Energie-dispersieve X-stralen Tomografie voor 3D Elemental kaart brengen van individuele nanodeeltjes

Samenvatting

Het gebruik van energiedispersieve röntgentomografie in de scanning transmissie elektronenmicroscoop om elementaire verdelingen binnen enkele nanodeeltjes in drie dimensies te karakteriseren wordt beschreven.

Samenvatting

Energiedispersieve röntgenspectroscopie binnen de scannende transmissie-elektronenmicroscoop (STEM) biedt nauwkeurige elementaire analyse met hoge ruimtelijke resolutie, en is zelfs in staat om elementaire kaarten op atomair niveau te leveren. In deze techniek wordt een sterk gefocuste elektrodenbundel op een dun monster geïncideerd en wordt de energie van uitgezonden röntgenstralen gemeten om de atomaire soort van het materiaal binnen de bundelbaan te bepalen. Deze elementgevoelige spectroscopietechniek kan worden uitgebreid naar driedimensionale tomografische beeldvorming door meerdere spectrumbeelden te verkrijgen met het monster gekanteld langs een as loodrecht op de richting van de elektrodenbundel.

Elementaire verdelingen binnen enkele nanodeeltjes zijn vaak belangrijk voor het bepalen van hun optische, katalytische en magnetische eigenschappen. Technieken zoals röntgentomografie en slice and view energiedispersieve röntgenkartering in de scannende elektronenmicroscoop bieden elementgevoelige driedimensionale beeldvorming, maar zijn meestal beperkt tot ruimtelijke resoluties van > 20 nm. Atoomsondetomografie biedt bijna atomaire resolutie, maar het voorbereiden van nanodeeltjemonsters voor atoomsondeanalyse is vaak een uitdaging. Daarom zijn elementgevoelige technieken toegepast binnen de scannende transmissie-elektronenmicroscoop uniek geplaatst om elementaire verdelingen binnen nanodeeltjes van 10-100 nm te bestuderen.

Hier wordt energiedispersieve röntgen (EDX) spectroscopie binnen de STEM toegepast om de verdeling van elementen in enkele AgAu-nanodeeltjes te onderzoeken. De oppervlaktesegregatie van zowel Ag als Au, bij verschillende samenstellingen van nanodeeltjes, is waargenomen.

Inleiding

Het doel van deze methode is om nauwkeurige bepaling van de driedimensionale verdeling van elementen binnen enkele nanodeeltjes. Dit wordt uitgevoerd door het gebruik van energie röntgenanalyse (EDX) spectroscopie in combinatie met een tomografische reconstructie uitgevoerd in de scanning transmissie elektronenmicroscoop (STEM) uitgevoerd.

Energiedispersieve röntgenspectroscopie is lang gebruikt als een techniek te kwantificeren en ruimtelijk in kaart elementen in transmissie elektronenmicroscopie monsters. Met de komst van hoge hoek ringvormige donkerveld (HAADF) STEM tomografie voor driedimensionale beeldvorming van kristallijne materialen ^1, werd energie dispersieve röntgentomografie ook voorgesteld als een werkwijze voor de kwantitatieve analyse van elementaire verdeling mogelijk in drie dimensies ^2. Echter, vroege studies waren beperkt door het ontwerp van röntgendetectors binnen de elektronenmicroscoop. Specifiek deze traditionele detector ontwerpen hadden een relatief lage verzameling efficiëntie en gemeten geen signaal bij een groot scala aan kantelhoeken gevolg shadowing van de monsterhouder ^2,3. De introductie van nieuwe geometrische ontwerpen van X-ray detectoren binnen de (scannen) transmissie-elektronenmicroscoop is energie-dispersieve X-ray tomografie maakte een levensvatbare techniek en heeft geleid tot een aantal recente studies ^4-6.

