חושף תהליכים דינמיים של חומרים בנוזלים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני הילוכים סלולריים נוזלי

פתחנו תא עצמאי נוזלי, המאפשר הדמיה באמצעות נוזלים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני הילוכים. תהליכים דינמיים של חלקיקים בנוזל יכולים להתגלות בזמן אמת עם רזולוצית המשנה ננומטר.

מטרת הניסוי הבא היא לחקור את התהליכים הדינמיים של חומרים בנוזלים בזמן אמת ברזולוציה מרחבית גבוהה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים הולכה. זה מושג על ידי ייצור מיקרו ראשון של תא נוזלי מפרוסות סיליקון דקות במיוחד. כשלב שני, הזרקו 100 ננוליטר של תמיסת תגובה למאגר התא באמצעות מזרק וננו-צינורות טפלון.

ואז אטום את התא הנוזלי בכיסוי. לאחר מכן, טען את התא הנוזלי לתוך מחזיק דגימת TEM כדגימת TEM סטנדרטית והכנס את מחזיק הדגימה למיקרוסקופ לניסויי TEM באתרם. תהליך זה מראה את הצמיחה הדינמית של ננו-חלקיקים בנוזלים כגון היווצרות של שלושה ננו-חוטי ברזל פלטינה באמצעות הדמיה בזמן אמת ברזולוציה תת-ננומטרית.

היתרון העיקרי של טכניקת תאים נוזליים עצמאית זו הוא שניתן לשמור על שכבה נוזלית דקה בחלון הצפייה מספיק זמן כדי לאפשר תגובה כימית ממושכת. שיטה זו יכולה להאיר היבטים מרכזיים של מדעי החומרים והכימיה הפיזיקלית, כגון דינמיקת צמיחה וטרנספורמציה של חומרים בנוזלים. שיטה זו יכולה לספק תובנות לגבי מנגנוני הצמיחה וההרכבה של גבישי הננו.

זה יכול לשמש גם להדמיית חומרים ביולוגיים בסביבתם הטבעית. בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו יתקשו מכיוון שהיא דורשת סדרה של תהליכי ייצור כדי לייצר את התאים הנוזליים, וזה אתגר לטפל בתאים הנוזליים הזעירים עבור המכון. ניסויי מדיטציה טרנסנדנטלית.

תמיד הוקסמתי מהאופן שבו גבישים גדלים ומשתנים בקנה מידה ננומטרי, במיוחד. יש הרבה תעלומות של תהליכים אלה המתרחשים בנוזלים. שיטת התא הנוזלי שלנו פתחה תחום מחקר שלם לא רק על גידול ננו גבישים קולואידיים, אלא גם על מגוון תהליכים בנוזלים הדורשים רזולוציה מרחבית וזמנית גבוהה.

להדגים את ההליך הזה יהיו שני פוסט-דוקטורנטים במעבדה שלי. Nu and Hong מיקרו-ייצור של תאים נוזליים מתרחש בחדר נקי, התחל במיקרו-ייצור של התאים הנוזליים באמצעות פרוסות סיליקון דקות במיוחד. פרוסות אלה הן בעובי 100 מיקרומטר, פרוסות סיליקון מסוג קצה של ארבעה אינץ'.

הפקידו 20 ננומטר של סרטי סיליקון ניטריד במתח נמוך משני צידי פרוסת הסיליקון. הבא חלון צפייה ביצרן במרכז השבב התחתון. השבב העליון מכיל שני מאגרים יחד עם משקע חלון צפייה.

חללי אינדיום על השבב התחתון באמצעות מיקרוסקופ אופטי, יישר את חלונות הצפייה של השבבים העליונים והתחתונים וחבר אותם יחד. ראשית, שקלו 20 מיליגרם פלטינה, שני אצטיל אצטט ו-20 מיליגרם של IN שני אצטיל שמונה. לאחר מכן מכינים את תמיסת תגובת הפלטינה והיונים על ידי שילוב הפלטינה והיון למיליליטר אחד של עשור פנטה ואולה מכוונת ביחס של שבעה עד שלושה נפח לנפח.

לאחר מכן, טען את תמיסת התגובה למזרק המצויד בצינור ננו טפלון. לאחר מכן השתמש במזרק כדי להזריק כ-50 ננוליטר מתמיסת התגובה למאגר הנוזל. תוך הקפדה לא לזהם את חלון העברת האלקטרונים, תמיסת התגובה נמשכת לתא בכוח נימי ויוצרת שכבה נוזלית של כ-100 ננומטר בין שני חלונות צפייה בסיליקון ניטריד.

המשיכו להזריק כדי למלא את המאגר השני ב-50 ננוליטר נוספים של תמיסה. מכסים את התא הנוזלי ברשת TEM נחושת דקה באמצעות שומן ואקום ליצירת אטימה הדוקה. התחל בהדמיה עם מיקרוסקופ אלקטרוני השידור או TEM על ידי טעינת התא הנוזלי המוכן לתוך מחזיק דגימת TEM.

לאחר מיקומו במחזיק הדגימה, הכנס את התא הנוזלי לתוך ה-TEM. מוצג כאן A-J-E-O-L 30 10 TEM המופעל ב-300 קילו-וולט. כשהדגימה במקומה, כוון את המיקרוסקופ למצב הדמיית TEM מושלם ברזולוציה גבוהה באמצעות צפיפות זרם אלומה של 1 עד 8 פעמים 10 עד חמישה אמפר למטר מרובע.

זה יוזם גרעין וצמיחה של הננו-חלקיקים בשכבה הנוזלית ומתחיל ניטור בזמן אמת של דינמיקת הננו-חלקיקים באמצעות תוכניות מיקרוגרף דיגיטליות וירטואליות של דאב וגאטן. לאחר החשיפה לקרן האלקטרונים, מתרחשת התגרענות וצמיחה של שלושה חלקיקי תרכובת ברזל פלטינה. ננו-חלקיקים גדלים לארבעה עד חמישה ננומטר על ידי הצמדת מונומר או התלכדות בין ננו-חלקיקים קטנים.

בתגובה לאורך זמן, מתרחשת התקשרות ננו-חלקיקים מכוונת צורה ונוצרים ננו-חוטים. במקרה זה, הצמיחה של ננו-חוטי פלטינה שלושה תרכובות ברזל השתנתה על ידי פעילי שטח. כאשר מוסיפים חומצה אולאית פעילי שטח נוספת לתמיסת הריאקציה, היא מביאה לננו-חוטים דקים וישרים יותר מאלה שבממס של פנטו, דקאן ואול אמין בלבד.

ייתכן שננו-חוטים קצרים יותר ישתלבו ויצרו חוטים ארוכים יותר לאחר חיבורם, החוטים נוטים להתיישר עם הזמן. בזמן ניסיון הליך זה חשוב לזכור לאטום היטב את תא ה-LI לפני טעינת הדגימה למיקרוסקופ לאחר התפתחותו. טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום מדעי החומרים והכימיה לחקור צמיחת גבישים ודינמיקה של טרנספורמציה של חומרים בנוזלים ובקנה מידה ננומטרי.

אל תשכח שעבודה עם פתרונות תגובתיים עלולה להיות מסוכנת. תמיד יש לנקוט באמצעי זהירות. ללבוש כפפות, להרכיב משקפי בטיחות וללבוש מעיל מעבדה בזמן ביצוע הניסויים שלך ולהשליך את החומרים שלך כראוי.