Name: 准备一个仙人掌电子源并估计其亮度 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-11-05T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 14 s
Description: 学习制备海绿石电子源并评估其亮度，用于低能电子显微镜成像。该方法采用不锈钢管和钨丝组装，结合静电透镜实现大源物距，有效降低源崩溃风险和图像畸变，为纳米尺度电磁场研究提供稳定高亮度的替代电子发射源。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

作者谨此感谢 Marjorie Sweetko 对本文英文表述的润色。

1. 源的制备
注意：在我们的显微镜中，光源支撑部分由一块可加工的玻璃陶瓷板构成，一块内径为90 µm的不锈钢管从该板伸出1 cm，且板上设有电连接。
<ol>
	<li>纤维的制备
	<ol>
		<li>将光源支架固定在光学显微镜下。</li>
		<li>将直径为10 µm的碳纤维插入不锈钢管中，并用银漆将碳纤维粘接固定在管上。</li>
		<li>使用剪切镊子（在双目显微镜下）切割纤维，使伸出不锈钢管外的长度在100 µm至3 mm之间。 
		注意：碳纤维较脆；若伸出长度超过1 cm，在操作过程中结构断裂的风险将增加。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>含海绿石水溶液的制备
	<ol>
		<li>使用研钵和研杵将海绿石研磨成粉末。</li>
		<li>称取0.2 mg海绿石粉末，溶于10 mL去离子水中。</li>
		<li>将超声探头直接插入含海绿石的10 mL水溶液中，以打碎聚集体。通常使用30 kHz超声频率，功率50 W，处理30 s。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>沉积环境的准备
	<ol>
		<li>将毛细管支架连接至压力控制器。</li>
		<li>使用多向微操纵器将毛细管支架固定在光学显微镜下。</li>
		<li>将带有碳纤维的一端朝向毛细管支架的支撑物置于光学显微镜下。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>海绿石沉积
	<ol>
		<li>拉制一根末端内径为2–10 µm的微移液管，以确保分散的海绿石能够无阻碍地流动。
		<ol>
			<li>将玻璃毛细管固定在拉制仪的夹具中。根据膜片钳移液管尺寸设置正确的拉制参数（表1）。用含海绿石的水溶液填充微移液管。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>在显微镜下将微移液管安装至毛细管支架上。在光学显微镜下对齐微移液管与碳纤维。</li>
		<li>将微移液管靠近碳纤维尖端，距离保持在2–10 µm。</li>
		<li>对微移液管的宽口端施加逐步增加的压力。通常施加100 mbar压力，使液体在尖端形成液滴但不滴落。该液滴润湿碳纤维的尖端。</li>
		<li>撤回微移液管。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 启动源
注意：在我们的显微镜中，光源支撑装置固定在一个手动旋转法兰上，该法兰同时承载压电致动器，通过电信号控制物体相对于光源的移动（分辨率为 100 nm，范围为 25 mm）（见图 2）。该物体作为电子发射的电阳极；通常将其接地并置于光源前方。在本实验中，电压由不同电源手动控制。
<ol>
	<li>在真空条件下安装源极支架。</li>
	<li>将碳纤维和样品分别连接至两个高压电极引入端。</li>
	<li>检查各处接触的电连续性：阳极-样品、透镜和荧光屏；启动真空泵系统。</li>
	<li>在样品与电气接地之间连接量程为 µA 级的纳米安培计。</li>
	<li>缓慢增加施加在源极上的负偏压，速率约为 1 V/s。若阳极与源极间距为 1 mm，约在 2 kV 时开始发射，电流强度突然上升。</li>
	<li>降低电压，使电流强度稳定在数百 nA 水平。初始阶段，电流强度可能在多个数量级范围内波动。</li>
	<li>让系统持续波动数小时，直至波动减小；当波动幅度低于 10% 时，切断电压。</li>
</ol>
3. 源表征
注意：我们介绍一种探测光源特性的方法。为了估算光源亮度，使用了两台投影显微镜。在这些装置中，物体的阴影被投射到更远处的荧光屏上（图2）。光源（阴极）和物体（阳极）安装在同一微调法兰上，可在投影平面内共同旋转。一个带有荧光屏的简单短距离投影装置可实现低倍率投影。第二种装置包含一个静电透镜以及由双微通道板和荧光屏组成的组件，用于实现最高倍率的放大12。利用每幅投影图像中可获得的信息来低估亮度：即记录中可分辨的最小细节13。该最小可见细节取决于表观光源尺寸，其中包括光源尺寸引起的几何模糊、物体与光源之间的振动以及探测器分辨率。
<ol>
	<li>测量锥角
	<ol>
		<li>将光源转向简单的投影装置，利用旋转法兰观察电子束。</li>
		<li>使用手动微操纵器减小光源到屏幕的距离，使整个光斑完整显示在屏幕上；然后测量光源到屏幕的距离 D。</li>
		<li>通过旋转法兰改变电子束与屏幕法线之间的角度，拍摄屏幕上的图像。</li>
		<li>沿一个轴向绘制灰度强度分布曲线，并在给定的光源到屏幕距离 D 下确定发射半径 R（图3）。</li>
		<li>计算锥角：<img src="/files/ftp_upload/59513/59513eq1.jpg" alt="立体角公式 \( \Omega = \frac{\pi R^2}{D^2} \)，数学方程表示。" data-altupdatedat="1788282455000">，其中 R 为在给定光源到屏幕距离 D 下的发射半径。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>测量福勒-诺德海姆曲线
	<ol>
		<li>测量发射强度随施加于光源电压的变化关系：I(V)，其中 I 为在阳极测得的强度，V 为施加在碳纤维上的电压。</li>
		<li>绘制 <img src="/files/ftp_upload/59513/59513eq2.jpg" alt="静电平衡公式，ln(I/V²)=f(1/V)，数学方程图示，教学内容。" data-altupdatedat="1788282455000">。该曲线表现为一条随电压升高而下降的直线，并在最高电压处趋于饱和。示例见图4。最长的直线段是场致发射过程的特征标志。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>测量光源尺寸
	<ol>
		<li>利用旋转法兰将光源转向静电透镜。</li>
		<li>生成包含物体边缘显著菲涅耳衍射图案的投影图像：所需放大倍数约为20,000倍。在我们的显微镜中，可通过压电驱动器将光源到物体的距离固定在约100 µm，并配合使用单透镜静电透镜实现。</li>
		<li>测量屏幕上图像中可见的最清晰细节（图5）。 
		注：采用最清晰的条纹间距 δ 进行测量。</li>
		<li>计算光源尺寸：<img src="/files/ftp_upload/59513/59513eq3.jpg" alt="静电平衡，应力公式 S=δ/2G，材料变形分析方程。" data-altupdatedat="1788282455000">。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Forbes, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-macroscopic-field+electron+emission+from+carbon+films+and+other+electrically+nanostructured+heterogeneous+materials%3A+hypotheses+about+emission+mechanism%5BTitle%5D)+AND+%22Solid-State+Electronics%22%5BJournal%5D)">Low-macroscopic-field electron emission from carbon films and other electrically nanostructured heterogeneous materials: hypotheses about emission mechanism.</a> Solid-State Electronics. 45, 779-808 (2001).</li>
<li>Wang, C., Garcia, A., Ingram, D. C., Lake, M., Kordesch, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cold+field+emission+from+CVD+diamond+films+observed+in+emission+electron+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Electronics+Letters%22%5BJournal%5D)">Cold field emission from CVD diamond films observed in emission electron microscopy.</a> Electronics Letters. 27, 1459(1991).</li>