HAADF STEM beeldvorming is een veel gebruikt elektronentomografie afbeeldingsmode en kan compositionele gegevens in specifieke situaties gebaseerd op het atoomnummer gevoeligheid van de HAADF signaalintensiteit verschaffen. Bijvoorbeeld HAADF tomografie is goed geschikt voor de studie van nanodeeltjes met discrete elementaire gebieden, bijvoorbeeld goed gedefinieerde kern-schil morfologie ^7, maar kan niet worden gebruikt bij elementen een ingewikkelder verdeling. Elektron energieverlies spectroscopie (EELS) geeft een complementaire aanpak voor het bepalen van driedimensionale elemental uitkeringen in de STEM ^8. In deze techniek wordt het energieverlies van de invallende elektronenbundel worden gebruikt om de samenstelling van het monster te bepalen en dit heeft het voordeel van een hogere signaal-ruisverhouding dan vaak verkregen door EDX spectroscopie ^9. Het nadeel van de aal is dat meervoudige verstrooiing overwegingen stellen hoge grenzen aan de dikte van het monster, en in verschillende situaties analyse wordt gecompliceerd door de aanwezigheid van vertraagde aanvang randen of overlappende spectrale kenmerken. Aldus wordt EDX spectroscopie vaak beter geschikt voor het bestuderen van zware elementen zoals vaak gepaard met katalytische of plasmon nanopartikelsystemen ^9. Bovendien, als een volledig spectrum wordt verzameld EDX spectroscopie is het eenvoudig om onverwachte elementen achteraf identificeren die moeilijker energie gefiltreerd transmissie elektronenmicroscopie (EFTEM) en EELS gezien de frequentie van elementaire gegevens overlappende of buiten zijnde spectrale bereik van de dataset.

De ideale steekproef geometrie voor EDX tomografie bestaat uit een naaldvormige monster gesuspendeerd in een vacuüm en georiënteerd langs de tomografische tilt as ^4. Deze situatie zorgt ervoor dat er geen schaduw van de EDX detectoren bij elke kantelhoek door ofwel het monster of de monsterhouder. Echter, de montage van de vereiste naaldvormige monsters voor nanodeeltjes systemen is uitdagend ¹⁰ en monstervoorbereiding bestaat meestal uit eenvoudig overbrengen van nanodeeltjes op een dunne carbon film TEM ondersteuning raster. Deze roosters worden gebruikt met een tomografie monsterhouder zo ontworpen dat het kan worden gekanteld grote hoeken (≈ ± 75 °) maar schaduwwerking van de EDX detectoren binnen dit bereik monster kantelhoeken onvermijdelijk is, kan de kwaliteit van het verkregen tomografische degraderen wederopbouw. Deze schaduwen is kenmerkend voor een bepaalde microscoop-detector-houder opstart en kan derhalve afschrikkenbepaald door het meten van de juiste kalibratie monster voor overname ^11. Single bolvormige nanodeeltjes zijn een ideale kalibratie monster als de intensiteit van de X-ray tellingen uit deze monsters over alle kantelhoeken constant moet blijven. De detector shadowing kan dan worden gecompenseerd door ofwel het variëren van de overname tijd op elke hoek of vermenigvuldigd met correctiefactor na data-acquisitie. De eerste benadering wordt gebruikt omdat op deze manier elektronen dosering met maximale signaal-ruisverhouding.

Protocol

1. Nanodeeltjes Synthese

1. Los 10 g polyvinylpyrrolidon (PVP) (MW = 10.000 g / mol) in 75 ml ethyleenglycol bij KT. Voeg 400 mg AgNO ₃ aan deze oplossing.
2. Roer het mengsel totdat AgNO ₃ volledig is opgelost en vervolgens het mengsel op een kookplaat bij 100 ° C bij een constante snelheid van 1 ° C min ^-1. Laat de reactie verlopen bij 100 ° C gedurende 1,5 uur.
3. Voeg 175 ml gedestilleerd water en laat afkoelen tot kamertemperatuur. Centrifuge bij 8000 xg, verwijder supernatant en opnieuw te dispergeren nanodeeltjes in 50 ml gedestilleerd water. Herhaal dit drie keer.
4. Los 500 mg PVP (55.000 g / mol) in 500 ml ethyleenglycol bij KT. Voeg deze oplossing en 27,8 ml van de Ag-nanodeeltjes suspensie uit de vorige stap aan een 1000 ml rondbodemkolf. De kolf bij 100 ° C gedurende 10 minuten.
5. Voeg waterstof tetrachloroaurate trihydraat tot 1000 ml water om een 0,2 mM oplossing van AuCl ₄ vormen ^- _(aq) . Voeg 100, 200, 300 of 400 ml porties van 0,2 mM AuCl ₄ ^- _(aq) druppelsgewijs aan het verkregen in de vorige stap Agau nanodeeltjes gemiddelde samenstelling Ag93Au7 verkrijgen (Ag 93 at% Au 7 at%) oplossing Ag82Au18 ( ag 82 at% Au 18at%), Ag78Au22 (ag 78 at% Au 22 at%) en Ag66Au34 (ag 66 at% Au 18 at%) respectievelijk.
6. Koel tot kamertemperatuur en daarna wassen met gedestilleerd water driemaal achtereenvolgens ronden centrifugeren bij 8000 xg, verwijdering van het supernatant en het opnieuw dispergeren in 50 ml gedestilleerd water. Voeg 0,05 ml van de nanodeeltjes oplossing 10 ml DI water.

