Artykuł metodologiczny

Mikroskopia elektronowa transmisyjna z ciekłymi komórkami do śledzenia samoorganizacji nanocząstek

DOI:

10.3791/56335

⸱

16 października 2017

 ,  ,  , 
1Center for Nanoparticle Research, Institute for Basic Science (IBS), 2School of Chemical and Biological Engineering, Institute of Chemical Processes, Seoul National University, 3Department of Mechanical Engineering, Hanyang University

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tutaj wprowadzamy eksperymentalne protokoły obserwacji procesu samoorganizacji w czasie rzeczywistym za pomocą mikroskopii elektronowej transmisyjnej komórki cieczowej.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Suszenie dyspersji nanocząstek jest uniwersalnym sposobem tworzenia samoorganizujących się struktur nanocząstek, ale mechanizm tego procesu nie jest w pełni zrozumiały. Prześledziliśmy trajektorie poszczególnych nanocząstek za pomocą mikroskopii elektronowej transmisyjnej w postaci ciekłych komórek (TEM), aby zbadać mechanizm procesu składania. W niniejszym artykule przedstawiono protokoły stosowane w badaniach TEM z komórkami płynnymi mechanizmu samoorganizacji. Po pierwsze, przedstawiamy szczegółowe protokoły syntezy stosowane do produkcji nanocząstek platyny i selenku ołowiu o jednolitych rozmiarach. Następnie przedstawiamy procesy mikrowytwarzania stosowane do produkcji ciekłych ogniw z azotkiem krzemu lub okienkami krzemowymi, a następnie opisujemy procedury ładowania i obrazowania techniką TEM z ciekłymi komórkami. Dołączonych jest kilka notatek, które zawierają pomocne wskazówki dotyczące całego procesu, w tym sposobu zarządzania delikatnymi oknami komórek. Poszczególne ruchy nanocząstek śledzone przez TEM w komórkach ciekłych ujawniły, że zmiany granic rozpuszczalnika spowodowane parowaniem wpływają na proces samoorganizacji nanocząstek. Granice rozpuszczalników spowodowały, że nanocząstki początkowo tworzyły amorficzne agregaty, a następnie spłaszczały się w celu wytworzenia dwuwymiarowej (2D) samoorganizującej się struktury. Zachowania te obserwuje się również dla różnych typów nanocząstek i różnych składów komórek cieczowych.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Samoorganizacja koloidalnych nanocząstek jest interesująca, ponieważ daje możliwość dostępu do zbiorowych właściwości fizycznych poszczególnych nanocząstek11. Jedną z najbardziej efektywnych metod samoorganizacji stosowanych w praktycznych zastosowaniach na skalę urządzenia jest samoorganizacja nanocząstek na podłożu poprzez odparowanie lotnego rozpuszczalnika6,7,8,9,10,11. Ta metoda odparowywania rozpuszczalnika jest procesem nierównowagowym, na który duży wpływ mają czynniki kinetyczne, takie jak szybkość parowania i zmiany w oddziaływaniach nanocząstka-substrat. Ponieważ jednak trudno jest oszacować i kontrolować czynniki kinetyczne, mechanistyczne zrozumienie samoorganizacji nanocząstek przez odparowanie rozpuszczalnika nie jest w pełni dojrzałe. Chociaż badania rozpraszania promieniowania rentgenowskiego in situ dostarczyły uśrednionych informacji na temat procesu samoorganizacji nanocząstek w stanie równowagi12,13,14, technika ta nie może określić ruchu poszczególnych nanocząstek, a ich związek z ogólną trajektorią nie jest łatwo dostępny.