<li>Okano, K., Koizumi, S., Ravi, S., Silva, P., Amaratunga, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-threshold+cold+cathodes+made+of+nitrogen-doped+chemical-vapour-deposited+diamond%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Low-threshold cold cathodes made of nitrogen-doped chemical-vapour-deposited diamond.</a> Nature. 381, 140-141 (1996).</li>
<li>Geis, M. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+surface+electron-emission+mechanism+in+diamond+cathodes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A new surface electron-emission mechanism in diamond cathodes.</a> Nature. 393, 431-435 (1998).</li>
<li>Horch, S., Morin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Field+emission+from+atomic+size+sources%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Field emission from atomic size sources.</a> Journal of Applied Physics. 74 (6), 3652-3657 (1993).</li>
<li>Muller, H. U., Volkel, B., Hofmann, M., Woll, C., Grunze, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emission+properties+of+electron+point+sources%5BTitle%5D)+AND+%22Ultramicroscopy%22%5BJournal%5D)">Emission properties of electron point sources.</a> Ultramicroscopy. 50 (1), 57-64 (1993).</li>
<li>Qian, W., Scheinfein, M. R., Spence, J. C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brightness+measurements+of+nanometer-sized+field-emission-electron+sources%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Brightness measurements of nanometer-sized field-emission-electron sources.</a> Journal of Applied Physics. 73 (11), 7041-7045 (1993).</li>
<li>Rech, J. em, Grauby, O., Morin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-voltage+electron+emission+from+mineral+films%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+%26+Technology+B%22%5BJournal%5D)">Low-voltage electron emission from mineral films.</a> Journal of Vacuum Science & Technology B. 20 (1), 5-9 (2002).</li>
<li>Daineche, R., Degiovanni, A., Grauby, O., Morin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Source+of+low-energy+coherent+electron+beams%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Source of low-energy coherent electron beams.</a> Applied Physics Letters. 88, 023101(2006).</li>
<li>Salançon, E., Daineche, R., Grauby, O., Morin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+mineral+particle+makes+an+electron+point+source%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+%26+Technology+B%22%5BJournal%5D)">Single mineral particle makes an electron point source.</a> Journal of Vacuum Science & Technology B. 33, 030601(2015).</li>
<li>Prigent, M., Morin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Charge+effect+in+point+projection+images+of+Ni+nanowires+and+I+collagen+fibres%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+D%3A+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Charge effect in point projection images of Ni nanowires and I collagen fibres.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 34 (8), 1167-1177 (2001).</li>
<li>Salançon, E., Degiovanni, A., Lapena, L., Lagaize, M., Morin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+low-energy+electron+point-source+projection+microscope+not+using+a+sharp+metal+tip+performs+well+in+long-range+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Ultramicroscopy%22%5BJournal%5D)">A low-energy electron point-source projection microscope not using a sharp metal tip performs well in long-range imaging.</a> Ultramicroscopy. 200, 125-131 (2019).</li>
<li>Salançon, E., Degiovanni, A., Lapena, L., Morin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+spatial+resolution+detection+of+low-energy+electrons+using+an+event-counting+method%2C+application+to+point+projection+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">High spatial resolution detection of low-energy electrons using an event-counting method, application to point projection microscopy.</a> Review of Scientific Instruments. 89, 043301(2018).</li>
<li>Swanson, L. W., Crouser, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Total-Energy+Distribution+of+Field-Emitted+Electrons+and+Single-Plane+Work+Functions+for+Tungsten%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review%22%5BJournal%5D)">Total-Energy Distribution of Field-Emitted Electrons and Single-Plane Work Functions for Tungsten.</a> Physical Review. 163, 622(1967).</li>
</ol>

