Preparazione di nanoparticelle per l'analisi ToF-SIMS e XPS

A causa delle proprietà uniche delle nanoparticelle, la semplice preparazione ha un'influenza significativa sulle misure di analisi delle superfici. Questi metodi offrono diverse opzioni per la preparazione del campione, a seconda della questione analitica in questione e della forma in cui le nanoparticelle sono disponibili. Le preoccupazioni principali sono la sicurezza e le contaminazioni.

Poiché questi metodi possono e devono essere modificati in base all'esperimento, è importante verificare ogni passaggio con altre tecniche analitiche. Per la preparazione di nanoparticelle da una sospensione, pesare 15 milligrammi di polvere di nanoparticelle in un tubo da 10 millilitri, seguito dall'aggiunta di otto millilitri di acqua ultra pura. Dopo la tappatura, posizionare il tubo in un vortice a 3000 giri per 15 minuti.

Per eseguire il metodo a goccia secca, trasferire prima un wafer di silicone preparato nel detergente per ozono UV per 30 minuti prima di posizionare il wafer in una metà del supporto del wafer. Posizionare una goccia di tre microlitri di sospensione di nanoparticelle al centro dell'anello e montare un O-ring di 6,07 millimetri di diametro sul wafer attorno alla gocciolina facendo attenzione che l'anello non tocchi la gocciolina. Mettere il wafer in un dissacratore sottovuoto a quattro millibar di pressione del vuoto per 15 minuti per asciugare il wafer.

E visualizza il wafer al microscopio ottico per valutare la distribuzione delle particelle sulla superficie del wafer. Quindi ripetere l'essiccazione a goccia fino a quando non si osserva uno strato omogeneo di particelle. Per preparare le sospensioni di nanoparticelle mediante spin coating, posizionare un wafer preparato nel detergente per ozono UV per 30 minuti e programmare lo spin coder come indicato.

Al termine del trattamento, inserire il wafer nello spin coder e accendere il vuoto per il fissaggio. Depositare 80 microlitri di sospensione sul wafer e avviare il programma. Al termine della deposizione, trasferire il campione in un vassoio di wafer pulito e analizzare il campione mediante microscopia elettronica a scansione per confermare la copertura senza interruzioni del substrato.

Per la deposizione delle nanoparticelle da una polvere, fissare un pezzo di nastro biadesivo al supporto del campione e rimuovere il rivestimento. Quindi, raccogliere la punta di una spatola di polvere di nanoparticelle e posizionare il campione sull'adesivo. Utilizzare la spatola per stendere il campione sull'adesivo prima di premere saldamente il campione sull'adesivo fino a quando la maggior parte del campione non aderisce il più possibile.

Capovolgere e picchiettare il supporto del campione e soffiare un flusso di gas sul campione per confermare che la polvere è fissata al nastro. In alternativa, posizionare la punta di una spatola di polvere su una superficie pulita e premere il supporto con l'adesivo sulla polvere dall'alto. Successivamente verificare che la polvere sia fissata sul nastro come appena dimostrato.

Per la criofissazione della sospensione di nanoparticelle depositate, costruire la camera principale di un dispositivo di congelamento rapido con azoto liquido e riempire una camera di congelamento rapido raffreddata con il criogeno. Sul dispositivo di congelamento rapido raffreddato alla temperatura di esercizio, utilizzare una pipetta per far cadere da 10 a 20 microlitri di sospensione di nanoparticelle su un wafer di silicio pulito. Tenendo il wafer con una pinzetta di fissaggio, posizionare il wafer all'interno del dispositivo di congelamento a immersione e spostare le pinzette in posizione di immersione.

Premere il pulsante per far cadere il campione nel criogeno e attendere alcuni secondi affinché il campione sia completamente congelato. Non appena il campione è congelato, trasferire il wafer in un ambiente raffreddato e posizionare il campione di wafer di silicio nel portacampioni. Migliorando la bagnabilità della superficie tramite trattamento UV o ozono si evita l'effetto anello di caffè, con conseguente distribuzione più omogenea delle nanoparticelle.

L'imaging al microscopio elettronico a scansione mostra una significativa diffamazione delle nanoparticelle di oro e argento a 60 nanometri dopo la dialisi, mentre le particelle centrifugate e rierogate sono rimaste intatte. La colata a goccia di nanoparticelle di solito richiede applicazioni ripetute per ottenere uno strato con copertura completa. Questo film rappresentativo colato da una sospensione di 90 milligrammi per millilitro mostra una copertura multistrato spessa e senza interruzioni, nonché una notevole assenza di picchi di silicio negli spettri XPS, che lo rendono un campione ideale per l'analisi delle superfici.

Questo campione colato da una sospensione di nove milligrammi per millilitro mostra particelle e un piccolo strato singolo di glomerato che non coprono completamente la superficie, rendendolo inadatto per l'analisi superficiale delle nanoparticelle, ma ideale per analizzare, ad esempio, la distribuzione granulometrica. Il campione lanciato da una concentrazione di 0,9 milligrammi per millilitro non fornisce né una copertura continua né una densità di particelle sufficiente per renderlo adatto alla chimica di superficie o all'analisi della distribuzione granulometrica. Oltre a preservare le strutture più grandi all'interno della sospensione, la criofissazione evita gli effetti dell'anello di caffè con conseguente riduzione dei segnali, che può essere attribuita a sali o altri contaminanti osservati utilizzando altri metodi di preparazione del campione.

Quando si esegue l'analisi superficiale dei nanomateriali, ricordarsi di convalidare il metodo utilizzando una tecnica analitica per preparare il metodo in modo coerente e documentare attentamente i risultati. Questi metodi di preparazione sono una parte importante di una caratterizzazione affidabile della superficie delle nanoparticelle e sono necessari per una comprensione dettagliata di come le nanoparticelle interagiscono con il loro ambiente.