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Chemistry

用于跟踪纳米粒子自组装的液体细胞透射电子显微镜

Published: October 16, 2017 doi: 10.3791/56335
Automatic Translation
1,2, 1,2, 3, 1,2
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

Summary

在这里, 我们介绍了实验协议的 real-time 观察的自组装过程中使用液体细胞透射电镜。

Abstract

干燥纳米粒子的分散是建立纳米微粒自组装结构的一种通用方法, 但这一过程的机制还没有完全被理解。我们用液-细胞透射电镜 (TEM) 追踪了单个纳米粒子的运动轨迹, 以研究其组装过程的机理。在此, 我们提出的协议用于液体细胞 TEM 研究的自组装机制。首先, 我们介绍了详细的合成协议, 用于生产均匀大小的铂和硒化铅纳米颗粒。接下来, 我们介绍了用氮化硅或硅窗生产液态细胞的微细加工过程, 然后描述了液-细胞 TEM 技术的加载和成像过程。包括一些说明, 为整个过程提供有用的提示, 包括如何管理脆弱的细胞窗口。通过液-胞 TEM 跟踪的纳米粒子的单个运动表明, 蒸发引起的溶剂边界的变化影响了纳米粒子的自组装过程。溶剂的边界驱使纳米颗粒主要形成无定形的聚合体, 其次是聚集体的扁平化以产生2维 (2D) 自组装结构。这些行为也观察到不同的纳米颗粒类型和不同的液体细胞组成。

Introduction

胶体纳米粒子的自组装是有兴趣的, 因为它提供了一个机会来获得单个纳米粒子的集体物理性质11。在实际的设备规模应用中, 自组装最有效的方法之一是在基板上通过挥发性溶剂的蒸发来自我组织,6,7,8,9,10,11. 这种溶剂蒸发法是一种非平衡过程, 主要受蒸发速率和纳米粒子-基体相互作用的变化等动力学因素的影响。然而, 由于难以估计和控制的动力学因素, 机械理解纳米粒子自组装的溶剂蒸发不完全成熟。虽然原位X 射线散射研究提供了非平衡纳米粒子自组装过程的集合平均信息,12,13,14, 此技术不能确定单个纳米粒子的运动, 它们与整体轨迹的联系不能轻易地被访问。

液体细胞 TEM 是一种新的工具, 跟踪单个纳米粒子的轨迹, 使我们能够理解纳米粒子运动的不均匀性及其对合奏行为的贡献15,16, 17,18,19,202122,2324,25 26。我们以前用液体细胞 TEM 跟踪单个纳米粒子在溶剂蒸发过程中的运动, 表明溶剂边界的运动是诱导纳米粒子自组装的主要推动力18,19. 本文介绍了利用液-细胞 TEM 观察纳米粒子自组装过程的实验。首先, 我们提供了合成铂和硒化铅纳米粒子的协议, 然后介绍了 TEM 中的液细胞的制备方法, 以及如何将纳米微粒加载到液细胞中。作为代表性的结果, 我们展示了由溶剂干燥驱动的纳米粒子自组装的 TEM 电影的快照图像。通过跟踪这些电影中的单个粒子, 我们可以了解在单个纳米粒子水平上的溶剂-干燥-介导的自组装的详细机制。在自组装过程中, 氮化硅窗口上的铂纳米粒子主要跟随蒸发溶剂前缘的运动, 因为在薄溶剂层上的强毛细管力作用。其他的纳米粒子 (硒化铅) 和基体 (硅) 也有类似现象, 这表明溶剂锋的毛细管力是粒子在基底附近迁移的一个重要因素。

