제자리에서 액체 SEM을 사용 하 여 물에 Boehmite 입자의 특성

이 현장 액체 주사 전자 현미경 이미징 절차의 전반적인 목표는 진공 호환 미세유체 모듈을 사용하여 기존 고진공 SEM에서 액체 내 입자의 효율적인 이미징 및 분석을 위한 기술 노하우를 제공하는 것입니다. 이 방법은 환경 변화에 반응하는 진화하는 입자 크기 및 형태를 특성화하는 방법과 같은 현미경 및 미시시료 분석 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 가장 큰 장점은 고진공 모드에서 시료를 건조하거나 동결하지 않고 환경 SEM에 의존하지 않고도 액체의 다분산 입자를 직접 시각화할 수 있다는 것입니다.

이 기술의 의미는 효율적인 분석 또는 SEM을 사용하는 다양한 액체 물질 및 생물학적 샘플로 확장되는데, 그 이유는 이들 중 다수가 액체에서만 기능하거나 존재하기 때문입니다. 이 방법의 시각적 시연은 간단한 장착 및 현장 이미징 단계가 일반 고체 샘플과 다르기 때문에 배우기 어렵기 때문에 매우 중요합니다. 기술 프로토콜에 설명된 대로 액체 진공 인터페이스 또는 SALVI 장치에서 분석을 위해 시스템의 탄소 코팅으로 이 절차를 시작합니다.

SEM 스테이지에 미세유체 장치를 장착하는 것은 현장 액체 SEM 분석의 성공에 매우 중요합니다. 실험 전에 충전 효과를 최소화하기 위해 장치가 올바르게 접지되고 고정되어 있는지 확인하십시오. SALVI 장치를 SEM 스테이지에 장착하려면 환기가 완료되면 먼저 SEM 시편 챔버 도어를 조심스럽게 엽니다.

SEM 시편 홀더를 선택합니다. 홀더를 s의 중앙에 고정tage 적절한 볼트와 육각 렌치를 사용합니다. 시편 홀더에 양면 탄소 테이프 두 스트립을 놓습니다.

그런 다음 질화규소 멤브레인 면이 위를 향하도록 하여 홀더에 부착된 탄소 테이프에 SALVI 장치를 붙입니다. SALVI PDMS 블록을 SEM 시편 홀더에 바인딩하기 위해 두 개의 단면 구리 테이프 스트립을 추가로 사용하여 SALVI를 시편 홀더에 단단히 고정합니다. 또한 구리 테이프를 사용하여 질화규소 프레임과 금속 시편 홀더를 연결합니다.

테이프가 질화규소 멤브레인을 완전히 덮지 않는지 확인하십시오. 시편 챔버를 펌프다운하려면 시편 챔버 도어를 닫고 빔 제어 페이지의 SEM 소프트웨어 GUI에서 고진공 모드를 선택한 다음 빔 제어 페이지에서 펌프 버튼을 클릭하여 진공 청소를 시작합니다. 원하는 진공이 설정될 때까지 챔버 도어에 손으로 압력을 가합니다.

다음으로, 기술의 프로토콜에 설명된 대로 집속 이온 빔 또는 FIB를 사용하여 질화규소 멤브레인에 구멍을 만듭니다. 절차에 따라 해당 빔 이미징 영역이 활성화될 때 빔을 클릭하여 챔버를 환기시키기 위해 전자빔과 이온 빔을 모두 끕니다. 빔 제어 페이지에서 vent(환기)를 클릭하여 표본 챔버를 환기시킵니다.

SALVI 장치를 그대로 둔 후 완전히 환기된 후 SEM 챔버 도어를 조심스럽게 엽니다.tage. 멸균 주사기에 1밀리리터의 탈이온수를 끌어들이고 폴리테트라플루오로에틸렌 튜빙 어댑터 피팅을 사용하여 주사기를 미세유체 장치의 입구에 연결합니다. 3-5분 동안 액체를 천천히 주입합니다.

당 10마이크로그램 1밀리리터를 사용하여 이 과정을 세 번 반복하여 샘플의 농도가 미리 로드된 탈이온수에 의해 희석되지 않도록 합니다. 주입 후 주사기를 제거하십시오. 폴리에테르 에테르 케톤 유니온을 사용하여 SALVI의 입구와 출구를 연결합니다.

실험실 물티슈로 SALVI 외부의 모든 액체를 말리십시오. 튜빙 또는 마이크로 채널 내에 기포가 있는 경우 튜빙 내에 기포가 보이지 않을 때까지 샘플 주입을 다시 실행합니다. ETD 및 2차 전자 모드를 사용하여 이미지를 촬영하려면 먼저 표본 챔버 도어를 닫습니다.

이전과 같이 챔버 도어에 원하는 진공을 설정한 후 도구 모음에서 일시 중지 아이콘을 클릭하여 전자빔 이미징 영역을 활성화합니다. 빔 제어 페이지에서 beam on 버튼을 클릭하여 전자빔을 켭니다. 검출기의 드롭다운 메뉴에서 이미징을 위한 ETD 및 2차 전자 모드를 선택합니다.

최적의 조건을 선택할 때 고품질 이미지를 얻을 수 있는 것이 정말 중요합니다. 이 작업에서는 알루미늄 실리콘과 같은 가벼운 원소의 2차 전자 이미징에 적합한 일련의 조건을 보여줍니다. 철 및 니켈과 같은 다른 원소를 분석할 때 2차 전자 이미징을 최적화하기 위해 작동 조건을 수정해야 합니다.