TEM z płynnymi komórkami to nowe narzędzie do śledzenia trajektorii pojedynczych nanocząstek, które pozwala nam zrozumieć niejednorodność ruchów nanocząstek i ich wpływ na zachowania zespołów15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26. Wcześniej używaliśmy TEM w postaci ciekłych komórek do śledzenia ruchu poszczególnych nanocząstek podczas parowania rozpuszczalnika, pokazując, że ruch granicy rozpuszczalnika jest główną siłą napędową indukującą samoorganizację nanocząstek na podłożu18,19. W tym miejscu wprowadzamy eksperymenty, w których możemy obserwować proces samoorganizacji nanocząstek za pomocą TEM z ogniwami cieczowymi. Po pierwsze, przedstawiamy protokoły syntezy nanocząstek platyny i selenku ołowiu, a następnie wprowadzamy procedury wytwarzania ogniw cieczowych do TEM oraz sposób ładowania nanocząstek do ogniwa cieczowego. Jako reprezentatywne wyniki pokazujemy migawki z filmów TEM przedstawiające samoorganizację nanocząstek napędzaną przez suszenie rozpuszczalnikiem. Śledząc poszczególne cząstki w tych filmach, możemy zrozumieć szczegółowe mechanizmy samoorganizacji za pośrednictwem suszenia rozpuszczalnikiem na poziomie pojedynczych nanocząstek. Podczas samoorganizacji nanocząstki platyny na oknie azotku krzemu podążają głównie za ruchem parującego czoła rozpuszczalnika ze względu na silne siły kapilarne działające na cienką warstwę rozpuszczalnika. Podobne zjawiska zaobserwowano również w przypadku innych nanocząstek (selenek ołowiu) i substratów (krzem), co wskazuje, że siła kapilarna czoła rozpuszczalnika jest ważnym czynnikiem migracji cząstek w pobliżu podłoża.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Synteza nanocząstek

  1. Synteza nanocząstek platyny
    1. Połączyć 17,75 mg heksachloroplatynianu(IV) amonu ((NH4)2Pt(IV)Cl6), 3,72 mg tetrachloroplatynianu(II) amonu ((NH4)2Pt(II)Cl4), 115,5 mg bromku tetrametyloamonu, 109 mg poli(winylopirolidonu) (MW: 29 000) i 10 ml glikolu etylenowego z mieszadłem w 100 ml kolbie okrągłodennej z 3 szyjkami wyposażonej w gumową przegrodę.
    2. Wyposażyć kolbę w chłodnicę zwrotną i przedmuchiwać pod próżnią. Wymieszaj mieszaninę reakcyjną za pomocą mieszadła magnetycznego z prędkością 1 000 obr./min.
    3. Podgrzać mieszaninę reakcyjną do temperatury 180 °C w płaszczu grzewczym z szybkością 10 °C/min pod przepływem argonu.
    4. Utrzymywać temperaturę (180 °C) przez 20 minut. Roztwór nabiera ciemnobrązowego koloru.
    5. Zdjąć kolbę z płaszcza grzewczego, aby umożliwić jej ostygnięcie do temperatury pokojowej.
    6. Przenieść produkt do probówki wirówkowej o pojemności 50 ml. Dodać 30 ml acetonu do produktu w celu wytrącenia nanocząstek i odwirować próbkę przy 2 400 x g przez 10 min.
      UWAGA: Ze względów bezpieczeństwa proces ten należy wykonywać w dygestorium.
    7. Odrzucić supernatant i ponownie rozproszyć osad w 10 ml etanolu.
    8. Wytrącić produkt w 30 ml toluenu i odwirować zawiesinę o stężeniu 2 400 x g przez 10 minut. Odrzucić supernatant i ponownie rozproszyć osad w 10 ml etanolu. Powtórz ten proces 3 razy.