作者无竞争性财务利益。

该方案并非关键步骤，因为在微观尺度上，不同光源的几何形状各不相同。难点在于碳纤维较脆，切割时可能导致长度不合适。合适的长度约为 500 µm；切割面的微观形貌并不关键。关键步骤是在导电金属丝尖端沉积极少量晶体（理想情况下为单个晶体）。调整晶体浓度与沉积体积是最重要的环节。若晶体过多发生聚集，则会抑制发射。本文介绍了一种控制该过程的方法。由于起始过程的特性，即使沉积了少量晶体，最终也仅有一个晶体负责发射。另一个要求是构建凸起结构，以便接近阳极并实现定向发射。如果像以往研究那样将海绿石晶体沉积在碳膜上，则无法实现这一目标。
目前，电子青瓷源已常规用于低能电子点源投影显微镜中，并与单透镜系统相结合。由于该光源具有高亮度，在600 µm这一较大的工作距离下，通常可获得约30 nm的分辨率12。在点投影显微镜中，如此大的源-样品距离操作方便且具有优势。此外，较大的工作距离可避免样品受到任何电场效应的影响。该光源提供的高发射强度使得图像采集速度可达约每秒500帧的视频速率，且其结构稳定性相较于传统的场发射金属尖端更具实用性。除在我们的显微镜中使用...

