Microscopie électronique à Transmission liquide-cellule suivi auto-assemblage des nanoparticules

L’objectif global de cette procédure est d’utiliser la microscropie électronique à transmission de cellules liquides pour étudier le mouvement des nanoparticules dans la phase de solution en temps réel. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des nanosciences, par exemple, sur la façon dont les nanoparticules forment des structures auto-assemblées lors du séchage au solvant. Le principal avantage de cette technique est qu’elle permet de vérifier le mouvement des nanoparticules dans l’espace réel et en temps réel.

Les implications de cette technique de cellule liquide tendent à suivre les mouvements individuels des nanoparticules qui ne sont pas montrés par les méthodes conventionnelles. Bien que cette méthode puisse donner un aperçu de l’auto-assemblage des nanoparticules, elle peut également être appliquée à d’autres modèles, tels que la fixation orientée des nanoparticules. Pour commencer l’intervention, placez dans une fiole à trois cols de 100 millilitres à fond rond 17,75 milligrammes d’hexacholoroplatinate d’ammonium, 3,72 milligrammes de tétrachloroplatinate d’ammonium et 115,5 milligrammes de bromure de tétraméthylammonium.

Ajouter dans le flacon 109 milligrammes de polyvinylpyrrolidone et 10 millilitres d’éthylène glycol anhydre. Équipez le ballon d’un agitateur, d’un septum en caoutchouc et d’un condenseur à reflux. Démarrez le moteur d’agitation et, tout en remuant à 1000 tr/min, dégazez le ballon de réaction sous vide pendant une heure.

Ensuite, sous un flux d’argon, chauffez le mélange réactionnel à 180 degrés Celsius à 10 degrés par minute. Remuez le mélange à 180 degrés Celsius pendant 20 minutes, puis laissez le mélange refroidir à température ambiante. Transférez le mélange refroidi dans un tube à centrifuger de 50 millilitres.

Ajouter au tube 30 millilitres d’acétone pour précipiter les nanoparticules de platine. Centrifugez le mélange à 2400 fois G pendant 10 minutes. Jetez le surnageant et dispersez le précipité dans 10 millilitres d’éthanol.

Obtenez une plaquette de silicium de 100 microns de quatre pouces recouverte d’environ 25 nanomètres de nitrure de silicium. Chargez la résine photo à l’aide d’une machine à essorer. Utilisez ensuite la résine photosensible pour monter la plaquette ultra-fine sur une plaquette de silicium de 500 microns d’épaisseur.

Appliquez sur la plaquette 10 millilitres de photorésine positive à 3000 tr/min pendant 30 secondes. Faites cuire la gaufrette à 85 degrés Celsius pendant 60 secondes. Couvrez ensuite la plaquette avec un masque au chrome et exposez-la à une lumière de 365 nanomètres pendant 10 secondes.

Plongez la plaquette dans 50 millilitres de la solution de développement appropriée pendant 40 secondes, puis dans 50 millilitres d’eau déminéralisée pendant une minute. Plongez la plaquette dans 50 millilitres d’eau déminéralisée pendant une minute, puis placez la plaquette à motifs dans un graveur ionique réactif. Gravez le nitrure de silicium exposé pendant une minute.

Utilisez un bain-marie pour chauffer uniformément un récipient d’une solution aqueuse de 30 milligrammes par litre d’hydroxyde de potassium à 85 degrés Celsius. Faites tremper la plaquette ultra-fine dans l’hydroxyde de potassium chaud pendant deux heures pour graver le silicium exposé. Lorsque le silicium exposé semble avoir été complètement gravé, retirez soigneusement la plaquette de la solution à un angle pour éviter de rompre la fenêtre en nitrure de silicium.

Répétez ce processus avec le deuxième masque de chrome pour obtenir les éclats supérieur et inférieur. Utilisez le troisième masque de chrome pour dessiner des entretoises d’indium sur la puce inférieure. Alignez les copeaux supérieur et inférieur et collez les copeaux ensemble à 100 degrés Celsius.

Transférez 20 microlitres de la dispersion de nanoparticules préparée dans un flacon de cinq millilitres. Laissez le solvant s’évaporer dans des conditions ambiantes pendant 10 minutes. Inspectez la cellule de liquide à l’aide d’un microscope optique pour vérifier que les fenêtres en nitrure de silicium sont intactes.

Ensuite, dispersez les nanoparticules dans un mélange d’un millilitre d’orthodichlorobenzène, de 250 microlitres de pentadécane et de 10 microlitres d’oleylamine. Avec la cellule liquide sous le microscope optique, utilisez un injecteur avec un capillaire ultra mince pour charger 100 nanolitres de dispersion dans les réservoirs de cellules liquides. Utilisez du papier filtre pour absorber l’excès de dispersion à l’extérieur des réservoirs.

Laissez la cellule reposer dans l’air ambiant pendant 10 minutes pour évaporer l’orthodichlorobenzène. Appliquez ensuite de la graisse sous vide sur un côté d’une grille d’ouverture en cuivre de deux millimètres avec un trou de 600 microns. Couvrez soigneusement la cellule liquide avec la grille, en prenant soin d’aligner l’ouverture avec la fenêtre de la cellule liquide.

Montez la pile dans un support TEM standard et chargez-la dans l’instrument. Acquérez des images en mode d’acquisition d’image continu pendant le séchage du solvant. Utilisez un logiciel de traitement d’images pour calculer la fonction de distribution radiale des particules dans chaque image acquise.

Des images TEM d’une suspension de nanoparticules de platine séchant dans une cellule liquide en nitrure de silicium ont montré que les nanoparticules étaient attirées vers l’intérieur par le front de solvant en recul. Ce comportement a été attribué aux fortes forces capillaires de la fine couche de solvant et à la réduction de l’énergie libre des nanoparticules à l’interface du solvant. Les nanoparticules ont d’abord formé des agglomérats multicouches amorphes au fur et à mesure qu’elles étaient assemblées.

Au fur et à mesure que le solvant séchait, les agglomérats s’aplatissaient en une monocouche ordonnée. Cet ordre se reflète dans les fonctions de distribution radiale dérivées des images TEM. La fonction de distribution radiale de l’image prise après 90 secondes avait un pic important à 8,3 nanomètres.

Les nanoparticules de platine recouvertes d’oléylamine ont un diamètre d’environ 8,3 nanomètres, ce qui suggère qu’un nombre important de particules ont été assemblées aussi étroitement que possible. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en deux jours si elle est correctement exécutée. En général, les personnes qui ne connaissent pas cette méthode peuvent avoir des difficultés car la fabrication et le travail avec la cellule liquide nécessitent différents niveaux d’optimisation pour différentes nanoparticules ou compositions de cellules liquides.

Lorsque vous essayez cette procédure, n’oubliez pas de protéger les fenêtres de la cellule liquide contre les bris. Suite à cette procédure, d’autres méthodes telles que l’application de tensions à la cellule liquide peuvent être effectuées pour répondre à des questions supplémentaires sur l’auto-assemblage des nanoparticules en présence de forces externes. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine des nanosciences pour explorer le processus d’assemblage des nanoparticules dans le mécanisme sec global.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de préparer des cellules liquides et de mesurer les mouvements des nanoparticules dans l’expérience TEM. N’oubliez pas que travailler avec l’agent KUH peut être extrêmement dangereux. Des précautions telles que le port de lunettes de sécurité doivent toujours être prises lors de la réalisation de cette expérience.