Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Mikroskopia elektronowa transmisyjna z ciekłymi komórkami do śledzenia samoorganizacji nanocząstek

11.1K wyświetleń

⸱

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

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

Streszczenie

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

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

1. Synteza nanocząsteczek

  1. Synteza nanocząsteczek platyny
    1. W kolbie okrągłodennej o pojemności 100 mL z trzema szyjkami i gumową przegrodą 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 tetrametyluamoniowego, 109 mg poli(winylopirolidonu) (MW: 29 000) oraz 10 mL glikolu etylenowego, dodając mieszadło magnetyczne.
    2. Wyposażyć kolbę w chłodnicę zwrotną i odgazować pod próżnią. Mieszaninę reakcyjną mieszać za pomocą mieszadła magnetycznego z prędkością 1 000 rpm.
    3. Podgrzać mieszaninę reakcyjną do 180 °C w płaszczu grzejnym z szybkością 10 °C/min w przepływie argonu.
    4. Utrzymywać temperaturę (180 °C) przez 20 min. Roztwór przybierze ciemnobrązowy kolor.
    5. Wyjąć kolbę z płaszcza grzejnego i pozostawić do ochłodzenia do temperatury pokojowej.
    6. Przenieść produkt do probówki wirówkowej o pojemności 50 mL. Do produktu dodać 30 mL acetonu w celu wytrącenia nanocząsteczek, a następnie wirować próbkę z prędkością 2 400 x g przez 10 min.
      UWAGA: Ze względów bezpieczeństwa proces ten należy przeprowadzać w dygestorium.
    7. Odlać nadsącz i ponownie zdyspergować czarny osad w 10 mL etanolu.
    8. Wytrącić produkt za pomocą 30 mL toluenu i wirować zawiesinę z prędkością 2 400 x g przez 10 min. Odlać nadsącz i ponownie zdyspergować czarny osad w 10 mL etanolu. Powtórzyć ten proces 3 razy.
    9. Do nanocząsteczek platyny dodać 5 mL oleylaminy i przenieść dyspersję do kolby okrągłodennej o pojemności 100 mL. Podgrzewać dyspersję z chłodnicą zwrotną przez noc przy mieszaniu magnetycznym z prędkością 1 000 rpm, aby umożliwić zajście reakcji wymiany ligandów.
    10. Nanocząsteczki po wymianie ligandów wirować z prędkością 10 000 x g przez 30 min, aby oddzielić je od roztworu.
    11. Odlać nadsącz i zdyspergować nanocząsteczki platyny w 10 mL rozpuszczalnika hydrofobowego, takiego jak toluen, heksan lub chloroform.
  2. Synteza nanocząsteczek selenku ołowiu
    1. Przygotowanie oleinianu ołowiu
      1. W kolbie okrągłodennej o pojemności 100 mL z trzema szyjkami i gumową przegrodą połączyć 758 mg trihydratu octanu ołowiu (Pb(Ac)2·3H2O), 2,5 mL kwasu oleinowego i 10 mL eteru difenylowego, dodając mieszadło magnetyczne.
      2. Wyposażyć kolbę w chłodnicę zwrotną.
      3. Odgazować mieszaninę w temperaturze 70 °C pod próżnią przez 2 h, mieszając magnetycznie z prędkością 1 000 rpm.
      4. Przepłukać kolbę argonem, a następnie ochłodzić do temperatury pokojowej.
    2. Przygotowanie selenku trioktylofosfiny (TOPSe)
      1. W osobnym naczyniu, w atmosferze obojętnej, połączyć 474 mg selenu i 6 mL trioktylofosfiny (TOP), korzystając z komory rękawicowej (glovebox), aby zapobiec kontaktowi odczynników z powietrzem.
      2. Rozpuścić proszek selenu w TOP poprzez sonikację (110 W, 40 kHz) i mieszać za pomocą miksera wiorowego (vortex), aż roztwór stanie się wyraźnie przezroczysty.
    3. W osobnej kolbie okrągłodennej o pojemności 250 mL z trzema szyjkami odgazować 15 mL eteru difenylowego w temperaturze 120 °C pod próżnią przy mieszaniu magnetycznym z prędkością 1 000 rpm przez 30 min.
    4. Przepłukać kolbę argonem, a następnie podgrzać eter difenylowy do 230 °C.
    5. Szybko wstrzyknąć zarówno roztwór oleinianu ołowiu, jak i TOPSe do podgrzanego eteru difenylowego. Po wstrzyknięciu temperatura ulegnie pewnemu obniżeniu. Ustawić temperaturę dojrzewania na 170 °C.
    6. Utrzymywać temperaturę mieszaniny na poziomie 170 °C przez 10 min przy intensywnym mieszaniu, aby umożliwić wzrost nanocząsteczek selenku ołowiu.
    7. Wyjąć kolbę z płaszcza grzejnego i pozostawić do ochłodzenia do temperatury pokojowej.
    8. Przygotować dwie probówki wirówkowe o pojemności 50 mL, podzielić produkt na równe objętości i przenieść do probówek. Do każdej probówki dodać 30 mL etanolu w celu wytrącenia nanocząsteczek, a następnie wirować zawiesinę z prędkością 2 400 x g przez 10 min.
    9. Odlać nadsącz i ponownie zdyspergować czarny osad w 10 mL toluenu.
    10. Wytrącić produkt za pomocą 30 mL etanolu i wirować zawiesinę z prędkością 2 400 x g przez 10 min. Odlać nadsącz i ponownie zdyspergować czarny osad w 10 mL toluenu. Powtórzyć ten proces 3 razy.
    11. Odlać nadsącz i zdyspergować nanocząsteczki selenku ołowiu w 10 mL rozpuszczalnika hydrofobowego, takiego jak toluen, heksan lub chloroform.