    9. Dodać 5 ml oleiloaminy do nanocząstek platyny i przenieść dyspersję do kolby okrągłodennej o pojemności 100 ml. Refluksuj dyspersję przez noc pod mieszaniem magnetycznym przy 1,000 obr./min, aby umożliwić zajście reakcji wymiany ligandów.
    10. Odwirować nanocząstki wymieniane ligandem przy 10 000 x g przez 30 minut, aby oddzielić je od roztworu.
    11. Odrzucić supernatant i rozproszyć nanocząstki platyny w 10 ml rozpuszczalnika hydrofobowego, takiego jak toluen, heksan lub chloroform.
  2. Synteza nanocząstek selenku ołowiu
    1. Przygotowanie oleinianu ołowiu
      1. Połączyć 758 mg trójwodnego octanu ołowiu (Pb(Ac)2·3H2O), 2,5 ml kwasu oleinowego i 10 ml eteru difenylowego z mieszadłem w 100 ml kolbie okrągłodennej z 3 szyjkami wyposażonej w gumową przegrodę.
      2. Wyposażyć kolbę w chłodnicę zwrotną.
      3. Odgazować mieszaninę w temperaturze 70 °C w warunkach próżni przez 2 godziny i mieszać za pomocą mieszadła magnetycznego przy 1 000 obr./min.
      4. Przedmuchnąć kolbę argonem, a następnie schłodzić ją do temperatury pokojowej.
    2. Przygotowanie selenku trioktylofosfiny (TOPSe)
      1. W oddzielnym naczyniu połączyć 474 mg selenu i 6 ml trioktylofosfiny (TOP) w atmosferze obojętnej, używając komory rękawicowej, aby zapobiec wystawieniu odczynników na działanie powietrza.
      2. Rozpuścić proszek selenowy w TOP za pomocą ultradźwięków przy 110 W, 40 kHz i mieszać za pomocą mieszalnika wirowego, aż roztwór stanie się widocznie przezroczysty.
    3. W oddzielnej kolbie okrągłodennej o pojemności 250 ml z 3 szyjkami odgazować 15 ml eteru difenylowego w temperaturze 120 °C w warunkach próżni z mieszaniem magnetycznym przy 1 000 obr./min przez 30 min.
    4. Przepłukać kolbę argonem, a następnie podgrzać eter difenylowy do temperatury 230 °C.
    5. Szybko wstrzyknąć zarówno oleinian ołowiu, jak i roztwory TOPSe do wstępnie podgrzanego eteru difenylowego. Temperatura spadnie do pewnego stopnia po wstrzyknięciu. Ustaw temperaturę starzenia na 170 °C.
    6. Utrzymywać temperaturę mieszaniny na poziomie 170 °C przez 10 minut, energicznie mieszając, aby umożliwić wzrost nanocząstek selenku ołowiu.
    7. Zdjąć kolbę z płaszcza grzewczego, aby umożliwić jej ostygnięcie do temperatury pokojowej.
    8. Przygotować dwie probówki wirówkowe o pojemności 50 ml, podzielić produkt na równe objętości i przenieść do probówek. Dodać 30 ml etanolu do każdej probówki, aby wytrącić nanocząstki i odwirować zawiesinę przy 2 400 x g przez 10 minut.
    9. Odrzucić supernatant i ponownie rozproszyć osad w 10 ml toluenu.
    10. Wytrącić produkt w 30 ml etanolu i odwirować zawiesinę o sile 2 400 x g przez 10 minut. Odrzucić supernatant i ponownie rozproszyć osad w 10 ml toluenu. Powtórz ten proces 3 razy.
    11. Odrzucić supernatant i rozproszyć nanocząstki selenku ołowiu w 10 ml rozpuszczalnika hydrofobowego, takiego jak toluen, heksan lub chloroform.