2. TEM Monstervoorbereiding

1. Pipet ongeveer 0,05 ml van de nanodeeltjes oplossing op een essen / continue carbon TEM rooster. Gebruik een metalen steun voor TEM roosters van Beryllium om ongepaste röntgenstralen te beperken, hoewel een Cu of Au raster is voldoende als er geen overlapping belangrijke pieken met Cu of Au in het monster EDX spectrum. Gebruik grotere mesh afmetingen (bijvoorbeeld 200 mesh) de mogelijkheid schaduw van het net te minimaliseren.
2. Nadat de oplossing gedroogd nanodeeltjes Reinig de TEM roosters door het wassen van de roosters in zuivere methanol of ethanol. Pipette 10-20 druppels over TEM rooster terwijl deze wordt gehouden met behulp van anti-capillaire crossover pincet. Verwijder eventuele overtollige vloeistof na elke druppel van het net met behulp van filter papier voorzichtig gesproken over naar de rand van het rooster.
3. Hybridiseren rooster op ongeveer 80 ° C (bij voorkeur in vacuüm) om verontreiniging onder de elektronenbundel te verminderen door het verwijderen of immobiliseren resterende verontreinigingen.

3. Karakterisering van Detector Shadowing

1. Load nanodeeltjes op TEM netondersteuning in tomografie houder en steek houder in de TEM.
2. Wacht tot de microscoop vacuüm tot een geschikte stabiele waarde (onder ongeveer 1,8 x 10 ^-7 Torr) te bereiken. Open kolom kleppen, en zorgen voor de elektronenbundel is te zien op de microscopen fluorescerende screen.
3. Lijn de STEM.
   Opmerking: Hier, rooilijnen voor een Titan G2 probe-side aberratie gecorrigeerd STEM instrument gebruikt bij 200 kV, samen met een 2020 tomografie houder worden beschreven. Optimale uitlijning procedures voor andere microscopen kan iets afwijken van die beschreven.
   1. In STEM diffractie-modus, gebruik een beeld out-of-focus schaduw van het monster naar eucentrische hoogte te brengen. Om dit te doen, kantel het podium tussen ± 15 ° door te drukken op de knop Alpha Wobbler in het tabblad Zoeken en de eventuele verplaatsing van functies in het monster te minimaliseren door het aanpassen van de z-hoogte.
   2. Verplaats het monster, zodat de balk zich bevindt boven een gat in de steekproef en ervoor te zorgen dat de juiste condensor diafragma correct is uitgelijnd door het centreren van de schaduw van de opening in een onder gericht beeld van de sonde. Wiebelen de intensiteit en zorgen voor een gerichte probe niet beweegt om te controleren op beam tilt foutieve uitlijning.
   3. Verplaats het monster, zodat een gebied van amorfe koolstof is in het zicht en de focus van de teben diffractie-modus om de Ronchigram verkrijgen. Wobble focus naar aberraties te observeren binnen de Ronchigram en corrigeren voor deze (bijvoorbeeld, astigmatisme en axiale coma) indien nodig.
4. Teken de omtrek van het rooster vierkant (één dicht bij het centrum van de grid) van 'Show Tracks' op het tabblad 'Zoeken' te selecteren en na de omtrek van het rooster vierkant terwijl beeldvorming. Dit maakt het eenvoudig om te garanderen volgende metingen worden uitgevoerd nanodeeltjes die in het midden van het vierkant raster om de waarschijnlijkheid van schaduw van de steunrooster verminderen. Indien de overname wordt uitgevoerd op een deeltje in de buurt van een raster bar een paar van de detectoren zal over een veel groter aanbod van specimen kantelhoeken worden geschaduwd.
5. Vind een vertegenwoordiger deeltje binnen het middelste gedeelte van het rooster vierkant. Kantelen om maximale kantelbereik van de houder (gewoonlijk ± 70 °), terwijl beeldvorming zodat het nanodeeltje niet onzichtbaar wordt grid bars in grote houder kantelt.
6. Verwerven HAADF en EDX spectrum beelden met behulp van een constante overname tijd (bijvoorbeeld 5 minuten) over het volledige bereik van kantelhoeken (meestal ± 70 °) met behulp van hoekige stappen van tussen 5-10 °. In de eerste plaats te verwerven afbeelding een overzicht HAADF door te klikken verwerven in het paneel beeldvorming. Selecteer een mapping venster rond de nanodeeltjes door het vak te slepen op deze afbeelding en druk op Acquire.
7. Extract karakteristieke X-ray tellingen van EDX spectrum beelden naar tijdsintervallen voor data-acquisitie te bepalen door het openen van de spectrale datacubes in het beeld processing software (zoals RAW-bestanden). Vervolgens tel de intensiteit van de plakjes datacube die overeenkomen met de kanalen van de energie van de belangrijke pieken met de som slice2D en functies, scripts opgenomen als aanvullende code 1-3.