2. Fabrykacja celi z cieczą

  1. Płynna ogniwa z azotku krzemu (Rysunek 3a)
    1. Osadzanie warstwy azotku krzemu
      1. Osadź niskonaprężoną warstwę azotku krzemu na podłożach krzemowych o grubości 100 µm (4 cale) metodą niskociśnieniowego chemicznego osadzania 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, aby wynosiła ~25 nm, zmieniając czas osadzania. Szybkość osadzania wynosi 2,5 - 3,0 nm/min, ale różni się nieco dla każdego procesu CVD.
    2. Chip górny i dolny
      UWAGA: Szczegółowy opis procesu mikrofabrykacji znajduje się w literaturze25.
      1. Nanieś metodą spin-coatingu 10 mL pozytywnego fotorezystu na podłoże z azotku krzemu/krzemu przy 3 000 rpm przez 30 s, używając wystarczającej ilości fotorezystu, aby całkowicie zwilżyć podłoże.
        UWAGA: Ultracienkie podłoża krzemowe łatwo ulegają pęknięciu podczas wirowania. Zazwyczaj mocujemy ultracienkie podłoże do innego podłoża krzemowego o grubości 500 µm za pomocą fotorezystu, aby uniknąć pęknięcia. Po naniesieniu warstwy cienkie podłoże oddziela się od grubego poprzez zanurzenie w acetonie. Technikę tę można zastosować również w kolejnym etapie nakładania fotorezystu na ultracienkie podłoża krzemowe.
      2. Wypiecz podłoże na płycie grzejnej w temperaturze 85 °C przez 60 s.
        UWAGA: Nie wypiekaj przygotowanego podłoża w temperaturach >110 °C. Wypiekanie fotorezystu w wysokich temperaturach spowoduje jego zmianę z fotorezystu pozytywnego na negatywny.
      3. Naświetlaj podłoże pokryte fotorezystem światłem ultrafioletowym (365 nm) przez 10 s przez maskę chromową (Rysunek 1a).
      4. Zanurz podłoże pokryte fotorezystem w 50 mL roztworu wywoływacza na 40 s. Namocz wywołane podłoże w 50 mL wody dejonizowanej przez 1 min w celu jego przemycia. Powtórz proces płukania dwukrotnie.
      5. Traw azotek krzemu przez 1 min za pomocą reaktywnego trawienia jonowego przy przepływie 50 sccm heksafluorku siarki.
      6. Zanurz chip górny i dolny w acetonie na 2 min, aby usunąć fotorezyst. Delikatnie potrząśnij naczyniem ręcznie, aby skutecznie usunąć fotorezyst.
      7. Traw krzem roztworem wodnym wodorotlenku potasu (30 mg/mL) w temperaturze 85 °C przez 1,5 - 2 h. Użyj kąpieli wodnej, aby zapewnić jednolity profil temperatury roztworu trawiącego. Nierównomierna temperatura doprowadzi do nadmiernego wytrawienia niektórych obszarów, podczas gdy inne zostaną wytrawione niecałkowicie.
      8. Gdy okno wyda się całkowicie wytrawione gołym okiem, przerwij trawienie i wyjmij ogniwo z roztworu trawiącego. Przechyl ogniwo podczas wyjmowania z roztworu, aby uniknąć ryzyka pęknięcia okna na skutek wyporu, co może się zdarzyć przy podnoszeniu go poziomo.
      9. Powtórz powyższe procedury z maską dla chipu dolnego (Rysunek 1b).
        UWAGA: Ponieważ okna chipu górnego i dolnego są bardzo cienkie, ok. 25 nm, są one bardzo kruche. Należy zatem zachować szczególną ostrożność podczas manipulacji. Strona z oknem powinna być zawsze skierowana do góry, gdy chip spoczywa na powierzchni.
    3. Łączenie chipów górnego i dolnego
      1. Nanieś metodą spin-coatingu 10 mL pozytywnego fotorezystu na podłoże z azotku krzemu/krzemu przy 3 000 rpm przez 30 s.
      2. Wypiecz podłoże na płycie grzejnej w temperaturze 90 °C przez 60 s.
      3. Naświetlaj podłoże pokryte fotorezystem światłem ultrafioletowym (365 nm) przez 10 s przez maskę chromową (Rysunek 1c).
