Vloeistof-cel transmissie-elektronenmicroscopie voor Tracking zelf-assemblage van nanodeeltjes

Het algemene doel van deze procedure is om transmissie-elektronenmicroscopie met vloeistofcellen te gebruiken om de beweging van nanodeeltjes in de oplossingsfase in realtime te onderzoeken. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvragen op het gebied van nanowetenschap, bijvoorbeeld over hoe nanodeeltjes zich vormen in zelfassemblagestructuren tijdens het drogen van het oplosmiddel. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het mogelijk maakt om de beweging van nanodeeltjes in de echte ruimte en in realtime te controleren.

De implicaties van deze vloeistofceltechniek strekken zich uit tot het volgen van individuele bewegingen van nanodeeltjes die niet worden getoond door conventionele methoden. Hoewel deze methode inzicht kan geven in de zelfassemblage van nanodeeltjes, kan deze ook worden toegepast op andere modellen, zoals georiënteerde aanhechting van nanodeeltjes. Om de procedure te beginnen, plaats in een 100 milliliter driehalskolven met ronde bodem 17,75 milligram ammoniumhexachloroplatinaat, 3,72 milligram ammoniumtetrachloroplatinaat en 115,5 milligram tetramethylammoniumbromide.

Voeg aan de kolf 109 milligram polyvinylpyrrolidon en 10 milliliter anhydreus ethyleenglycol toe. Voorzie de kolf van een roerlat, een rubberen septum en een refluxcondensor. Start de roermotor en tijdens het roeren bij 1000 tpm, ontlucht de reactiekolf onder vacuüm gedurende één uur.

Verwarm vervolgens onder een argonstroom het reactiemengsel tot 180 graden Celsius bij 10 graden per minuut. Roer het mengsel gedurende 20 minuten bij 180 graden Celsius en laat het mengsel afkoelen tot kamertemperatuur. Breng het afgekoelde mengsel over in een centrifugeerbuisje van 50 milliliter.

Voeg aan het buisje 30 milliliter aceton toe om de platina-nanodeeltjes te bezinken. Centrifugeer het mengsel gedurende 10 minuten bij 2400 maal G. Gooi het supernatant weg en dispergeerd het bezinksel in 10 milliliter ethanol.

Verkrijg een vierduims 100 micron siliciumwafer gecoat met ongeveer 25 nanometer siliciumnitride. Laad fotoweerstand op met een spincoater. Gebruik vervolgens fotoweerstand om de ultradunne wafer op een 500 micron dikke siliciumwafer te monteren.

Bedek de wafer met 10 milliliter positieve fotoweerstand bij 3000 tpm gedurende 30 seconden. Bak de wafer bij 85 graden Celsius gedurende 60 seconden. Bedek vervolgens de wafer met een chroommasker en exposeer de wafer gedurende 10 seconden aan licht van 365 nanometer.

Dompel de wafer gedurende 40 seconden in 50 milliliter van de juiste ontwikkelingsoplossing en vervolgens gedurende één minuut in 50 milliliter gedeïoniseerd water. Dompel de wafer gedurende één minuut in 50 milliliter gedeïoniseerd water en plaats vervolgens de gepatroneerde wafer in een reactieve ionetcher. Ets het blootgestelde siliciumnitride gedurende één minuut.

Gebruik een waterbad om een container met een waterige oplossing van 30 milligram per liter kaliumhydroxide gelijkmatig op te warmen tot 85 graden Celsius. Week de ultradunne wafer gedurende twee uur in de hete kaliumhydroxide om het blootgestelde silicium te etten. Wanneer het blootgestelde silicium volledig geëtst lijkt te zijn, verwijder de wafer voorzichtig uit de oplossing onder een hoek om scheuren van het siliciumnitride-venster te voorkomen.

Herhaal dit proces met de tweede chroommasker om de bovenste en onderste chips te verkrijgen. Gebruik het derde chroommasker om indiumafstandshouders op de onderste chip te patrouilleren. Lijn de bovenste en onderste chips uit en bind de chips bij 100 graden Celsius aan elkaar.

Breng 20 microliters van de bereide nanodeeltjesdispersie over in een vijf milliliter-vial. Laat het oplosmiddel onder omgevingscondities gedurende 10 minuten verdampen. Inspecteer de vloeistofcel onder een optisch microscoop om te controleren of de siliciumnitride-vensters intact zijn.

Verspreid vervolgens de nanodeeltjes in een mengsel van één milliliter orthodichlorobenzeen, 250 microliter pentadecaan en 10 microliter oleylamine. Met de vloeistofcel onder de optische microscoop gebruik een injector met een ultradunne capillair om 100 nanoliters van de dispersie in de reservoirs van de vloeistofcel te laden. Gebruik filterpapier om de overtollige dispersie buiten de reservoirs te absorberen.

Laat de cel gedurende 10 minuten in de omgevingslucht staan om het orthodichlorobenzeen te laten verdampen. Breng vervolgens vacuümvet aan op een zijde van een koperopeningsrooster met een 600 micron-gat van twee millimeter. Bedek de vloeistofcel voorzichtig met het rooster en zorg ervoor dat de opening wordt uitgelijnd met het vloeistofcelvenster.

Monteer de cel in een standaard TEM-houder en laad de cel in het instrument. Verkrijg beelden in continue beeldacquisitiemodus terwijl het oplosmiddel droogt. Gebruik beeldverwerkingssoftware om de radiale verdelingsfunctie voor de deeltjes in elk verkregen beeld te berekenen.

TEM-beelden van een platina-nanodeeltjessuspensie die droogt in een siliciumnitride vloeistofcel toonden aan dat de nanodeeltjes naar binnen werden getrokken door de terugtrekkende oplosmiddelfront. Dit gedrag werd toegeschreven aan de sterke capillaire krachten van de dunne laag oplosmiddel en de verminderde vrije energie van de nanodeeltjes op het oplosmiddeloppervlak. De nanodeeltjes vormden aanvankelijk amorfe meerlagige agglomeraten terwijl ze naar elkaar toe werden getrokken.

Terwijl het oplosmiddel droogde, vlakten de agglomeraten zich af tot een geordende monolaag. Deze ordening wordt weerspiegeld in de radiale verdelingsfuncties die zijn afgeleid van de TEM-beelden. De radiale verdelingsfunctie van het beeld dat na 90 seconden is genomen, had een grote piek op 8,3 nanometer.

De met oleylamine bedekte platina-nanodeeltjes zijn ongeveer 8,3 nanometer in diameter, wat suggereert dat een aanzienlijk aantal deeltjes zo dicht mogelijk bij elkaar is geassembleerd. Eenmaal beheerst, kan deze techniek in twee dagen worden uitgevoerd