2. Wytwarzanie komórek płynnych

  1. Płynna komórka z azotku krzemu (Rysunek 3a)
    1. Osadzanie warstwy azotku krzemu
      1. Osadzać niskonaprężeniową warstwę azotku krzemu na płytkach krzemowych o grubości 100 μm (4 cale) przez niskociśnieniowe chemiczne osadzanie z fazy gazowej (LPCVD) w temperaturze 835 °C i pod ciśnieniem 140 mTorr przy przepływie 100 sccm dichlorosilanu i 50 sccm amoniaku. Kontroluj grubość warstwy azotku krzemu na poziomie ~25 nm, zmieniając czas osadzania. Szybkość stapiania wynosi 2,5 - 3,0 nm/min, ale różni się nieznacznie dla każdego CVD.
    2. Wióry górne i dolne
      UWAGA: Proszę zapoznać się z reference25, aby uzyskać szczegółowy opis procesu mikrofabrykacji.
      1. Przędzić 10 ml dodatniego fotorezystu na azotku krzemu/płytce krzemowej z prędkością 3,000 obr./min przez 30 s, używając wystarczającej ilości fotorezystu, aby całkowicie zwilżyć wafel.
        UWAGA: Ultracienkie wafle krzemowe łatwo pękają podczas wirowania. Zwykle mocujemy ultracienką płytkę na innej płytce krzemowej o grubości 500 μm za pomocą fotorezystu, aby uniknąć pęknięcia. Po wirowaniu cienki wafel jest oddzielany od grubego wafla przez zanurzenie w acetonie. Technika ta może być również stosowana w następującym procesie do powlekania wirowego na ultracienkich płytkach krzemowych.
      2. Piecz wafel na gorącej płycie w temperaturze 85 °C przez 60 s.
        UWAGA: Nie należy piec przygotowanego wafla w temperaturze >110 °C. Pieczenie fotorezystu w wysokich temperaturach spowoduje, że fotorezystor zmieni się z dodatniego na ujemny.
      3. Wystaw płytkę pokrytą fotorezystem na działanie światła ultrafioletowego (365 nm) przez 10 s przez maskę chromową (Rysunek 1a).
      4. Zanurz płytkę pokrytą fotorezystem w 50 ml roztworu wywoływacza na 40 s. Namocz wytworzony wafel w 50 ml wody dejonizowanej na 1 minutę w celu umycia płytki. Powtórz proces prania dwukrotnie.
      5. Wytrawiać azotek krzemu przez 1 minutę za pomocą reaktywnego wytrawiacza jonowego o przepływie 50 sccm sześciofluorku siarki.
      6. Zanurz górny i dolny chip w acetonie na 2 minuty, aby usunąć fotorezystor. Delikatnie potrząśnij naczyniem ręcznie, aby skutecznie usunąć fotorezyst.
      7. Wytrawiać krzem wodnym roztworem wodorotlenku potasu (30 mg/ml) w temperaturze 85 °C przez 1,5 - 2 godziny. Użyć łaźni wodnej, aby upewnić się, że roztwór do trawienia ma jednolity profil temperaturowy. Nierówna temperatura spowoduje, że niektóre obszary będą nadmiernie wytrawione, podczas gdy niektóre nie będą całkowicie wytrawione.
      8. Gdy gołym okiem okno wydaje się być całkowicie wytrawione, przerwij trawienie i wyjmij komórkę z roztworu do trawienia. Przechyl komórkę podczas wyjmowania jej z roztworu do trawienia, aby uniknąć ryzyka pęknięcia okna przez wyporność, co może nastąpić w przypadku podniesienia poziomego.
      9. Powtórz te procedury z maską dla dolnego układu scalonego (Rysunek 1b).
        UWAGA: Ponieważ okienka górnego i dolnego chipa są bardzo cienkie, około 25 nm, są bardzo delikatne. Dlatego należy zachować szczególną ostrożność podczas obchodzenia się z nim. Strona okna powinna być zawsze skierowana do góry, gdy wiór spoczywa na powierzchni.
    3. Klejenie górnych i dolnych wiórów
      1. Wirować 10 ml dodatniego fotorezystu na azotku krzemu/płytce krzemowej z prędkością 3,000 obr./min przez 30 s.
      2. Piecz wafel na gorącej płycie w temperaturze 90 °C przez 60 sekund.