      4. Zanurz podłoże pokryte fotorezystem w 50 mL roztworu wywoływacza na 40 s. Namocz wywołane podłoże w 50 mL wody dejonizowanej przez 1 min w celu jego przemycia. Powtórz proces płukania dwukrotnie.
      5. Osadź warstwę indu o grubości ~100 nm na chipie dolnym za pomocą ewaporatora termicznego. Warstwa indu służy zarówno jako dystans, jak i materiał uszczelniający.
      6. Zanurz chip w acetonie na 2 min, aby usunąć fotorezyst. Delikatnie potrząśnij naczyniem ręcznie, aby skutecznie usunąć fotorezyst.
      7. Wyrównaj chipy dolny i górny za pomocą urządzenia do wyrównywania (alignera) i połącz je w temperaturze 100 °C.
  2. Krzemowe ogniwo płynne (Rysunek 3b)
    1. Przygotowanie chipów górnego i dolnego
      1. Użyj podłoży krzemowych na izolatorze (SOI) typu p z grubościami warstw odpowiednio 100 nm dla górnego krzemu, 400 nm dla zakopanego SiO2 i 600 µm dla warstwy krzemu nośnego.
      2. Przeprowadź utlenianie mokre podłoża SOI w piecu do utleniania w temperaturze 950 - 1100 °C, aby wyhodować warstwę tlenku krzemu o grubości 170 nm.
      3. Traw tlenek krzemu poprzez zanurzenie podłoża SOI w roztworze buforowanego trawienia tlenków (BOE) w temperaturze pokojowej przez 2 min, który jest mokrym trawieniem tlenku krzemu. Celem kroków 2.2.1.2 i 2.2.1.3 jest zmniejszenie grubości górnej warstwy krzemu podłoża SOI do 25 nm.
      4. Osadź niskonaprężoną warstwę azotku krzemu o grubości 25 nm na podłożach SOI (4-calowych) metodą LPCVD, stosując te same warunki procesu co w kroku 2.1.1.1.
      5. Wytraw wzór w azotku krzemu, korzystając z tych samych procesów i wzorów masek, co w krokach 2.1.2.1 - 2.1.2.4.
      6. Zanurz podłoża w acetonie na 2 min, aby usunąć fotorezyst. Delikatnie potrząśnij naczyniem ręcznie, aby skutecznie usunąć fotorezyst.
      7. Traw tlenek krzemu roztworem BOE przez 30 s.
      8. Traw krzem roztworem wodnym wodorotlenku potasu (500 mg/mL) w temperaturze 80 °C przez 7 - 12 h. Do trawienia krzemu można również zastosować wodny roztwór wodorotlenku trimetyloaminy (TMAH).
      9. Traw azotek krzemu 85% kwasem fosforowym w temperaturze 160 °C przez 10 min.
      10. Traw tlenek krzemu roztworem BOE w temperaturze pokojowej przez 3 min.
      11. Powtórz procedury z kroków 2.2.1.1 - 2.2.1.10 z maską dla chipu dolnego (Rysunek 1b).
    2. Łączenie chipów górnego i dolnego
      1. Nanieś metodą spin-coatingu 10 mL pozytywnego fotorezystu na podłoże z azotku krzemu/krzemu przy 3 000 rpm przez 30 s.
      2. Wypiecz podłoże na płycie grzejnej w temperaturze 90 °C przez 60 s.
      3. Naświetlaj podłoże pokryte fotorezystem światłem ultrafioletowym (365 nm) przez 10 s przez maskę chromową (Rysunek 1c).
      4. Zanurz podłoże pokryte fotorezystem w 50 mL roztworu wywoływacza na 40 s. Namocz wywołane podłoże w 50 mL wody dejonizowanej przez 1 min w celu jego przemycia. Powtórz proces płukania dwukrotnie.
      5. Osadź warstwę indu o grubości ~100 nm na chipie dolnym za pomocą ewaporatora termicznego. Warstwa indu służy zarówno jako dystans, jak i materiał uszczelniający.
      6. Zanurz chip w acetonie na 2 min, aby usunąć fotorezyst. Delikatnie potrząśnij naczyniem ręcznie, aby skutecznie usunąć fotorezyst.
      7. Wyrównaj chipy dolny i górny za pomocą urządzenia do wyrównywania (alignera) i połącz je w temperaturze 100 °C.