由于金属/绝缘体结构具有较低的宏观电场，其电子发射特性已被研究了近20年1。其所涉及的电场强度仅为若干 V/µm 量级2,3,4，相比之下，传统的场致发射需要使用尖锐金属针尖并施加 V/nm 量级的电场5,6,7。这一特性可能解释了此类结构中易于引发的等离子体放电现象，而该现象在电子源技术中具有重要应用价值。数年前，我们尝试通过在电子透射用碳膜上沉积天然绝缘体薄膜，以研究这种低场发射行为8。实验选用了翡翠云母（celadonite）——一种产自巴西南里奥格兰德州阿梅蒂斯塔迪苏尔矿区巴拉那玄武岩中的绝缘矿物。
当研磨海绿石时，其晶体呈微米级尺寸的矩形薄片，厚度小于100 nm（典型尺寸：1,000 nm × 500 nm × 50 nm）。该晶体表面完全平整，在扫描电子显微镜下易于识别（图1）。薄膜通过将含有海绿石的水滴沉积在碳层上形成。随着施加电压的升高，其按照福勒-诺德海姆（Fowler-Nordheim）机制发射电子，并在最高电压下出现电流强度饱和现象。一项在投影系统中使用光阑的研究表明，单个发射体为点状源9。然而，若使用这种大面积薄膜并借助光阑选择发射源，则无法充分发挥点源的潜力。例如，低能电子点源投影显微镜中常用的点源可实现约100 nm的源-样品距离。但对于薄膜而言，如此短的源-样品距离是不可行的。因此，如何分离出单个晶体，并能够将样品移近该电子源，成为一项挑战。我们的解决方案是：首先使用一根直径10 µm的碳纤维，将水滴沉积于纤维尖端，从而自然限制海绿石晶体的数量；其次，控制水滴的体积：使用尖端直径约5 µm的微移液管，将其充满含海绿石的水溶液，并在微移液管入口处施加压力，形成微小液滴以润湿纤维尖端。本实验方案详细描述了电子源制备的完整流程。
所得源为同轴点光源，可实现光源、样品与电子光学系统之间的良好对准10。由于其10 µm的直径仍比超锐利针尖更宽，因此光源与样品之间的距离被限制在数十微米范围内。然而，我们最近研究表明，绿泥石源发射器结合单透镜的性能可与经典的点光源投影显微镜相媲美。由此实现的长距离成像甚至能够限制样品上的电荷效应11以及相关的图像畸变12,13。与尖锐金属针尖相比，绿泥石源还具有显著优势。它具有良好的机械稳定性：点光源位于晶体内部，因而可防止溅射损伤。该源可在相对较高的压力下工作：曾在10-2 mbar条件下持续运行数分钟。然而，其使用寿命和稳定性仍依赖于适当的真空条件。我们通常在10-8 mbar的真空度下使用绿泥石源，可获得长达数月的使用寿命。
本文旨在帮助所有希望利用海蓝宝石源产生相干电子束的人员。