      3. Wystaw płytkę pokrytą fotorezystem na działanie światła ultrafioletowego (365 nm) przez 10 s przez maskę chromową (Rysunek 1c).
      4. Zanurz płytkę pokrytą fotorezystem w 50 ml roztworu wywoływacza na 40 s. Namocz wytworzony wafel w 50 ml wody dejonizowanej na 1 minutę w celu umycia płytki. Powtórz proces prania dwukrotnie.
      5. Umieść warstwę indu o grubości ~100 nm na dolnym chipie za pomocą parownika termicznego. Warstwa indu jest stosowana zarówno jako materiał dystansowy, jak i uszczelniający.
      6. Zanurz chip w acetonie na 2 minuty, aby usunąć fotorezystor. Delikatnie potrząśnij naczyniem ręcznie, aby skutecznie usunąć fotorezyst.
      7. Wyrównaj dolne i górne wióry za pomocą wyrównywacza i sklej je w temperaturze 100 °C.
  2. Krzemowe ogniwo cieczowe (Rysunek 3b)
    1. Przygotowanie górnych i dolnych frytek
      1. Używaj wafli krzemowych typu p na izolatorze (SOI) o grubości warstwy 100 nm, 400 nm i 600 μm odpowiednio dla górnego krzemu, zakopanego SiO2 i przenoszenia warstw krzemu.
      2. Przeprowadzić utlenianie na mokro płytki SOI w piecu utleniającym w temperaturze 950 - 1100 °C, aby wyhodować warstwę tlenku krzemu o grubości 170 nm.
      3. Wytrawić tlenek krzemu, zanurzając płytkę SOI w roztworze buforowanego wytrawiania tlenkowego (BOE) w temperaturze pokojowej na 2 minuty, który jest mokrym wytrawiaczem tlenku krzemu. Celem kroków 2.2.1.2 i 2.2.1.3 jest zmniejszenie grubości górnej warstwy krzemu płytki SOI do 25 nm.
      4. Nałożyć warstwę azotku krzemu o niskim naprężeniu o grubości 25 nm na płytki SOI (4 cale) za pomocą LPCVD, stosując te same warunki procesu, co w kroku 2.1.1.1.
      5. Ułóż wzór azotku krzemu, stosując te same procesy i wzory maski, co w krokach 2.1.2.1 - 2.1.2.4.
      6. Zanurz wafle w acetonie na 2 minuty, aby usunąć fotorezystor. Delikatnie potrząśnij naczyniem ręcznie, aby skutecznie usunąć fotorezyst.
      7. Wytrawiaj tlenek krzemu roztworem BOE przez 30 sekund.
      8. Wytrawić krzem wodnym roztworem wodorotlenku potasu (500 mg/ml) w temperaturze 80 °C przez 7 - 12 godzin. Do wytrawiania krzemu można również użyć wodnego roztworu wodorotlenku trimetyloaminy (TMAH).
      9. Wytrawiać azotek krzemu 85 % kwasem fosforowym w temperaturze 160 °C przez 10 minut.
      10. Wytrawić tlenek krzemu roztworem BOE w temperaturze pokojowej przez 3 minuty.
      11. Powtórz procedury z kroków 2.2.1.1 - 2.2.1.10 z maską dla dolnego układu scalonego (Rysunek 1b).
    2. Klejenie górnych i dolnych wiórów
      1. Wirować 10 ml dodatniego fotorezystu na azotku krzemu/płytce krzemowej z prędkością 3,000 obr./min przez 30 s.
      2. Piecz wafel na gorącej płycie w temperaturze 90 °C przez 60 sekund.
      3. Wystaw płytkę pokrytą fotorezystem na działanie światła ultrafioletowego (365 nm) przez 10 s przez maskę chromową (Rysunek 1c).
      4. Zanurz płytkę pokrytą fotorezystem w 50 ml roztworu wywoływacza na 40 s. Namocz wytworzony wafel w 50 ml wody dejonizowanej na 1 minutę w celu umycia płytki. Powtórz proces prania dwukrotnie.
      5. Umieść warstwę indu o grubości ~100 nm na dolnym chipie za pomocą parownika termicznego. Warstwa indu jest stosowana zarówno jako materiał dystansowy, jak i uszczelniający.
      6. Zanurz chip w acetonie na 2 minuty, aby usunąć fotorezystor. Delikatnie potrząśnij naczyniem ręcznie, aby skutecznie usunąć fotorezyst.
      7. Wyrównaj dolne i górne wióry za pomocą wyrównywacza i sklej je w temperaturze 100 °C.