3. TEM z ogniwem ciekłym

  1. Bufor do nakładania próbek
    1. Dodaj 20 µL dyspersji nanocząstek (protokół 1.1 i 1.2) do fiolki o pojemności 5 ml i suszyć na powietrzu przez 10 min. Rozproszyć nanocząstki w mieszaninie rozpuszczalników (1 ml o-dichlorobenzenu, 250 µL pentadekanu i 10 µL oleyloaminy).
      UWAGA: Suszenie w ekstremalnych warunkach, takich jak wysoka temperatura, niskie ciśnienie oraz przez przedłużony czas, może prowadzić do słabej dyspersji nanocząstek. Ponieważ oddziaływania ligand-cząstka mają charakter dynamiczny, istnieje duże prawdopodobieństwo aglomeracji cząstek po odczepieniu ligandów w ekstremalnych warunkach. Ze względu na to, że o-dichlorobenzen, pentadekan i oleylamina mają różne prężności par, proces suszenia należy przeprowadzić bezpośrednio przed procesem załadunku, aby utrzymać stały stosunek rozpuszczalników.
    2. Obejrzyć celę z cieczą za pomocą mikroskopu optycznego.
      UWAGA: Jeśli którekolwiek z okien celi z cieczą są uszkodzone, nie należy używać tej celi.
    3. Nanieś ok. 100 nL dyspersji nanocząstek do zbiorniczków (Rycina 2a i 2b) celi z cieczą. Inżektor wyposażony w ultracienką kapilarę (Rysunek 2c) można wykorzystać do efektywnego wprowadzania niewielkiej ilości dyspersji do zbiorników celi cieczowej.
      UWAGA: W ujęciu ogólnym wstrzykiwana ilość dyspersji nanocząstek przekracza pojemność zbiornika. Jeśli dyspersja przeleje się ze zbiornika, komórka cieczowa może nie zostać całkowicie uszczelniona. W związku z tym każdą nadmiarową dyspersję, która wypłynęła poza zbiornik, należy wchłonąć końcówką papieru filtracyjnego wyciętego w kształt wachlarza. Podczas wchłaniania należy unikać kontaktu z okienkiem.
    4. Wystawić ogniwo z cieczą na działanie powietrza przez 10 min w celu osuszenia o-dichlorobenzenu.
    5. Nałożyć smar próżniowy na jedną stronę miedzianej siatki aperturowej o rozmiarze 2 mm i średnicy otworów wynoszącej 600 µm następnie przykryć ogniwo z cieczą nasmarowaną stroną siatki aperturowej, aby stworzyć szczelne środowisko.
      UWAGA: Osadzenie smaru próżniowego na okienku znacznie obniża rozdzielczość TEM. W związku z tym, w przypadku niepowodzenia w dopasowaniu otworu miedzianej kratki aperturowej do okienka celi przy pierwszej próbie, nie należy go korygować; zamiast tego celę należy odrzucić i przygotować nową.
  2. pomiar TEM
    1. Umieść ogniwo z cieczą w standardowym uchwycie TEM. Ogniwo z cieczą zostało zaprojektowane tak, aby pasowało do standardowego uchwytu.
      UWAGA: Należy używać rękawiczek, aby uniknąć zanieczyszczenia uchwytu TEM.
    2. Ustaw mikroskop TEM w trybie ciągłego pozyskiwania obrazów. Wykonaj obrazy TEM przy napięciu przyspieszającym 200 kV i gęstości prądu ok. 700 A/m.2.