<table><tbody><tr><td>碳纤维丝</td><td>Goodfellow</td><td>C 005711&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>碳纤维丝</td><td>三菱化学</td><td>DIALEAD</td><td></td></tr><tr><td>碳纤维丝</td><td>Solvay</td><td>THORNEL P25</td><td></td></tr><tr><td>碳纤维丝</td><td>Zoltek</td><td>PX35 Continuous Tow</td><td></td></tr><tr><td>钠云母</td><td></td><td></td><td>维罗纳绿土／颜料</td></tr><tr><td>双级微通道板与荧光屏组件</td><td>滨松光子</td><td>F2225-21S</td><td></td></tr><tr><td>流量控制器</td><td>Elveflow</td><td>OB1&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>可加工玻璃陶瓷</td><td>Macor</td><td></td><td></td></tr><tr><td>微量移液器拉制仪</td><td>Sutter Instruments</td><td>P2000&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>压电致动器</td><td>Mechonics</td><td>MS30&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>石英毛细管</td><td>Sutter Instrument&amp;nbsp;</td><td>B100-75-15&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>银漆</td><td>DODUCO GmbH</td><td>AUROMAL 38&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>超声波处理器</td><td>Hielscher / sonotrode MS3</td><td>UP50H&amp;nbsp;</td><td></td></tr></tbody></table>

制备青瓷矿电子源并估算其亮度

Preparing a Celadonite Electron Source and Estimating Its Brightness

本文所述的叶蜡石电子源在低能电子点源投影显微镜的长距离成像中表现出良好的性能。与尖锐金属针尖相比，该电子源具有显著优势。其结构坚固，使用寿命可达数月，并可在相对较高的压力下使用。叶蜡石晶体沉积于碳纤维顶端，并由同轴结构固定，确保电子束呈球形，且便于机械定位，以对齐电子源、样品与电子光学系统的轴线。晶体沉积通过微移液管生成含叶蜡石的水滴实现。可采用扫描电子显微镜观察以验证沉积效果，但该步骤会增加额外操作，从而提高损坏电子源的风险。因此，制备完成后，电子源通常直接在真空条件下插入投影显微镜中。通过第一路高压电源施加启动电压，以激发电子发射。随后测量所涉及的场致发射过程；此前已对数十个采用此方法制备的电子源观察到类似的发射行为。由于对电子源尺寸、单一能量下的发射强度以及投影系统中测得的电子束锥角存在高估，导致亮度被低估。

按照本方案详细步骤制备的碳纤维样品，在扫描电子显微镜（SEM）中于15 kV条件下获得了多张扫描电子显微图像。这些源在其顶端表现出一个，有时为两个晶体（图1）。然而，使用SEM需要将碳纤维固定在另一种支撑物上，而该支撑物在安装和拆卸过程中容易断裂。因此，尝试直接电子发射更为安全。通过投影显微镜测试（图2）表明，以这种方式制备的每个源均能发射电子。启动电压仅需施加一次。对于使用过的旧源，有时可将其启动电压用于另一个新源。
这些光源大多显示为一个单一的点光源（图3）：发射谱图仅显示一个连续的图像，无其他光斑。该光束的锥角约为1srd。
福勒-诺德海姆（Fowl...