3. TEM w płynnych komórkach

  1. Rozwiązanie załadunkowe
    1. Dodać 20 μl dyspersji nanocząstek (protokół 1.1 i 1.2) do fiolki o pojemności 5 ml i suszyć na powietrzu przez 10 minut. Rozproszyć nanocząstki w mieszaninie rozpuszczalników (1 ml o-dichlorobenzenu, 250 μl pentadekanu i 10 μl oleiloaminy).
      UWAGA: Suszenie w ekstremalnych warunkach, takich jak wysoka temperatura, niskie ciśnienie i przez dłuższy czas, może skutkować słabą dyspersją nanocząstek. Ponieważ oddziaływania ligand-cząstka są dynamiczne, istnieje duże prawdopodobieństwo aglomeracji cząstek po oderwaniu liganda w ekstremalnych warunkach. Ponieważ o-dichlorobenzen, pentadekan i oleiloamina mają różną prężność par, proces suszenia należy przeprowadzić bezpośrednio przed procesem ładowania, aby utrzymać stały stosunek rozpuszczalnika.
    2. Zbadać cieczową komórkę za pomocą mikroskopu optycznego.
      UWAGA: Jeśli którekolwiek z okien ogniwa cieczowego jest uszkodzone, nie używaj ogniwa.
    3. Załaduj ~100 nL dyspersji nanocząstek do zbiorników (Rysunek 2a i 2b) ogniwa cieczowego. Wtryskiwacz wyposażony w ultracienką kapilarnę (Rysunek 2c) może być użyty do skutecznego załadowania niewielkiej ilości dyspersji do zbiorników ogniwa cieczowego.
      UWAGA: Ogólnie rzecz biorąc, wstrzyknięta ilość dyspersji nanocząstek przekracza pojemność zbiornika. Jeśli dyspersja wyleje się ze zbiornika, ogniwo cieczowe może nie być całkowicie uszczelnione. W związku z tym wszelka dyspersja przelewająca się na zewnątrz zbiornika musi zostać wchłonięta przez końcówkę bibuły filtracyjnej pociętej na kształt wachlarza. Unikać kontaktu z oknem podczas wchłaniania.
    4. Wystawić ciekłą komórkę na działanie powietrza przez 10 minut w celu wysuszenia o-dichlorobenzenu.
    5. Nałóż smar próżniowy na jedną stronę miedzianej siatki aperturowej o rozmiarze 2 mm i rozmiarze otworu 600 μm i przykryj ciecz kuwetę nasmarowaną stroną kratki apertury, aby stworzyć szczelne środowisko.
      UWAGA: Smar próżniowy osadzony na szybie znacznie zmniejsza rozdzielczość TEM. W związku z tym nie należy korygować niedopasowania otworu miedzianej siatki apertury do okienka komórki przy pierwszej próbie; Zamiast tego komórkę należy wyrzucić i przygotować nową.
  2. Pomiar TEM
    1. Umieść kuwetę cieczową w standardowym uchwycie TEM. Płynna kuweta została zaprojektowana tak, aby pasowała do standardowego uchwytu.
      UWAGA: Używać rękawiczek, aby uniknąć zanieczyszczenia uchwytu TEM.
    2. Ustaw TEM w trybie ciągłej akwizycji obrazu. Przechwytywanie obrazów TEM przy napięciu przyspieszenia 200 kV i gęstości prądu ~700 A/m2,
      UWAGA: Często sprawdzaj poziom ciśnienia TEM. Jeśli poziom ciśnienia jest nieprawidłowy, należy natychmiast przerwać obrazowanie i jak najszybciej wyjąć uchwyt z komory TEM. Niski kontrast TEM z cieczą komórkową powoduje trudności w ustawieniu ostrości obrazu. Precyzyjne wyrównanie i ustawianie ostrości można łatwo wykonać poprzez wstępne zgrubne ustawienie ostrości na krawędzi okna. Szybkość suszenia można kontrolować, zmieniając gęstość prądu. Szybkość suszenia 2D można zmierzyć, śledząc rozmiar ewoluujących plam suszenia. Trudno jest jednak określić ilościowo szybkość suszenia pod względem objętości.