4. EDX Tomografie Acquisition

1. Herhaal stap 3,1-3,5 voor de nanodeeltjes exemplaar van belang.
2. Verwerven HAADF eennd EDX spectrum beelden met tijdsintervallen bepaald uit de detector schaduw karakterisering van de vorige paragraaf voor verschillende kantelhoeken specimen (meestal ± 70 °), op dezelfde wijze als punt 3,6.

5. Wederopbouw en Visualisatie

1. Compileren tilt serie HAADF afbeeldingen in MRC-bestandsformaat via één van de volgende manieren:
   1. Gebruik MRC schrijver in beeld visualisatiesoftware ¹² (Bestand> Opslaan als> MRC schrijver) na het importeren HAADF Tifs als een 'Image Sequence'.
   2. U kunt ook de tif_to_mrc functie in de tomografie softwarepakket ^13.
2. Cross-correleren HAADF beelden in de gekozen software om een ​​ruwe uitlijning van de tilt-serie te krijgen. Sla de uitlijning gegevens als ofwel een .SFT bestand of als het bestand xcorr.txt. In de tomografie software opzetten van een filter in de Setup Filter venster dat de sterkste piek in deelvenster de Cross Correlation biedt.
   1. Vervolgens drukt u op Doorgaan in het berekenen Alignment Verschuivingen venster om cross correlatie uit te voeren voor het gehele tilt-serie. Herhaal de uitlijning totdat lokale verschuivingen zijn dan 1 pixel, zodat alle shift bestanden op te slaan bij elke stap als tekst.
      Opmerking: zorgvuldige opstelling van het filter gebruikt bij het uitvoeren kruiscorrelatie soms nodig om een ​​goede uitlijning van de kanteling serie gegevens.
3. In de software voor beeldverwerking, laadt de verworven spectrale datacubes en pak kaarten die de opgetelde sneetjes energie kanalen die overeenkomen met de elementen van belang met behulp van de slice3d en som scripting functies, scripts opgenomen als aanvullende code 4 & 5.
4. Breng de rooilijnen bepaald uit de HAADF beelden naar de uitgepakte EDX elementaire kaarten. Voer deze in tomografie reconstructie software op het tabblad Solliciteer Alignment door het selecteren van "Met overschakeling van Alignment Data View".
5. Indien nodig, uit te voeren aanpassing tilt as in detomografie reconstructie software op de HAADF afbeelding serie en gelden voor zowel HAADF afbeeldingen en EDX kaarten door te controleren "Gebruik Correcties van Tilt Axis aanpassing Taak 'in de' Apply Alignment 'tab.
6. Reconstrueren tomografische gegevens die voor elk van de geëxtraheerde EDX elementaire signalen met een gelijktijdige herhaalde reconstructie techniek (SIRT) algoritme geïmplementeerd binnen een tomografie softwarepakket, zodat de afmetingen van de reconstructie zijn hetzelfde voor alle elementen. In de tomografie reconstructie software, het opzetten van de parameters in het Reconstruct Volume raam (grootte van het volume, 20 iteraties, enz.) En druk op Doorgaan. Zorg ervoor dat de reconstructie parameters zijn hetzelfde voor elk element.
7. Extract orthoslices van de afzonderlijke elementaire reconstructies door het selecteren Afbeelding> Stacks> Orthogonal Bekeken in het beeld visualisatiesoftware ^12.
8. Construct en visualiseren verdere orthoslices, volume en oppervlak renderings de reconstructies met de visualisatie software. Laad alle elementaire reconstructies en ervoor te zorgen dat de schaal correct is ingesteld als deze wordt vaak niet overgedragen van .rec bestanden.
   1. Selecteer de reconstructie object in het zwembad en de klik met de rechtermuisknop en kies de orthoslice module om een ​​orthoslice halen. Klik met de rechtermuisknop op de reconstructie en selecteer volume rendering tot een volume rendering te halen. Extract een isosurface door rechts te klikken op de reconstructie en selecteren isosurface.
      Opmerking: Automatische segmentatie met drempelwaarde is een robuuste methode maar waar de signaal-ruis verhouding kan slecht handmatige segmentatie nodig zijn lawaaierig voxels buiten het nanodeeltje volume isosurface visualisatie verwijderen.