本文介绍了一种制备青金石源并评估其亮度的方案，用于长距离成像低能电子点源投影显微镜。

此处描述的电子青瓷源在低能电子点源投影显微镜的长距离成像中表现良好。它呈现……

本方案旨在说明如何制备青金石电子源。此类电子源具有较长的使用寿命，其亮度与填充式金属发射尖端相当。在投影显微镜中使用该青金石电子源，并结合静电透镜，可实现较大的源物距离工作条件。通过减小物体上的局部场效应，可防止源的崩溃风险和图像畸变。开始此操作时，将源插入内径为90微米的不锈钢管中。将直径为50微米的钨丝插入管内，并在刀片下滚动管子，将其切割至所需长度。在光学显微镜下固定源极支撑部分。将一根10微米的碳纤维插入不锈钢管中，并用银漆将碳纤维粘接到管上。在双目显微镜下，使用剪切镊子剪断纤维，使纤维在不锈钢管外保留100微米至3毫米的长度。接着，用研钵和研杵研磨海绿石。称取0.2毫克海绿石粉末，并将其溶于10毫升去离子水中。将超声探头直接放入含有海绿石的水中，使用30千赫的超声频率和50瓦的功率超声处理30秒，以打散聚集体。为准备沉积环境，将毛细管固定器连接至压力控制器。在配备多向微操纵器的光学显微镜下固定毛细管固定器。将支撑物置于显微镜下，使碳纤维面向毛细管夹持器。接着，将一根玻璃毛细管固定在极性夹具中。根据文本方案中的表一，确保极性参数根据膜片电极的尺寸正确设置，并拉制一根末端内径在2至10微米之间的微电极，以允许分散的海绿石无阻碍地流动。然后，用含有海绿石的水填充微量移液器。在显微镜下，将微量移液器安装到毛细管固定架上，并使其与碳纤维对齐。增加微量移液器宽端的压力，使液体在其出口处形成液滴但不滴落。将碳纤维向上移动至接触液滴，使液滴润湿碳纤维的尖端。随后，收回碳纤维。在显微镜下，将源插入源支撑座中。在真空环境下安装源支架。将碳纤维和样品分别连接到两个高压电极引线端。检查每个接触点的电路连通性，并将法兰安装到实验装置上。此后，开启真空抽气。在样品与电性接地之间连接一个量程为微安范围的纳米安培计。以大约每秒一伏的速度缓慢增加施加到源极的负偏置电压。如果阳极距离源一毫米，则当电压升至约两千伏时，电流强度会突然增加，此时开始发射。随后立即降低电压，使电流强度稳定在数百纳安的水平。在初始阶段，电流强度可能在多个数量级范围内波动。强度可能会波动数小时。等待波动减小至低于10%后再切断电压。开始时，使用旋转法兰将光源转向简易投影装置，以观察电子束。使用显微操作器减小源到屏幕的距离，使整个光斑落在屏幕上。测量源到屏幕的距离。通过旋转法兰改变电子束与屏幕法线之间的角度，并拍摄屏幕图像。沿一个轴绘制灰度强度分布曲线，并根据给定的源到屏幕距离确定发射半径。按照文本实验方案中所述方法计算锥角。随后，在阳极测量发射强度随施加于源端的电压的变化关系，同时记录施加在碳纤维上的电压。根据文本方案，创建针绿泥石源的福勒-诺德海姆（Fowler-Nordheim）图。该曲线在最高电压下将显示一条随饱和而下降的直线。最长的直线是场致发射过程的特征标志。为测量光源尺寸，使用旋转法兰将光源转向静电透镜。调节强度，使在最高放大倍数下仍能获得信号。先用 L1 进行初次放大，然后将物体向光源方向移动。最后，激活 L2 以生成一幅投影图像，该图像在物体边缘包含一个巨大的菲涅耳衍射图案。在屏幕上测量图像中可见的最清晰细节，并根据文本方案中所述方法计算光源尺寸。在 15 千伏或 3 千伏条件下，获得了多张青瓷石沉积在碳纤维上的扫描电子显微镜图像。源的顶端通常有一个，有时有两个晶体。然而，使用扫描电镜（SEM）需要将碳纤维固定在另一种支撑物上，而这种支撑物在安装和拆卸过程中容易损坏。因此，尝试直接电子发射更为安全。在投影显微镜中进行的测试表明，以这种方式制备的每个光源均能发射。启动仅需进行一次。这些光源中的大多数显示出一个单一的点光源。发射轮廓显示仅有一个连续的图像，无其他光斑。福勒-诺德海姆图显示出10个数量级的直线段以及在较高电压下的饱和现象。对于给定电压，所获得的饱和区域取决于结构，但当电流强度从约10微安升高时，斜率系统性地减小。随后通过测量所生成图像上的最小细节来估算光源尺寸。该图像为物体的菲涅尔衍射图样。此处，干涉条纹的消失归因于光源的尺寸。在本方案中，最重要的是在尖端状导体的顶端获得一块青瓷石单晶，以便能够将样品靠近光源进行成像。其中关键步骤是在光纤顶端沉积一滴浓度适宜的含青瓷石水溶液。在配备静电透镜的投影显微镜中使用这种青瓷石电子源，可实现较大的光源与样品之间的距离。这使得开发离轴自显影技术成为可能，从而能够探测纳米级物体周围的磁场和电场。

preparing-a-celadonite-electron-source-and-estimating-its-brightness

Research

科研

JoVE Journal

Engineering

工程

准备一个仙人掌电子源并估计其亮度

研制出一种集成器件，结合了染料敏化太阳能电池和三重态-三重态湮灭上转换单元，能够从更宽的太阳光谱范围内增强光捕获能力。在适度辐照条件下，该器件对低能光子的响应显著增强，使染料敏化太阳能电池的性能指标达到创纪录水平。...