      UWAGA: Należy często kontrolować poziom ciśnienia w TEM. W przypadku stwierdzenia nieprawidłowego poziomu ciśnienia należy natychmiast przerwać obrazowanie i jak najszybciej wyjąć uchwyt z komory TEM. Niski kontrast w TEM z zastosowaniem celi ciekłej utrudnia ustawienie ostrości obrazu. Precyzyjne wyrównanie i ogniskowanie można łatwo przeprowadzić, wykonując wstępne grube ustawienie ostrości na krawędzi okna. Szybkość wysychania można kontrolować poprzez zmianę gęstości prądu. Dwuwymiarową szybkość wysychania można zmierzyć, śledząc rozmiar powstających plam wysychania. Trudno jest jednak określić szybkość wysychania w odniesieniu do objętości.
    3. Otwórz oryginalne obrazy TEM, korzystając z pakietu oprogramowania ImageJ. Wybierz w programie ikonę wielu punktów (multi-point), zaznacz środki wszystkich poszczególnych nanocząstek na obrazie, a następnie wyodrębnij współrzędne x i y wybranych cząstek.
    4. Oblicz funkcję rozkładu radialnego (RDF):
      Równania funkcji rozkładu radialnego; g(r), wzory sumowania; koncepcja mechaniki statystycznej.
      gdzie r jest odległością międzycząsteczkową, N jest liczbą cząsteczek, A jest powierzchnią pokrytą cząstkami, ρ dwuwymiarowa gęstość powierzchniowa cząstek (N/A), Wzór na równowagę statyczną ΣFx=0, symbol równania stosowany w schematach fizycznych do analizy stanu równowagi. jest wektorem położenia cząsteczki j do cząsteczki K, i δ(Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia.) jest funkcją delta Diraca. Stosujemy Równanie mechaniki kwantowej, radialna funkcja falowa, atom wodoru, wyświetlanie wzoru. gdzie a = 0,8 nm jako funkcję delta Diraca w celu przeprowadzenia realistycznych obliczeń.

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

Wyniki

Ogniwo z cieczą składa się z górnego i dolnego chipu, które są wyposażone w okna z azotku krzemu o grubości 25 nm, przezroczyste dla wiązki elektronów. Górny chip posiada zbiornik do przechowywania roztworu próbki i odparowanego rozpuszczalnika. Chipy są wykonane za pomocą konwencjonalnego procesu mikrofabrykacji25. Maski użyte do górnego i dolnego chipu przedstawiono odpowiednio na Rysunku 1a oraz 1b....

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

Dyskusja

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

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

  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

Tagi

TEM z ogniwem cieczowymsamoorganizacja nanocz steknanocz stki platynyokienka z azotku krzemuodparowywanie rozpuszczalnikaradialna funkcja rozk adusi y kapilarneaglomeraty amorficznesamoorganizacja 2Dobrazowanie TEM
Mikroskopia elektronowa transmisyjna z ciekłymi komórkami do śledzenia samoorganizacji nanocząstek
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.