Resultaten

De karakterisering van detector shadowing voor een 2020 tomografie houder in een Titan G2 ChemiSTEM wordt weergegeven in figuur 1A. De detectoren hier toepasbaar zijn zijn die van de Super-X detector, waarin vier detectoren worden toegepast op gelijke azimutale hoeken van 90 ° rondom de optische as, waardoor een detector ruimtehoek van groter dan 0,6 sR ^14. Karakterisering van de detectoren toegestane bepaling van gecompenseerde tomografische acquisitie tijden weergegeven in figuur 1B. Na het aanbrengen van deze verwervingstijden de tellingen bij elke kantelhoek ongeveer constant voor één nanodeeltjes blijven, zoals getoond in figuur 1C.

Bimetaal Agau nanodeeltjes, gesynthetiseerd door de galvanische vervangende reactie werden onderzocht met behulp van EDX tomografie in de stengel. In deze reactie werd een oplossing van AuCl ₄ ^- istoegevoegd aan Ag nanodeeltjes zaden. Au gereduceerd op het oppervlak van de nanodeeltjes Ag wordt geoxideerd, waardoor een bimetalen samenstelling en uitholling van de initiële zaad. Voorheen werd gedacht dat Ag en Au gevormd een homogene legering in dit proces en dat variaties in katalytische en optische eigenschappen waren gewoon door uitholling en bulk samenstellingsvariaties. Echter, driedimensionale elementaire toewijzing uitgevoerd middels EDX tomografie onthuld oppervlak compartimenten in de Agau nanodeeltjes gesynthetiseerd door de galvanische reactie (Figuur 2). Bij samenstellingen van laag Au, de nanodeeltjes te tonen duidelijke Au oppervlak segregatie. Aangezien de Au inhoud toeneemt schakelt dit oppervlak gescheiden zodat het hoogste Au inhoud er duidelijke Ag oppervlakte segregatie (figuur 3). Dit schakelen van oppervlakte segregatie correleert met veranderingen in de opbrengst van propargylaminen in drie componenten koppelingsreactie gesynthetiseerd verschillenent composities van deze Agau nanodeeltjes.

