用于ToF-SIMS和XPS分析的纳米颗粒的制备

介绍了制备用于表面分析的纳米颗粒的多种不同程序（滴铸，旋涂，粉末沉积和冷冻固定）。我们讨论了每种方法的挑战，机遇和可能的应用，特别是关于不同制备方法引起的表面性能变化。

由于纳米颗粒的独特性质，简单的制备对表面分析测量有重大影响。这些方法为样品制备提供了几种不同的选择，具体取决于手头的分析问题和纳米颗粒的可用形式。主要问题是安全和污染。

由于这些方法可以而且应该根据实验进行修改，因此使用其他分析技术验证每个步骤非常重要。为了从悬浮液制备纳米颗粒，将 15 毫克纳米颗粒粉末称重到 10 毫升试管中，然后加入 8 毫升超纯水。加盖后，将试管置于涡旋器中以 3000 转的速度放置 15 分钟。

要进行滴干法，首先将准备好的硅晶片转移到紫外线臭氧清洗剂中 30 分钟，然后将晶片放入晶片支架的一半中。将 3 微升纳米颗粒悬浮液滴入环的中心，并在液滴周围的晶圆上安装一个直径为 6.07 毫米的 O 形圈，注意环不要接触液滴。将晶圆放入真空亵渎器中，在 4 毫巴的真空压力下放置 15 分钟，以干燥晶圆。

在光学显微镜下观察晶片，以评估晶片表面的颗粒分布。然后重复滴干，直到观察到均匀的颗粒层。要通过旋涂制备纳米颗粒悬浮液，请将准备好的晶片放入紫外线臭氧清洁剂中 30 分钟，然后按照指示对旋转编码器进行编程。

处理结束时，将晶圆插入旋转编码器并打开真空进行固定。将 80 μL 的悬浮液沉积到晶圆上并启动程序。在沉积结束时，将样品转移到干净的晶圆托盘上，并通过扫描电子显微镜分析样品，以确认衬底的无缝覆盖。

要从粉末中沉积纳米颗粒，请将一块双面胶带固定在样品架上并取下衬垫。接下来，收集纳米颗粒粉末的刮刀尖端，并将样品放在粘合剂上。使用刮刀将样品涂抹在胶粘剂上，然后将样品用力压在胶粘剂上，直到尽可能多地粘附样品。

倒置并轻敲样品架，然后将一股气流吹过样品，以确认粉末已固定在胶带上。或者，将粉末抹刀尖端放在干净的表面上，然后从上方将带有粘合剂的支架压在粉末上。然后检查粉末是否像刚才演示的那样固定在胶带上。

为了冷冻固定沉积的纳米颗粒悬浮液，用液氮构建快速冷冻装置的主室，并用制冷剂填充冷却的快速冷冻室。在冷却至工作温度的快速冷冻设备上，使用移液器将 10 至 20 微升纳米颗粒悬浮液滴到干净的硅晶片上。用固定镊子夹住晶片，将晶片放入浸入式冷冻装置内，然后将镊子移动到浸入位置。

按下按钮，将样品放入制冷剂中，等待几秒钟，直到样品完全冷冻。样品冷冻后，立即将晶圆转移到凉爽的环境中，并将硅晶圆样品放入样品架中。通过紫外线或臭氧处理增强表面润湿性可避免咖啡环效应，从而使纳米颗粒的分布更加均匀。

扫描电子显微镜成像显示，透析后 60 纳米金银纳米颗粒受到严重破坏，而离心和重新分配的颗粒保持完整。纳米颗粒滴铸通常需要重复应用才能获得完全覆盖的层。这种由 90 毫克/毫升悬浮液铸造而成的代表性薄膜显示出厚且无间隙的多层覆盖，并且 XPS 光谱中明显没有硅峰，使其成为表面分析的理想样品。

该样品由 9 毫克/毫升悬浮液铸造而成，显示出颗粒和小的单层球粒，它们没有完全覆盖表面，因此不适合纳米颗粒的表面分析，但非常适合分析粒度分布等。从 0.9 毫克/毫升浓度制备的样品无法提供连续覆盖或足够的颗粒密度，使其适用于表面化学或粒度分布分析。除了在悬浮液中保留较大的结构外，冷冻固定还避免了咖啡环效应，从而导致信号减少，这可能归因于使用其他样品制备方法观察到的盐或其他污染物。

在对纳米材料进行表面分析时，请记住使用分析技术对方法进行交叉验证，以始终如一地准备方法并仔细记录结果。这些制备方法是可靠的纳米颗粒表面表征的重要组成部分，对于详细了解纳米颗粒如何与其环境相互作用是必要的。