    3. Otwórz oryginalne obrazy TEM za pomocą pakietu oprogramowania ImageJ. Wybierz ikonę wielopunktową programu i przypisz środki wszystkich poszczególnych nanocząstek obrazu, a następnie wyodrębnij współrzędne x i y wybranych cząstek.
    4. Obliczać funkcję rozkładu promieniowego (RDF):
      figure-protocol-1
      gdzie r jest odległością między cząstkami, N jest liczbą cząstek, A jest obszarem pokrytym przez cząstki, ρ jest gęstością powierzchniową 2D cząstek (N/A), figure-protocol-2 jest wektorem położenia od cząstki j do cząstki k, a δ(r) jest funkcją delta Diraca. Używamy figure-protocol-3, gdzie a = 0,8 nm jako funkcja delta Diraca do realistycznych obliczeń.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ogniwo cieczowe składa się z górnego i dolnego chipa, które są wyposażone w okna z azotku krzemu, które są przezroczyste dla wiązki elektronów o grubości 25 nm. Górny chip posiada zbiornik do przechowywania roztworu próbki i odparowanego rozpuszczalnika. Chipy są wytwarzane za pomocą konwencjonalnej obróbki mikrofabrykacji25. Maski używane dla górnych i dolnych chipów są pokazane w Rysunek 1a i 1b, odp...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nanocząstki platyny o wielkości 7 nm zsyntetyzowano poprzez redukcję heksachloroplatynianu (IV) amonu i tetrachloroplatynianu (II) amonu przy użyciu poli(winylopirolidonu) (PVP) jako liganda i glikolu etylenowego jako rozpuszczalnika i środka redukującego27. Przeprowadzono reakcję wymiany ligandów z oleyloaminą w celu rozproszenia cząstek w rozpuszczalniku hydrofobowym. Nanocząstki selenku ołowiu zsyntetyzowano w wyniku termicznego rozkładu kompleksów ołowiowo-oleiniowych przy użyciu TOP-Se jako ź...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dziękujemy Prof. A. Paulowi Alivisatosowi z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley i Prof. Taeghwanowi Hyeonowi z Seoul National University za pomocną dyskusję. Prace te były wspierane przez IBS-R006-D1. W.C.L. z wdzięcznością dziękuje za wsparcie ze strony funduszu badawczego Uniwersytetu Hanyang (HY-2015-N).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
heksachloroplatynian amonu (IV)Sigma-Aldrich204021
tetrachloroplatynian amonu (II)Sigma-Aldrich206105
bromek tetrametyloamoniowy, 98%Sigma-Aldrich195758
poli(winylopirolidon) w proszkuSigma-Aldrich234257Mw ~29 000
glikol etylenowy, bezwodny, 99,8%Sigma-Aldrich324558
n-heksan, bezwodny, 95%Samchun Chem.H0114
etanol, bezwodny, 99,5%Sigma-Aldrich459836
oleiloamina, 70%Sigma-AldrichO7805
Trójwodny octan ołowiu(II) klasy technicznej, 99,99%Sigma-Ald467863
90%Sigma-Aldrich364525Techniczny
eter difenylowy, 99%Sigma-AldrichP24101ReagentPlus
selen w proszku, 99,99%Sigma-Aldrich229865
tri-n-oktylofosfina, 97%Strem15-6655
Toluen wrażliwy na powietrze, bezwodny, 99,9%Samchun Chem.T2419
aceton 99,8%Daejung Chem.1009-2304
wodorotlenek potasu, 95%Samchun Chem.P0925
wafle krzemowe typu p na izolatorzeSoitecPower-SOIdo ogniw płynnych z oknami krzemowymi
wodorotlenek tetrametyloamonu, 25% w H2OJ.T.Baker02-002-109
AZ 5214 EAZ Electronic MaterialsAZ 5214 EPositive photorest
AZ-327AZ Electronic MaterialsAZ-327AZ 5214 Develper
Granulat indu 99,98-99,99%Firma Kurt J. Lesker EVMIN40EXEBparownik termiczny docelowy
1,2-dichlorobenzen, >99%TCID1116
pentadekan, >99%Sigma-AldrichP3406
buforowany tlenek wytrawiający 7:1mikrochemikaliaBOE 7-1 VLSI
kwas fosforowy, 85%Samchun Chem.Zobacz materiał P0449
Kwas oleinowy rich,