Dwars door de reconstructie die de richting van de elektronenbundel zijn normale verschaffen een vergelijking met standaard tweedimensionale elementaire kaarten. De aanvankelijke kaarten bevatten informatie over de samenstelling opgesomd in de richting van de bundel waardoor veelal moeilijk te interpreteren zijn vanwege overlappende gebieden van verschillende samenstellingen of, in het geval van de Agau nanodeeltjes hier onderzocht door opname van de bovenste en onderste oppervlakken uitsteeksel (figuur 3A-C). Nemen dwars door de reconstructie maakt het verwijderen van de intensiteit gekoppeld aan de bovenste en onderste oppervlakken van de deeltjes en leidt daarom tot een duidelijker weergave oppervlakte segregatie in dit geval (Figuur 3D-F).

Figuur 1. Karakterisering van detector shadowing gebruik van een enkele Agau nanodeeltje. (A) De graven van Ag en Au X-ray pieken als functie van de kantelhoek van een enkele Agau nanodeeltje bij gebruik van een bepaalde overname tijd (5 min). (B) De acquisitietijden bepaald uit (A) en vervolgens gebruikt om de tilt series verwerven. (C) De tellingen van Ag en Au X-ray pieken als functie van de kantelhoeken van één Agau nanodeeltje bij gebruik van de opnametijden van (B). De graven blijven ongeveer constant over alle kantelhoeken. Van Slater et al. ^15. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2. Reconstructie van een laag Au gehalte Agau nanodeeltjes. (A) Orthoslice door het Au wederopbouw. (B) Orthoslice door de Ag wederopbouw. (C) Lijnprofielen worden via orthoslices (A) en (B) tonen de duidelijke Au oppervlak segregatie in deze nanodeeltjes. (D) Surface visualisatie van de Ag en Au reconstructies. Van Slater et al. ^15. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3. Reconstructie van een hoog gehalte aan Au Agau nanodeeltjes. (A) 2D-kaart EDX van Au en (B) 2D EDX kaart van Ag. (C) Lijn profile worden via de 2D EDX maps (A) en (B) met de moeilijkheid om de oppervlakte segregatie in deze nanodeeltjes van 2D kaarten alleen. (D) Orthoslice door de Au wederopbouw. (E) Orthoslice door de Ag wederopbouw. (F) Lijnprofielen worden via orthoslices (D) en (E) tonen de duidelijke Ag oppervlak segregatie in deze nanodeeltjes. (G) Surface visualisatie van de Ag en Au reconstructies. Van Slater et al. ^15. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

Het protocol hier gepresenteerde een werkwijze voor de elementaire verdeling van elke gesegmenteerd nanodeeltjes bepalen drie dimensies. Bij de Agau nanodeeltjes hier gepresenteerde oppervlakteactiviteit scheiding van beide elementen duidelijk geïdentificeerd en wordt getoond te correleren aan katalytische opbrengst in drie componenten koppelingsreactie. Dit toont duidelijk de bruikbaarheid van deze techniek te helpen de fysische en chemische eigenschappen van nanodeeltjes systemen verklaren.

Zoals altijd het geval is in de TEM, moet ervoor worden gezorgd in monstervoorbereiding te zorgen voor de best mogelijke resultaten. Grondig wassen en uitgloeien van de rasters na het afzetten van het nanodeeltje oplossing is vooral belangrijk om ophoping van koolstof vervuiling door de grote elektron dosis nodig voor EDX tomografie voorkomen. De grote dosis gebruikt kan ook leiden tot ernstige schade aan koolstof film met gaten, met name als op dunne secties vaak gevonden tussen holes, maar siliciumnitride dragerfilm kan oxidatie van de nanodeeltjes ¹⁶ bevorderen.

Correctie van detector schaduweffecten van belang om een ​​nauwkeurige reconstructie te produceren, met name wanneer deze techniek wordt toegepast voor de kwantitatieve mapping van elementaire verdeling in de toekomst. Dit kan worden bereikt door nauwkeurige karakterisering van de detector schaduwen en vervolgens variëren van de elektron dosis in de nanodeeltjes. Als alternatief kunnen schaduwen worden gecompenseerd door spectrum beelden te vermenigvuldigen met een correctiefactor na de overname. Echter, toepassing van deze techniek kwantitatieve informatie in drie dimensies nog niet haalbaar vanwege elektronenbundel beschadiging van nanodeeltjes die de röntgenbron tellingen haalbaar elke afbeelding spectrum beperkt.