将三重态-三重态湮灭上转换系统整合以增强染料敏化太阳能电池对亚带隙光的响应

本文概述了一种对有源光电器件进行全方位微区表征的工作流程。该方法结合了计算机断层扫描（CT）、光学显微镜（LM）和扫描电子显微镜（SEM），可同时实现结构与功能的分析。本方法以白光发光二极管（LED）为例进行了演示，该器件在表征过程中仍可正常工作。...

结合X射线计算机断层扫描（CT）与光学显微镜（LM）并关联扫描电子显微镜（SEM）对发光二极管（LED）进行深入分析

半导体材料中位错和晶界的光学、电学及结构特性可通过扫描电子显微镜中的实验来确定。电子显微技术已被用于研究阴极荧光、电子束感应电流以及背散射电子的衍射。...

利用扫描电子显微镜对半导体材料中扩展缺陷的全面表征

（氧）氮化物荧光粉具有优异的化学稳定性和发光稳定性，使其成为当前所用硫化物和氧化物荧光粉的一种极具前景的替代材料。本文介绍了利用低能阴极荧光（CL）研究其局部发光特性的方法。...

用于（氧）氮化物荧光粉的低能阴极荧光

作者提出了一种利用蓝光发射的芴聚合物与芳香胺之间形成的激发复合物发光，来制备稳定的白光发射电化学器件的方法。...

利用激基复合物实现稳定白光发射的电致化学发光电池的制备

本方案描述了一种新的术中成像技术，该技术利用钌配合物作为化学发光光源，从而在成像过程中产生高信噪比信号 体内...

一种在生物环境中生成并观察化学发光的新技术

本文介绍了一种通过物理热蒸发法制备C60/石墨烯杂化纳米结构的实验方案。特别地，通过精确调控沉积和退火条件，可在波纹石墨烯表面可控地形成一维和准一维的C60结构。...

C60/石墨烯杂化纳米结构的制备与表征

本文详细介绍了用于系统表征胶体半导体纳米晶体合成的模块化微流控筛选平台的操作与组装方案。通过完全可调的系统配置，可在传质控制的取样空间内，跨越四个数量级的反应时间尺度，高效地完成光谱数据采集。...

一种用于胶体半导体纳米晶体系统性研究的模块化微流控技术

本研究描述了用于提高效率的薄吸收层碲化镉硒/碲化镉光伏器件的完整制备过程。该过程采用可扩展的自动化在线真空系统，通过近空间升华法进行沉积，适用于小面积科研器件以及大规模组件的制备。...

密闭空间升华沉积的超薄CdSeTe/CdTe太阳能电池以增强短路电流密度和光致发光

我们提供了一种定量微区分析方法的总体框架，该方法利用入射电子束摆动条件下产生的电子通道效应，可靠地提取杂质元素的占位情况及其化学态信息，适用于少数物种、轻元素、氧空位以及其他点、线、面缺陷的分析。...

通过电子通道增强型微分析对晶体材料中功能掺杂剂/点缺陷的原子位点进行定量分析

有机发光二极管（OLED）器件具有优异的显示质量，对比度更高，同时因能耗更低而具备环保优势。本文以逐步顺序介绍一种溶液法制备OLED器件的简单策略。...

利用溶液法器件制备实现TADF发射体有机发光二极管的分步操作指南

学习制备海绿石电子源并评估其亮度，用于低能电子显微镜成像。该方法采用不锈钢管和钨丝组装，结合静电透镜实现大源物距，有效降低源崩溃风险和图像畸变，为纳米尺度电磁场研究提供稳定高亮度的替代电子发射源。

制备青瓷矿电子源并估算其亮度

探索更多视频