Visualizing Solution Structure at Solid-Liquid Interfaces using Three-Dimensional Fast Force Mapping(3차원 고속 힘 매핑을 사용한 고체-액체 인터페이스에서의 솔루션 구조 시각화)

Elias Nakouzi; Sakshi Yadav; Benjamin A. Legg; Shuai Zhang; Jinhui Tao; Christopher J. Mundy; Gregory K. Schenter; Jaehun Chun; James J. De Yoreo

doi:10.3791/62585

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방법 논문

Visualizing Solution Structure at Solid-Liquid Interfaces using Three-Dimensional Fast Force Mapping(3차원 고속 힘 매핑을 사용한 고체-액체 인터페이스에서의 솔루션 구조 시각화)

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DOI:

10.3791/62585

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2021년 8월 6일

Elias Nakouzi¹ , Sakshi Yadav¹ , Benjamin A. Legg¹ , Shuai Zhang¹^,² , Jinhui Tao¹ , Christopher J. Mundy¹^,³ , Gregory K. Schenter¹^,⁴ , Jaehun Chun¹^,⁵ , James J. De Yoreo¹^,²

¹Physical and Computational Sciences Directorate, Pacific Northwest National Laboratory, ²Department of Materials Science and Engineering, University of Washington, ³Department of Chemical Engineering, University of Washington, ⁴Department of Chemistry, Washington State University, ⁵CUNY City College of New York

이 논문에서

요약

여기에서는 계면 영역 내의 팁-샘플 상호 작용을 매핑하여 나노미터 미만의 분해능으로 고체-액체 계면에서 용액 구조를 시각화하기 위해 원자력 현미경 기술인 3차원 고속 힘 매핑을 사용하는 프로토콜을 제시합니다.

초록

다양한 연구 분야의 과제 중 하나는 고체-액체 계면의 시각화와 이온 농도, pH, 리간드 및 미량 첨가제와 같은 용액 조건과 기본 결정학 및 화학에 의해 어떻게 영향을 받는지 이해하는 것입니다. 이러한 맥락에서 3D FFM(3차원 고속 힘 매핑)은 인터페이스에서 솔루션 구조를 조사하기 위한 유망한 도구로 부상했습니다. 이 기능은 원자력 현미경(AFM)을 기반으로 하며 나노미터 미만의 해상도로 3차원 계면 영역을 직접 시각화할 수 있습니다. 여기에서는 3D FFM 데이터를 획득하기 위한 실험 프로토콜에 대한 자세한 설명을 제공합니다. 샘플과 Application에 따라 작동 매개변수를 최적화하기 위한 주요 고려 사항에 대해 설명합니다. 또한 측정된 기기 관측 가능 항목을 로컬 솔루션 구조에 연결할 수 있는 팁-샘플 힘 맵으로 변환하는 것을 포함하여 데이터 처리 및 분석을 위한 기본 방법에 대해 설명합니다. 마지막으로, 3D FFM 데이터 해석과 관련된 몇 가지 뛰어난 질문과 이 기술이 표면 과학 레퍼토리의 핵심 도구가 될 수 있는 방법에 대해 조명합니다.

서론

많은 흥미로운 현상이 고체-액체 계면의 몇 나노미터 내에서 발생하며, 콜로이드 상호 작용에 대한 고전 이론은¹. 용매 분자와 이온은 예상치 못한 패턴²과 촉매³, 이온 흡착 ^4,5, 전자 전달 ^6,7, 생체^{분자 조립8}, 입자 응집^{9, 첨부} ^10,11, 조립^12,13과 같은 다양한 과정으로 조직됩니다가 발생할 수 있습니다. 그러나 특히 나노미터 미만의 3D 해상도로 계면에서 용액 구조를 특성화할 수 있는 기술은 거의 없습니다. 이러한 맥락에서, 원자력 현미경(AFM)을 기반으로 하는 기술인 3D FFM(3D ....