Kalibratie is nodig om te compenseren EDX detector shadowing als functie van de kantelhoek voor een bepaalde microscoop-detector-houder-combinatie. de shadowing moet aanvankelijk worden bepaald met een monster dat geen variatie in röntgenonderzoek geldt voor verschillende specimen hellingshoeken en individuele bolvormige nanodeeltjes geeft naar verwachting deze criteria voldoen, wanneer de samenstelling is stabiel onder de elektronenbundel over de tijd die de tilt verwerven serie. Bovendien, voor kristallijne nanodeeltjes, elke kantelhoeken waarbij de elektronenbundel georiënteerd langs een grote zone-as van het nanodeeltje worden verwijderd en de nanodeeltjes moet klein genoeg zijn om significante röntgenabsorptie voorkomen. Daarom, wanneer EDX spectrum beelden van een enkel nanodeeltje over het volledige scala van mogelijke specimen kantelhoeken met behulp van een constante acquisitie tijd worden verworven, eventuele variaties in de gemeten karakteristieke X-ray intensiteit te wijten zijn aan de detector alleen schaduwen. De opnametijden en derhalve de dosis wordt vervolgens gevarieerd latere aankopen te compenseren voor de schaduwen betekent dat het totale signaal telt ongeveer conStant voor alle spectrum beelden die in de tilt-serie.

In vergelijking met HAADF of EELS imaging modes, EDX tomografische data-acquisitie is nog in de beginfase. Ondanks de invoering van röntgendetectors hogere ruimtehoeken de belangrijkste beperking van EDX tomografie, zoals vaak het geval is voor tweedimensionale beeldvorming EDX, is het lage signaal. Desondanks een voordeel dat EDX spectroscopie kan houden via PALINGEN enige nanopartikelsystemen is de bepaling van kleine hoeveelheden zware elementen in vrij grote nanodeeltjes. Grotere multicomponent nanodeeltjes (> 100 nm) zijn vaak zeer geschikt voor EDX studies omdat ze zorgen voor meer telt en er zijn minder problemen met deconvolving spectrale overlappingen, maar zorg moeten worden genomen om high-energy X-ray pieken die weinig absorptie ondergaan gebruiken.

Over het geheel genomen EDX tomografie is een uitstekende methode voor het bepalen van elementaire verdelingen binnen nanodeeltjes in drie dimensies, hoewelugh beperkt tot nanodeeltjes die een relatief hoge dosis elektronen zonder significante schade te weerstaan. Verdere verhogingen van de ruimtehoeken van röntgendetectors in de bèta en verdere optimalisatie van tomografische preparaathouders zal deze techniek nog verder te bevorderen en een belangrijk werkwijze de karakterisering van individuele nanodeeltjes.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Titan G2 80-200 STEM	FEI		Met Super-X detector
2020 tomografie houder	Fischione
Koolstoffolie op 200 mesh koperrooster	Agar Scientific	AGS160
EDX Acquisitie software	Bruker		Esprit
Tomografische uitlijnings- en reconstructiesoftware	FEI		Inspect3D, alternatieven beschikbaar
Tomografische uitlijnings- en reconstructiesoftwarepakket	University of Colorado		IMOD, alternatieven beschikbaar
Visualisatiesoftware	FEI		Avizo, alternatieven beschikbaar
Beeldverwerkingssoftware	Gatan		Digital Micrograph, alternatieven beschikbaar
Beeldvisualisatiesoftware	Open Source		Fiji, alternatieven beschikbaar
Polyvinyl-pyrrolidon	Sigma-Aldrich	856568
Ethyleenglycol	Sigma-Aldrich	V900208
Zilvernitraat	Sigma-Aldrich	209139
Centrifuge op tafel	Thermo Scientific	75007200
Rondbodemfles	Sigma-Aldrich	Z41.452-2	1.000 ml
Waterstoftetrachlorogoud(III)-trihydraat	Sigma-Aldrich	520918