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Shevchenko, E. V., Talapin, D. V., Kotov, N. A., O'Brien, S., Murray, C. B. Structural Diversity in Binary Nanoparticle Superlattices. Nature. 439, 55-59 (2006).
  2. Talapin, D. V., et al. Quasicrystalline Order in Self-Assembled Binary Nanoparticle Superlattices. Nature. 461, 964-967 (2009).
  3. Evers, W. H., Friedrich, H., Filion, L., Dijkstra, M., Vanmaekelbergh, D. Observation of a Ternary Nanocrystal Superlattice and Its Structural Characterization by Electron Tomography. Angew. Chem., Int. Ed. 48, 9655-9657 (2009).
  4. Maillard, M., Motte, L., Pileni, M. P. Rings and Hexagons Made of Nanocrystals. Adv. Mater. 13, 200-204 (2001).
  5. Sztrum, C. G., Rabani, E. Out-of-Equilibrium Self-Assembly of Binary Mixtures of Nanoparticles. Adv. Mater. 18, 565-571 (2006).
  6. Han, W., Lin, Z. Learning From "coffee Rings": Ordered Structures Enabled by Controlled Evaporative Self-Assembly. Angew. Chem., Int. Ed. 51, 1534-1546 (2012).
  7. Bigioni, T. P., et al. Kinetically Driven Self Assembly of Highly Ordered Nanoparticle Monolayers. Nat. Mater. 5, 265-270 (2006).
  8. Govor, L. V., Reiter, G., Parisi, J., Bauer, G. H. Self-Assembled Nanoparticle Deposits Formed at the Contact Line of Evaporating Micrometer-Size Droplets. Phys. Rev. E. 69, 61609(2004).
  9. Kletenik-Edelman, O., et al. Drying-Mediated Hierarchical Self-Assembly of Nanoparticles: A Dynamical Coarse-Grained Approach. J. Phys. Chem. C. 112, 4498-4506 (2008).
  10. Kletenik-Edelman, O., Sztrum-Vartash, C. G., Rabani, E. Coarse-Grained Lattice Models for Drying-Mediated Self-Assembly of Nanoparticles. J. Mater. Chem. 19, 2872-2876 (2009).
  11. Rabani, E., Reichman, D. R., Geissler, P. L., Brus, L. E. Drying-mediated self-assembly of nanoparticles. Nature. 426, 271-274 (2003).
  12. Loubat, A., et al. Growth and Self-Assembly of Ultrathin Au Nanowires into Expanded Hexagonal Superlattice Studied by in Situ SAXS. Langmuir. 30, 4005-4012 (2014).
  13. Connolly, S., Fullam, S., Korgel, B., Fitzmaurice, D. Time-Resolved Small-Angle X-Ray Scattering Studies of Nanocrystal Superlattice Self-Assembly. J. Am. Chem. Soc. 120, 2969-2970 (1998).
  14. Lu, C., Akey, A. J., Dahlman, C. J., Zhang, D., Herman, I. P. Resolving the Growth of 3D Colloidal Nanoparticle Superlattices by Real-Time Small-Angle X-Ray Scattering. J. Am. Chem. Soc. 134, 18732-18738 (2012).
  15. Zheng, H., Claridge, S. A., Minor, A. M., Alivisatos, A. P., Dahmen, U. Nanocrystal Diffusion in a Liquid Thin Film Observed by in Situ Transmission Electron Microscopy. Nano Lett. 9, 2460-2465 (2009).
  16. Jungjohann, K. L., Bliznakov, S., Sutter, P. W., Stach, E. A., Sutter, E. A. In Situ Liquid Cell Electron Microscopy of the Solution Growth of Au-Pd Core-Shell Nanostructures. Nano Lett. 13, 2964-2970 (2013).
  17. Yuk, J. M., et al. High-Resolution EM of Colloidal Nanocrystal Growth Using Graphene Liquid Cells. Science. 336, 61-64 (2012).
  18. Park, J., et al. Direct Observation of Nanoparticle Superlattice Formation by Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy. ACS Nano. 6, 2078-2085 (2012).
  19. Lee, W. C., Kim, B. H., Choi, S., Takeuchi, S., Park, J. Liquid Cell Electron Microscopy of Nanoparticle Self-Assembly Driven by Solvent Drying. J. Phys. Chem. Lett. 8, 647-654 (2017).
  20. Park, J., et al. 3D Structure of Individual Nanocrystals in Solution by Electron Microscopy. Science. 349, 290-295 (2015).
  21. Chee, S. W., Baraissov, Z., Loh, N. D., Matsudaira, P. T., Mirsaidov, U. Desorption-Mediated Motion of Nanoparticles at the Liquid-Solid Interface. J. Phys. Chem. C. 120, 20462-20470 (2016).
  22. Liu, Y., Lin, X. -M., Sun, Y., Rajh, T. In Situ Visualization of Self-Assembly of Charged Gold Nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 135, 3764-3767 (2013).
  23. Verch, A., Pfaff, M., de Jonge, N. Exceptionally Slow Movement of Gold Nanoparticles at a Solid/Liquid Interface Investigated by Scanning Transmission Electron Microscopy. Langmuir. 31, 6956-6964 (2015).
  24. Sutter, E., et al. In Situ Microscopy of the Self-Assembly of Branched Nanocrystals in Solution. Nat. Commun. 7, 11213(2016).
  25. Niu, K. -Y., Liao, H. -G., Zheng, H. Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquid Using Transmission Electron Microscopy. J. Vis. Exp. (70), e50122(2012).
  26. Hermannsdörfer, J., de Jonge, N. Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy. J. Vis. Exp. (120), e54943(2017).
  27. Tsung, C. K., et al. Sub-10 nm Platinum Nanocrystals with Size and Shape Control: Catalytic Study for Ethylene and Pyrrole Hydrogenation. J. Am. Chem. Soc. 131, 5816-5822 (2009).
  28. Cho, K. S., Talapin, D. V., Gaschler, W., Murray, C. B. Designing PbSe Nanowires and Nanorings through Oriented Attachment of Nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 127, 7140-7147 (2005).
  29. Manthiram, K., Beberwyck, B. J., Talapin, D. V., Alivisatos, A. P. Seeded Synthesis of CdSe/CdS Rod and Tetrapod Nanocrystals. J. Vis. Exp. (82), e50731(2013).
  30. Woehl, T. J., et al. Experimental Procedures to Mitigate Electron Beam Induced Artifacts During in situ Fluid Imaging of Nanomaterials. Ultramicroscopy. 127, 53-63 (2013).
  31. Shin, D., et al. Growth Dynamics and Gas Transport Mechanism of Nanobubbles in Graphene Liquid Cells. Nat. Commun. 6, 6068(2015).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Liquid cell TEMNanoparticle Self assemblyPlatinum NanoparticlesSilicon Nitride WindowsSolvent EvaporationRadial Distribution FunctionCapillary ForcesAmorphous Agglomerates2D Self assemblyTEM Imaging

Powiązane artykuły