Visualización microscópica de nanografenos porosos sintetizados a través de una combinación de química en solución y en superficie

La combinación de la química de la solución y de la superficie aporta nuevos materiales a base de carbono a nuestras vidas. Las técnicas de imagen modernas, como la microscopía de efecto túnel de barrido o la microscopía de fuerza atómica, proporcionan información detallada sobre la estructura, la composición y las propiedades de compuestos recién diseñados y sintetizados hasta átomos individuales. Comience enjuagando el monocristal de oro sumergiéndolo completamente en el vaso de laboratorio lleno de acetona y cubra el vaso de vidrio con Parafilm.

A continuación, limpie la muestra en el depurador ultrasónico durante cinco minutos. Monte el monocristal de oro en el portamuestras y ventile la cerradura de carga. Transfiera la muestra al sistema UHV para calentarla por encima de los 100 grados centígrados durante varias horas.

Recocer la muestra a 450 grados centígrados utilizando el calentador resistido montado en la cámara de preparación durante 15 minutos. Control de la temperatura con el termopar tipo K.Después de calibrar la pistola con fósforo, oriente la muestra y ajuste la distancia entre la pistola y la muestra con una precisión de 50 milímetros. Durante el recocido, pulverize la muestra con iones de argón.

No olvide apagar la bomba de iones y la bomba de sublimación antes de abrir la válvula de gas. Realice la pulverización catódica de la muestra utilizando la pistola de iones orientada en un ángulo de 45 grados con respecto a la superficie de la muestra con la presión del gas ajustada a cinco por 10 rayos a la potencia menos siete milibares. Después de completar los ciclos de limpieza, verifique la calidad de la muestra de oro 111 con STM.

Mueva hacia atrás la celda de Knudsen y cierre la válvula entre la celda de Knudsen y la cámara de preparación antes de ventilar la celda de Knudsen. Llene el crisol de cuarzo dedicado con alrededor de un miligramo del polvo molecular y coloque correctamente el crisol dentro de la celda Knudsen. Después de montar la célula Knudsen en la válvula de la cámara de preparación, bombee hacia abajo con la bomba de vacío externa.

No abra la válvula entre la cámara de preparación y la celda Knudsen hasta que se bombee hacia abajo para evitar la contaminación de la cámara de preparación. Transfiera la muestra de oro limpia de la cámara del microscopio a la cámara de preparación. A continuación, coloque la muestra directamente en línea con la celda Knudsen y ajuste la distancia entre la muestra y el evaporador para que esté entre 50 y 100 milímetros.

Mantenga la muestra alejada de la célula de Knudsen para evitar la deposición incontrolada del material molecular. Encienda la célula Knudsen y ajuste la temperatura calibrada previamente con una microbalanza de cuarzo para la evaporación de la molécula. Deposite las moléculas girando la muestra para que quede frente a la célula de Knudsen y mantenga la muestra en esta posición durante cuatro minutos.

A continuación, gire la muestra para alejarla de la célula de Knudsen y apague la célula de Knudsen para detener la evaporación. Recocer la muestra con moléculas a 320 grados Celsius durante 15 minutos, y luego a 370 grados Celsius durante 15 minutos. Después de cada paso de recocido, mida la muestra mediante LTSTM junto con AFM para investigar la etapa actual del experimento y verificar la presencia y el tipo de objetos generados.

Cuando el bloqueo está desactivado, acérquese a la superficie de la muestra con la punta STM. En primer lugar, realice la aproximación del curso utilizando la unidad Z. Durante la aproximación, observe la punta del STM y su imagen especular con una cámara.

Acérquese aún más a la muestra a la distancia de tunelización con el uso del software del microscopio. A continuación, retraiga la punta a dos o tres pasos de la superficie. Active el bloqueo y establezca los parámetros de bloqueo, como la frecuencia, la amplitud y la constante de tiempo.

Monitoree la señal de TI. Al cambiar la fase del amplificador de bloqueo, minimice la señal IT alrededor de cero. Aproximación a la superficie.

A continuación, calibra el DIDV en una superficie dorada 111 limpia buscando la posición y la forma del estado de la superficie de Shockley. Para la asignación de DIDV, establezca el valor bajo de la velocidad de escaneo. Después de enfriar la muestra en el microscopio, abra la válvula durante 1,5 minutos y ajuste la presión de monóxido de carbono a cinco por 10 elevada a la potencia menos ocho milibares.

Compruebe el ejemplo en STM. Cuando la punta es metálica, las moléculas de monóxido de carbono en la superficie de oro exhiben un contraste específico. Para recoger una sola molécula, coloque la punta por encima de la molécula de monóxido de carbono y retraiga la punta al menos 0,3 nanómetros.

Aumente el voltaje a tres voltios antes de devolver la punta a la posición predefinida. El cambio brusco en el valor I indica el proceso de manipulación de la captación de monóxido de carbono. Compruebe si el contraste STM de la molécula de CO cambió.

La imagen muestra el aspecto típico registrado a 0,5 voltios y 15 picoamperios. Después de realizar el escaneo STM, elija la molécula individual separada para las mediciones de NC-AFM. Encuentra un plano Z adecuado paralelo al plano de la molécula.

Retraiga la punta de la superficie aproximadamente 0,7 nanómetros y apague el bucle STM. El microscopio está listo para iniciar las mediciones NC-AFM. El primer paso de la ciclodeshidrogenación se logra mediante el recocido de precursores moleculares a 320 grados Celsius, lo que da como resultado hélices moleculares aisladas.

La conformación no plana de las moléculas se puede inferir de su apariencia STM con tres lóbulos brillantes discernibles. La ciclodeshidrogenación final produce poros de anilina y se logra cuando la muestra se calienta hasta 370 grados Celsius, lo que da como resultado una mezcla molecular con entidades individuales que contienen uno, dos o tres poros incrustados. La caracterización estructural detallada se obtiene mediante mediciones NC-AFM resueltas por enlace, que muestran la presencia del nanografeno poroso trigonal.

El anillo central de fenilo se encuentra más cerca de la superficie del oro. La aparición del nanografeno sugiere que la estructura adopta una conformación no plana, debido a las interacciones estéricas entre los átomos de hidrógeno dentro de los poros de anilina. El mapeo espacial y STS de un solo punto proporciona una visión sin precedentes de las propiedades de los objetos a nanoescala con resolución submolecular.

La resonancia registrada a menos 1,06 voltios podría estar relacionada con el orbital molecular más ocupado más alto, mientras que la adquirida a 1,61 voltios está dominada por el orbital molecular desocupado más bajo. La síntesis en la superficie allana el camino hacia nuestros sistemas anatómicamente precisos de baja dimensión, como las moléculas nanométricas, los enlaces de anilina de grafeno y los nuevos alótropos de carbono. También inspira el desarrollo de magnetismo basado en carbono o nuevos dispositivos funcionales.