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Protocol

1. 纳米颗粒的合成

  1. 合成铂纳米粒子
      组合17.75 毫克铵铂 (iv) (NH
    1. 4 ) 2 Pt (iv) Cl 6 ), 3.72 毫克酸铵 (ii) (NH 4 ) 2 Pt (ii) Cl 4 ), 115.5 毫克四甲基溴化铵, 109 毫克聚 (基) (兆瓦: 2.9万), 10 毫升的乙二醇, 在100毫升 3-颈圆底烧瓶中搅拌棒配有橡胶隔膜.
    2. 将烧瓶与回流冷凝器一起装备, 并在真空下清洗。搅拌的反应混合物与磁性搅拌棒在 1000 rpm.
    3. 将反应混合物加热到180和 #176; 在加热地幔中, 以10和 #176 的速率; 在氩流动下的 c/分钟.
    4. 保持温度 (180 和 #176; C) 为20分钟。该溶液变成深褐色的颜色.
    5. 从加热地幔中取出烧瓶, 使其冷却到室温.
    6. 将产品转移到50毫升离心管。在产品中加入30毫升丙酮, 以沉淀纳米颗粒, 将样品在 2400 x g 离心10分钟.
      注意: 为安全起见, 此过程应在通风罩中执行.
    7. 用10毫升乙醇丢弃上清和 re-disperse 黑沉淀.
    8. 沉淀的产品与30毫升的甲苯和离心机的悬浮在 2400 x g 10 分钟. 丢弃上清和 re-disperse 的黑色沉淀与10毫升乙醇。重复此过程3次.
    9. 将5毫升的油加入铂纳米颗粒, 并将分散体转移到100毫升的圆底烧瓶中。在 1000 rpm 的磁搅拌下过夜分散, 使配体交换反应发生.
    10. 将配体交换的纳米粒子在 1万 x g 离心30分钟, 将它们与溶液分离.
    11. 丢弃上清液, 在10毫升的疏水溶剂中分散铂纳米颗粒, 如甲苯、己烷或氯仿.
  2. 合成的硒化铅纳米粒子
      制备油酸铅的758毫克醋酸铅 (铅 (Ac)
    1. 2
        和 #183; 3H
      1. 2 O), 2.5 毫升油酸性, 和10毫升的二苯基醚与一个搅拌酒吧在100毫升3颈圆底烧瓶配备了橡胶隔膜.
      2. 将烧瓶与回流冷凝器一起装备.
      3. 加气在70和 #176; C 在真空条件下为 2 h, 搅拌与磁性搅拌棒在 1000 rpm.
      4. 用氩气清洗烧瓶, 然后冷却到室温.
    2. 在一个单独的容器中制备膦硒化物 (TOPSe)
      1. , 在惰性气氛下结合474毫克硒和6毫升的膦 (顶), 使用手套防止试剂暴露在空气中.
      2. 将硒粉溶解在顶部, 超声波在 110 W, 40 赫, 混合使用旋流混合器, 直到溶液变得明显透明.
    3. 在单独的250毫升3颈圆底烧瓶中, 在120和 #176 上加气15毫升的二苯基醚; C 在真空条件下与磁性搅拌在1000分钟的 30 min.
    4. 用氩气清洗烧瓶, 然后将二苯基醚加热到230和 #176; C.
    5. 将油酸铅和 TOPSe 溶液迅速注入预热二苯醚。注射时温度会下降到一定程度。将老化温度设置为170和 #176; C.
    6. 将混合物的温度保持在170和 #176; C 为10分钟, 并进行剧烈搅拌, 以使硒化铅纳米颗粒的生长发生.
    7. 从加热地幔中取出烧瓶, 使其冷却到室温.
    8. 准备两个50毫升离心管, 将产品分成相等的体积并转移到管子。在每根管子上加入30毫升乙醇, 沉淀纳米颗粒, 并将悬浮液在 2400 x g 上离心10分钟.
    9. 丢弃上清和 re-disperse 10 毫升的甲苯.
    10. 沉淀30毫升乙醇和离心悬浮在 2400 x g 10 min. 丢弃上清和 re-disperse 的黑色沉淀与10毫升甲苯。重复此过程3次.
    11. 丢弃上清液, 将硒化铅纳米微粒分散在10毫升的疏水溶剂中, 如甲苯、己烷或氯仿.

2。液芯制作

  1. 氮化硅液体电池 ( 图 3a )
      沉积氮化硅层
      1. 将低氮化硅薄膜存入100和 #181. 由低压化学气相沉积 (LPCVD) 在835和 #176; C 和 140 mTorr 的压力, 100 sccm 烷和 50 sccm 氨的流动, m 厚硅片 (4 英寸)。通过改变沉积时间来控制氮化硅层厚度为 25 nm。沉积率为 2.5-3.0 nm/分钟, 但每个 CVD 的轻微变化.
    2. 顶部和底部芯片
      注: 有关微细加工过程的详细说明, 请参阅参考 25 。
      1. 自旋涂层10毫升的正光刻胶在氮化硅/硅片上的 3000 rpm 为三十年代, 使用足够的光刻胶完全润湿晶片.
        注: 在纺纱过程中, 超薄硅片容易破碎。我们通常将超薄晶片贴在另一硅片上, 厚度为500和 #181; m 使用光刻胶以避免破损。经旋涂后, 将薄晶圆片与浓晶片分离, 浸入丙酮中。该技术还可用于超薄硅片上的自旋涂层.
      2. 在85和 #176 的热板上烘烤硅片; C. 六十年代.
        注意: 不要在 #62 的温度下烘烤准备好的晶片; 110 和 #176; c. 在高温下烘烤光刻胶会使光刻胶从正极变成负光刻胶.
      3. 通过铬面膜 ( 图 1a ) 将光刻胶涂层硅片暴露于十年代的紫外线 (365 nm).
      4. 将光刻胶涂覆的硅片浸入到50毫升的显影液中, 四十年代. 在50毫升的去离子水中浸泡1分钟冲洗晶片。重复洗涤过程两次.
      5. 使用活性离子蚀刻蚀刻氮化硅1分钟, 其流量为50的六氟化硫的 sccm.
      6. 将顶部芯片和底部芯片浸入丙酮中2分钟以除去光刻胶。用手轻轻摇动碟, 有效去除光刻胶.
      7. 用氢氧化钾 (30 毫克/毫升) 的水溶液在85和 #176 上蚀刻硅; C 为 1.5-2 h. 使用水浴, 以确保蚀刻溶液具有均匀的温度剖面。不均匀的温度会导致一些区域过度的 etched, 而有些是不完全蚀刻.
      8. 当窗口看起来完全被肉眼蚀刻时, 停止蚀刻并将电池从蚀刻液中取出。将电池从蚀刻液中取出时, 将其倾斜, 以避免窗口因浮力而破裂的可能性, 如果水平提升, 则可能发生.
      9. 使用底部芯片的掩码重复这些过程 ( 图 1b ).
        注: 由于顶部和底部芯片的窗口非常薄, 大约 25 nm, 它们非常脆弱。因此, 在处理时应格外小心。当芯片停留在表面上时, 窗口的一侧应始终朝向向上.
    3. 粘接顶部和底部芯片
      1. 自旋涂层在氮化硅/硅片上的正光刻胶10毫升, 在三十年代为 3000 rpm.
      2. 在90和 #176 的热板上烘烤硅片; C. 六十年代.
      3. 通过铬面膜 ( 图 1c ) 将光刻胶涂层硅片暴露于十年代的紫外线 (365 nm).
      4. 将光刻胶涂覆的硅片浸入到50毫升的显影液中, 四十年代. 在50毫升的去离子水中浸泡1分钟冲洗晶片。重复洗涤过程两次.
      5. 使用热蒸发器将 100 nm 厚的铟层沉积到底部芯片上。铟层用作垫片和密封材料.
      6. 将芯片浸入丙酮中2分钟以除去光刻胶。用手轻轻摇动碟, 有效去除光刻胶.
      7. 使用器将底部和顶部的芯片对齐, 并在100和 #176 之间进行粘合.
  2. 硅液-单元格 ( 图 3b )
    1. 准备顶部和底部芯片
      1. 使用具有层厚度的 p 型硅 (SOI) 硅片100 nm, 400 nm, 600 和 #181; m 为顶部的硅, 被埋没的 2 , 和处理硅层, 分别.
      2. 在 950-1100 和 #176 的氧化炉中进行 SOI 晶圆片的湿氧化; C. 以 170 nm 的厚度生长一层氧化硅.
      3. 在室温下将 SOI 硅片浸入到缓冲氧化物蚀刻 (BOE) 溶液中, 将硅氧化物蚀刻为2分钟, 这是一个湿蚀刻的氧化硅。步骤2.2.1.2 和2.2.1.3 的目的是将 SOI 硅片的顶部硅层厚度降低到 25 nm.
      4. 使用与步骤2.1.1.1 相同的工艺条件, 在 SOI 晶片 (4 英寸) 上沉积一层低氮化硅, 厚度为 25 nm.
      5. 使用与步骤 2.1.2.1 2.1.2.4 相同的进程和掩码模式来对氮化硅进行图案处理.
      6. 将硅片浸入丙酮中2分钟以除去光刻胶。用手轻轻摇动碟, 有效去除光刻胶.
      7. 在三十年代使用京东方解决方案蚀刻氧化硅.
      8. 用氢氧化钾 (500 毫克/毫升) 的水溶液在80和 #176 上蚀刻硅; C 为 7-12 h. 三甲胺 (TMAH) 水溶液也可用于硅蚀刻.
      9. 用85% 磷酸在160和 #176 上蚀刻氮化硅; C 为 10 min.
      10. 在室温下用京东方溶液蚀刻硅氧化物3分钟.
      11. 使用底部芯片的掩码重复步骤 2.2.1.1 2.2.1.10 ( 图 1b ).
    2. 粘接顶部和底部芯片
      1. 自旋涂层在氮化硅/硅片上的正光刻胶10毫升, 在三十年代为 3000 rpm.
      2. 在90和 #176 的热板上烘烤硅片; C. 六十年代.
      3. 通过铬面膜 ( 图 1c ) 将光刻胶涂层硅片暴露于十年代的紫外线 (365 nm).
      4. 将光刻胶涂覆的硅片浸入到50毫升的显影液中, 四十年代. 在50毫升的去离子水中浸泡1分钟冲洗晶片。重复洗涤过程两次.
      5. 使用热蒸发器将 100 nm 厚的铟层沉积到底部芯片上。铟层用作垫片和密封材料.
      6. 将芯片浸入丙酮中2分钟以除去光刻胶。用手轻轻摇动碟, 有效去除光刻胶.
      7. 使用器将底部和顶部的芯片对齐, 并在100和 #176 之间进行粘合.

3。液-细胞 TEM

  1. 加载解决方案
    1. 添加20和 #181; L 的纳米颗粒分散 (协议1.1 和 1.2) 变成5毫升的小瓶, 在空气中晾干10分钟. 将纳米粒子分散在溶剂混合物中 (1 毫升的邻二氯苯,250、#181、烷、10、#181、油的 l).
      注: 在极端条件下干燥, 如高温、低压和延长时间, 可能导致微粒分散。由于 ligand-to-particle 相互作用是动态的, 在极端条件下, 在配体脱离后, 颗粒团聚的几率很高。由于邻二氯苯、烷和油具有不同的蒸气压, 在加载过程前应立即进行干燥过程, 以保持溶剂比恒定.
    2. 使用光学显微镜检查液体细胞.
      注: 如果任何一个液体细胞的窗户被打破, 不要使用该细胞.
    3. 将纳米颗粒分散的 100 nL 载入储层 ( 图 2a 和 2b ) 的液体细胞。配备有超薄毛细管 ( 图 2c ) 的注射器可以有效地将少量的色散加载到液细胞的储层中.
      注: 一般情况下, 纳米颗粒分散的注入量超过了储层的容量。如果分散物溢出从水库, 液体细胞可能不完全地密封。因此, 在储层外的任何溢出的分散体都必须被滤纸的尖端吸收为扇形形状。在吸收过程中避免与窗户接触.
    4. 将液体电池暴露在空气中10分钟以使邻二氯苯干燥.
    5. 将真空油脂应用于铜孔径网格的一侧, 其大小为 2 mm, hole-size 为600和 #181; m, 并将液体电池覆盖在孔径网格的润滑一侧, 以创建密封环境.
      注: 在窗户上沉积的真空油脂大大降低了 TEM 的分辨率。因此, 在第一次尝试时, 不应更正铜孔径网格与单元格窗口的孔匹配问题;相反, 该单元格应被丢弃, 并准备了一个新的.
  2. tem 测量
    1. 将液体电池置于标准 tem 支架中。该液体电池设计成符合标准的持有人.
      注意: 使用手套避免 TEM 支架的污染.
    2. 在连续图像获取模式下设置 TEM。在 200 kV 的加速度电压下捕获 TEM 图像, 电流密度为 ~ 700 米/秒 2 .
      注: 经常检查 TEM 压力水平。如果压力水平不正常, 立即停止成像, 并尽快从 TEM 室中取出支架。液胞 TEM 的低对比度使图像聚焦困难。良好的对准和对焦可以很容易地执行初始粗糙的焦点在窗口的边缘。通过改变电流密度可以控制干燥速率。2D 干燥速率可以通过跟踪不断变化的干燥补丁的大小来测量。然而, 很难数量按容积计算干燥率.
    3. 使用 ImageJ 软件包打开原始 TEM 图像。选择该程序的多点图标, 并分配图像中所有单个纳米粒子的中心, 然后提取所选粒子的 x 和 y 坐标.
    4. 计算径向分布函数 (RDF):
      Equation 1
      其中, r 是间距离, N 是粒子数, A 是粒子所覆盖的区域, 和 #961; 是2D 的面积密度粒子 ( N / A ), Equation 2 是从粒子 j 到粒子 k 的位置向量, 和 #948; ( r ) 是狄拉克δ函数。我们使用和 #160; Equation 3 where = 0.8 nm 作为狄拉克δ函数进行实际计算.

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Representative Results

该液芯由一个顶部芯片和一个底部芯片组成, 它装有氮化硅窗口, 对电子束具有25纳米厚度的透明。顶部芯片有一个储存样品溶液和蒸发溶剂的储罐。这些芯片是通过传统的微细加工处理25。用于顶部和底部芯片的掩码分别显示在图 1a和 1b中。图 2a和 2b分别显示顶部和底部芯片的图像。芯片由100纳米厚的间隔物隔开, 以使纳米粒子溶液被加载 (图 1c)。我们还从 SOI 晶片中制备了硅液细胞。通过图案和蚀刻工艺, 获得了具有25纳米厚度硅窗的液体细胞。在图 3中显示了氮化硅和硅液电池的制备工艺。

利用液-胞透射电镜研究了氮化硅液体电池中铂纳米粒子的自组装。图 4显示了在溶剂蒸发过程中纳米粒子的时间运动。当溶剂从不同的点蒸发时, 溶剂的前移和纳米粒子被溶剂前沿所牵引。这种界面介导的运动发生, 因为薄的溶剂层的强毛细管力和减少自由能当粒子在界面。

在硒化铅纳米颗粒 (图 5) 中也观察到了类似于介导的纳米颗粒的运动。纳米粒子沿着溶剂前沿移动。组装的域生长的纳米粒子, 是由薄的溶剂层的毛细管力拖动。此外, 在硅基板上的铂纳米粒子在氮化硅衬底上表现出类似的行为 (图 6)。

Figure 1
图 1:简要说明用于阵列 (a) 顶部芯片、(b) 底部芯片和 (c) 间隔的三掩码。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 2
图 2:光学显微镜图像 (a) 顶部芯片和 (b) 底部芯片。(c) 装有超薄毛细管的加载仪器的图像。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 3
图 3:(a) 氮化硅液体电池和 (b) 硅液电池制造过程示意图。转载的许可, 从美国化学学会19。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 4
图 4:在氮化硅液细胞中由溶剂-干燥-介导的铂纳米粒子的自组装的 TEM 记录的电影中的液体细胞的快照图像图像拍摄于 (a)0 s, (b) 二十八年代, (c) 三十三年代, (e) 五十六年代, (f) "九十年代". 缩放条形图 = 100 nm。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 5
图 5:在氮化硅液细胞中, 由溶剂-干燥-介导的硒化铅纳米粒子的电镜记录的薄膜中的液体细胞的快照图像.图像拍摄于 (a) 0 s, (b) 5 s, (c) 8 s, 和 (d) 十年代. 缩放条形图 = 200 nm。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 6
图 6:在硅液电池中, 由溶剂-干燥-介导的铂纳米粒子的自组装的 TEM 记录的薄膜中的液体细胞的快照图像。图像拍摄于 (a) 0 s, (b) 12, s (c) 三十年代, (d) 三十八年代, (e) 六十九年代, 和 (f) 九十九年代. 缩放条形图 = 100 nm。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 7
图 7:径向分布函数 (RDF) 铂纳米粒子在氮化硅液体细胞中 (黑色) 0 s, (红色) 五十六年代和 (蓝色) 九十年代在图 4。请单击此处查看此图的较大版本.

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Discussion

以铂铵 (IV) 和酸铵 (II) 为原料, 用聚 (基) (PVP) 作为配体和乙二醇作为溶剂和还原剂, 合成了 7 nm 的铂纳米颗粒.27.用油进行配体交换反应, 在疏水溶剂中分散颗粒。以硒为原料, 将铅油酸酯配合物的热分解, 合成了铅化硫纳米颗粒,28 (参见参考29 , 用于详细合成的纳米晶)。由于合成的铅硒化物纳米颗粒已经被长链配体所覆盖, 这些微粒不需要配基交换过程。疏水性铂和铅硒化纳米微粒分散在混合溶剂中, 由邻二氯苯、烷和油组成。邻二氯苯, 有一个相对地低沸点 (180.5 ° c), 大概蒸发在解答装载期间, 但烷, 有一个高沸点 (270 ° c), 在 o 二氯苯蒸发以后依然是。添加微量的油作为额外的表面活性剂, 以防止纳米颗粒的聚集。

我们用常规的微细加工技术制备了与常规 tem 保持器相容的液相细胞, 以获得溶液25中纳米粒子的 tem 图像。用于制造顶部和底部芯片的掩码显示在图 1中。该细胞的氮化硅窗口非常薄 (25 nm), 所以在过程中需要小心处理。有几种情况可能会导致脆弱的窗户破裂。首先, 将液细胞窗口侧向下放置在表面上可能会因摩擦而导致窗户破裂。此外, 当细胞被取出的蚀刻溶液, 浮力的解决方案可能打破窗户。此外, 在洗涤液的干燥过程中, 窗户可能会因气流而破裂, 因此空气应该在水平方向上以微弱的强度吹散。

在混合溶剂中, 铂和铅硒化纳米微粒的分散体被装入一个大的矩形形状的液体细胞储层中。由于毛细管力的作用, 溶液会流向窗户所在的细胞中心。使用装有超薄毛细管的注射器可以有效地将少量的分散体加载到细胞中。通过用铜孔径网格覆盖这些电池, 将真空润滑脂应用到其中。在细胞组装过程中, 也要注意不要打碎细胞的窗户。如果发现细胞窗破裂, 则不应将液细胞插入 TEM 室。

我们用液-细胞 TEM 技术观察了 real-time 中的纳米粒子运动。由于溶液厚度的变化 (图 4), TEM 图像具有相对较暗和明亮的区域。暗区, 对应于较厚的溶液区域, 在电子束照射下连续收缩。这种变化可以诱导溶剂干燥, 气泡形成, 或脱。30其中, 在图 4中显示的对比度变化似乎是由溶剂干燥引起的, 而不是气泡形成或脱。当气泡形成时, 亮区的圆形或椭圆形的形状出现并动态合并, 但这种现象在图 431中看不到。另一方面, 考虑到疏水性氮化硅表面和所用溶剂的疏水性, 脱效应是微不足道的。

图 4显示了铂纳米粒子的自组装过程, 因为微粒分散的溶剂蒸发了。溶剂-干燥-介导的纳米粒子的自组装由几个步骤组成。首先, 纳米粒子通过快速移动的溶剂凝聚成几个层的无定形团聚体。其次, 这些团聚的拼合到基体上形成单层。最后, 局部溶剂波动导致纳米颗粒有序结构。我们在三不同的时间 (0 秒, 五十六年代和九十年代) 跟踪粒子位置, 并通过计算这些时间 (图 7) 的 RDF 来定量地分析组件。在 t = 0 s, RDF 仅显示一个小峰顶在10毫微米附近, 表明微粒是随机地分布的。随着溶剂的蒸发, 纳米粒子的移动更加紧密, 而 RDF 的峰值也会转移到较短的距离。在九十年代, RDF 的峰值显示在 8.3 nm 附近. 考虑到纳米颗粒 (7.3 nm) 的大小和配体 (1 nm) 的长度, RDFs 表示粒子是在溶剂干燥的最接近的距离上组装的。

硒化铅纳米粒子自组装过程的初始阶段与铂粒子 (图 4和图 5) 类似。然而, 在下一阶段, 铅化硒纳米颗粒的组装过程与铂的不同。图 5b显示纳米粒子是在纳米粒子之间的一个间隙自组装的, 表明纳米微粒表面存在表面活性剂。然而, 8 秒后, 这些缝隙消失了, 纳米粒子被连接在一起。最后, 纳米粒子的熔化和聚合。TEM 图像显示, 硒化铅纳米粒子的表面原子迅速扩散。通过液-胞 TEM 分析, 我们可以分析导致硒化物纳米粒子形成一个独特的自组装结构的原因, 形成一个粒子之间的直接键合。

通过液-胞 TEM 研究了溶剂蒸发驱动纳米粒子自组装的多步机理。液相电镜不仅能观察到自组装过程, 还能观测纳米粒子的生长过程、附着和转化。实验工具将有助于了解传统的原位技术未揭示的纳米粒子运动。

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Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

我们感谢 Prof. Alivisatos 在加州大学伯克利分校和 Prof. Taeghwan 在首尔国立大学进行了有益的讨论。这项工作得到了 IBS-R006-D1 的支持。W.C.L. 感谢汉阳大学研究基金 (HY-2015-N) 的支持。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
ammonium hexachloroplatinate (IV) Sigma-Aldrich 204021
ammonium tetrachloroplatinate (II) Sigma-Aldrich 206105
tetramethylammonium bromide, 98% Sigma-Aldrich 195758
poly(vinylpyrrolidone) powder Sigma-Aldrich 234257 Mw ~29,000
ethylene glycol, anhydrous, 99.8% Sigma-Aldrich 324558
n-hexane, anhydrous, 95% Samchun Chem. H0114
ethanol, anhydrous, 99.5% Sigma-Aldrich 459836
oleylamine, 70% Sigma-Aldrich O7805 Technical grade
lead(II) acetate trihydrate, 99.99% Sigma-Aldrich 467863
oleic acid, 90% Sigma-Aldrich 364525 Technical grade
diphenyl ether, 99% Sigma-Aldrich P24101 ReagentPlus
selenium powder, 99.99% Sigma-Aldrich 229865
tri-n-octylphosphine, 97% Strem 15-6655 Air sensistive
Toluene, anhydrous, 99.9% Samchun Chem. T2419
acetone 99.8% Daejung Chem. 1009-2304
potassium hydroxide, 95% Samchun Chem. P0925
p-type silicon-on-insulator wafers Soitec Power-SOI for liquid cells with silicon windows
tetramethylammonium hydroxide, 25% in H2O J.T.Baker 02-002-109
AZ 5214 E AZ Electronic Materials AZ 5214 E Positive photorest
AZ-327 AZ Electronic Materials AZ-327 AZ 5214 develper
indium pellets 99.98-99.99% Kurt J. Lesker Company EVMIN40EXEB thermal evaporator target
1,2-dichlorobenzene, >99% TCI D1116
pentadecane, >99% Sigma-Aldrich P3406
buffered oxide etch 7:1 microchemicals BOE 7-1 VLSI
phosphoric acid, 85% Samchun Chem. P0449

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References

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化学 问题 128 纳米粒子 自组装 溶剂干燥 透射电镜 液体细胞 tem,原位tem
用于跟踪纳米粒子自组装的液体细胞透射电子显微镜
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Kim, B. H., Heo, J., Lee, W. C., Park, J. Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles. J. Vis. Exp. (128), e56335, doi:10.3791/56335 (2017).

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