전자빔 이미징 영역의 GUI 도구 모음에 표시된 해당 목록 상자에서 가속 전압을 8킬로전자-볼트로 설정하고 빔 전류를 약 0.47나노암페어로 설정합니다. 실제 거리를 선택할 때 탐색 페이지에서 좌표 Z의 텍스트 상자에 7을 입력하여 working distance를 7mm로 설정합니다. 기능을 1, 000 X로 확대하고 수동 사용자 인터페이스의 대비, 밝기, 거칠고 미세한 손잡이를 비틀어 입자 기능의 이미지를 최적화합니다.

수동 사용자 인터페이스 보드의 X 및 Y 시프트 노브를 비틀어 전자빔 이미징 영역의 라이브 이미지의 첫 번째 구멍을 중앙에 배치하고 수동 사용자 인터페이스 보드의 배율 노브를 비틀어 입자가 있는 이미지를 200, 000 X로 확대합니다. 도구 모음의 목록 상자에서 화면 해상도를 1, 024 x 884로 선택합니다. 그런 다음 도구 모음의 목록 상자에서 스캔 속도를 30마이크로초로 설정합니다.

F4 키를 눌러 전자빔 이미징 영역에 표시된 현재 이미지의 스냅샷을 찍습니다. control과 S 키를 눌러 증분 번호를 포함하여 정의된 파일 이름을 사용하여 원하는 위치에 이미지를 TIF 파일로 저장합니다. 확대 손잡이를 돌려 축소하여 인접한 다음 구멍을 찾습니다.

이 작업을 반복하여 나머지 구멍에 있는 수산화알루미늄 입자를 이미지화합니다. 에너지 분산 X선 분광법(EDX)을 사용하여 원소 분석을 수행하려면 에너지 분산 분광법 검출기를 챔버에 삽입하십시오. 현미경 제어 모니터에서 ETD를 선택합니다.

그런 다음 전자빔 이미징 영역에서 샘플을 보기 위한 2차 전자 모드를 선택하고 이전과 같이 매개변수를 설정합니다. 수동 사용자 인터페이스 널에 확대 손잡이를 뒤틀어서 200, 000 X의 확대를 가진 각 구멍에 있는 알루미늄 oxyhydroxide 입자를 확대하십시오. 그런 다음 관련 EDAC 소프트웨어를 엽니다.

사용자 인터페이스에서 새 스펙트럼 기록 시작을 클릭하여 EDX 스펙트럼을 수집합니다. 피크 ID를 선택하여 스펙트럼의 가능한 요소를 선택합니다. 그런 다음 관찰된 요소를 element 필드에 입력합니다.

추가를 클릭하여 요소를 스펙트럼에 적용합니다. 파일을 클릭한 다음 다른 이름으로 저장을 클릭합니다. 그래프 소프트웨어를 사용하여 플로팅하기 위해 원하는 파일 이름을 사용하여 스펙트럼 데이터를 CSV 형식으로 저장합니다.

각 구멍에 대한 이미징 및 스펙트럼 기록을 완료한 후 전자빔 이미징 영역이 켜져 있을 때 빔 제어 페이지에서 빔 켜기 버튼을 클릭하여 전자빔을 끕니다. 동일한 페이지에서 vent를 클릭하여 SEM 챔버를 환기시킵니다. 챔버 도어가 열린 후 모든 테이프를 제거하여 샘플을 스테이지에서 조심스럽게 꺼냅니다.

절차를 반복하여 탈이온수와 빈 마이크로 채널을 사용하여 대조 실험을 수행합니다. 마지막으로 기술 프로토콜에 설명된 대로 EDX 스펙트럼을 플로팅합니다. SALVI 미세유체 계면을 사용하여 전자빔은 작은 마이크로미터 크기의 조리개에 액체를 직접 포격할 수 있습니다.

탈이온수 내의 뵈마이트 입자를 2차 전자 이미지에서 탈이온수 제어 및 빈 채널 제어와 비교했습니다. 이것은 액체에 있는 Boehmite 입자의 입자 2차 전자 이미징에 대한 직접적인 증거를 제공합니다. 1마이크로미터 구멍 내에서 탈이온수 내 입자를 시각화하면 액체 내 입자를 현장에서 관찰할 수 있는 가능성을 보여줍니다.

Boehmite 샘플에서 강한 알루미늄 피크가 관찰됩니다. 대조적으로, 탈이온화된 샘플에서 강한 산소 피크만 관찰되어 물의 관찰을 나타냅니다. 빈 채널에서 갈륨 집속 이온 빔의 잔류가 보입니다.

내부에 물이 없기 때문에 산소 피크는 매우 작습니다. 이 기술을 마스터하면 제대로 수행하면 몇 시간 안에 완료할 수 있습니다. 일반적으로 이 방법을 처음 사용하는 개인은 고진공 SEM에서 액체를 직접 시각화하기 어렵기 때문에 어려움을 겪을 것입니다.

이 비디오를 시청한 후에는 SALVI와 함께 in situ liquid SEM을 사용하여 액체의 입자를 특성화하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 이 절차를 시도하는 동안 SEM 단계에 장착하기 전에 마이크로 반응기에 누출이 없어야 한다는 점을 기억하는 것이 정말 중요합니다. 이 절차에 따라 분자 구성 및 유체장 매핑과 같은 추가 질문에 답하기 위해 TOF-SIMS 또는 NMR과 같은 다른 방법을 수행할 수 있습니다.

개발 후 이 기술은 재료 과학, 화학 공학 및 핵 공학 분야의 연구원들이 부식성 액체 환경에서 입자 크기와 형태학적 변화를 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. SEM을 사용하여 표면 분석으로 작업할 때 이 절차를 수행할 때 장갑과 고글을 착용해야 한다는 점을 잊지 마십시오.