وتسمح بالتصور المباشر للمناطق البينية في ثلاثة أبعاد مكانية بدقة دون النانومتر. نقدم هنا وصفا مفصلا للبروتوكول التجريبي للحصول على بيانات 3D FFM. تتم مناقشة الاعتبارات الرئيسية لتحسين معلمات التشغيل اعتمادا على العينة والتطبيق. علاوة على ذلك ، تتم مناقشة الطرق الأساسية لمعالجة البيانات وتحليلها ، بما في ذلك تحويل أجهزة المراقبة المقاسة إلى خرائط قوة عينة الطرف التي يمكن ربطها بهيكل الحل المحلي. أخيرا ، نلقي الضوء على بعض الأسئلة المعلقة المتعلقة بتفسير بيانات FFM ثلاثي الأبعاد وكيف يمكن لهذه التقنية أن تصبح أداة مركزية في ذخيرة علوم السطح.

Introduction

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

تحدث العديد من الظواهر المثيرة للاهتمام في غضون بضعة نانومترات من واجهة صلبة سائلة حيث تتحلل النظريات الكلاسيكية للتفاعلات الغروية¹. تنظم جزيئات المذيبات والأيونات في أنماط غير متوقعة² وعمليات متنوعة ، مثل التحفيز³ ، وامتصاص الأيونات⁴^،⁵ ، ونقل الإلكترون⁶^،⁷ ، والتجميع الجزيئي^{الحيوي 8} ، وتجميع الجسيمات⁹ ، والمرفق¹⁰^،¹¹ ، والتجميع

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

1. تحميل ومعايرة طرف AFM

نظف طرف الكابولي عن طريق غمره في الماء ومذيبات الأيزوبروبانول على التوالي لعدة دقائق لإزالة الملوثات والممتزات العضوية. تشمل الطرق الشائعة الأخرى للتنظيف المعالجة السطحية بالأرجون والبلازما أو الأشعة فوق البنفسجية والأوزون.
ملاحظة: كن متسقا في إعداد العينة والناتئ عند مقارنة مجموعات البيانات المختلفة. قد تؤثر التغييرات في عملية التنظيف على خصائص الطرف مثل كيمياء السطح أو المحبة للماء أو حتى الشكل ، وبالتالي تؤثر على القوى المقاسة⁴⁰.
نظف حامل الكابولي بالماء ومذيبات الأيزوبروبانول أيضا.
قم بتحميل الكابول في الحامل باستخدام مشبك الحامل أو المسمار ، كما ه....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

يقدم الشكل 2 أ مخططا لرسم خرائط القوة ثلاثية الأبعاد. على غرار تقنيات AFM الأخرى التي تعمل في وضع تعديل السعة ، يتم مسح ناتئ متذبذب عبر السطح. بالإضافة إلى ارتفاع الطرف عند كل إحداثي ، يتم جمع ملاحظات الأجهزة مثل إزاحة الطور والسعة مع اقتراب الطرف وتراجع عن السطح. والنتيجة هي مجموعة بيانات ثلاثية الأبعاد من الملاحظات - لا سيما سعة التذبذب ، وتحول الطور ، وانحراف الطرف - والتي يمكن تحويلها بسهولة إلى قياس للقوة المؤثرة على الحافة. هذه الطريقة لتعديل الطرف مناسبة لمعدلات الاستحواذ السريعة وتنت.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

تحديد تلميح AFM
كما هو الحال مع أي تطبيق AFM ، فإن الخصائص الرئيسية لطرف المسبار هي تردد الرنين ، وحجم الكابولي ، ونصف قطر الطرف ، ومادة الطرف ، وثابت الزنبرك. أبلغت جميع أدبيات FFM ثلاثية الأبعاد تقريبا حتى الآن عن استخدام أطراف صلبة عالية التردد. الأمثلة الأكثر شيوعا هي الأطراف القائمة على السيليكون (على سبيل المثال ، AC55TS ، PPP-NCH ، Tap300-G ، إلخ) التي يمكن استخدامها في أوضاع الرنين الأعلى¹⁴. اختارت مجموعات بحثية أخرى نصائح الكربون USC-F5-k30-10. تتم مناقشة بعض الاعتبارا.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

ويعلن أصحاب البلاغ عدم وجود مصالح مالية متنافسة أو أي تضارب في المصالح.

Acknowledgements

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

نشكر الدكتورة مارتا كوكون (أبحاث اللجوء) ، والدكتور تاكيشي فوكوما (كانازاوا) ، والدكتور ريكاردو غارسيا (CSIC مدريد) ، والدكتورة أنجيليكا كونلي (بيليفيلد) ، والدكتور رالف بيكشتاين (بيليفيلد) ، وسيباستيان سيبرت (بيليفيلد) ، والدكتور هيروشي أونيشي (كوبي) على المناقشات المفيدة.

تم دعم تطوير البروتوكول التجريبي ثلاثي الأبعاد FFM كجزء من IDREAM (ديناميكيات الوجه في البيئات والمواد المشعة) ، وهو مركز أبحاث حدودي للطاقة بتمويل من وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) ، ومكتب العلوم (SC) ، ومكتب علوم الطاقة الأساسية (BES). تم دعم تطوير كود تحليل بيانات 3D FFM من قبل برنامج البحث والتطوير الموجه بالمختبر (LDRD) في مختبر شمال ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
طرف AC55TS AFM	أوليمبوس
سايفر VRS مجهر القوة الذرية	أبحاث
PPP-NCH AFM طرف	أجهزة الاستشعار
Tap300-G AFM طرف	الميزانية
USC-F5-k30-10 طرف AFM	Nanoworld
(لاحظ أن هناك حاجة إلى خيار واحد فقط من خيارات طرف AFM)

اللجوءالنانوية

References

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

Israelachvili, J. N. Intermolecular and Surface Forces. Third edition. , Academic Press. (2011).
Israelachvili, J. N., Pashley, R. M. Molecular layering of water at surfaces and origin of repulsive hydration forces. Nature. 306, (1983).
Bentley, C. L., Kang, M., Unwin, P. R.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

تصور هيكل الحل في الواجهات الصلبة والسائلة باستخدام رسم خرائط القوة السريعة ثلاثية الأبعاد

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles