Summary
Graphen flüssige Zelle Elektronenmikroskopie kann verwendet werden, um Nanocrystal Dynamik in einer flüssigen Umgebung mit größeren räumlichen Auflösung als andere flüssige Zelle Elektronen-Mikroskopie-Techniken zu beobachten. Radierung vorgefertigten Nanokristallen und im Anschluss an ihre Form mit Graphen flüssige Zelle Transmission Electron Microscopy nachgeben kann wichtige mechanistischen Informationen über Nanopartikel Transformationen.
Abstract
Graphen flüssige Zelle Elektronenmikroskopie bietet die Möglichkeit, nanoskaligen chemische Umwandlungen zu beobachten und Dynamik wie die Reaktionen sind in flüssigen Umgebungen auftreten. Dieses Manuskript beschreibt den Prozess zur Herstellung von Graphen flüssigen Zellen am Beispiel des Graphen flüssige Zelle Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) Experimente gold Nanocrystal Radierung. Das Protokoll zur Herstellung von Graphen flüssigen Zellen beinhaltet gold, löchrige Kohlenstoff TEM Grids mit chemical Vapor Deposition Graphen Beschichtung und dann mit diesen Graphen-beschichtete Netze Flüssigkeit zwischen zwei Graphen Flächen zu kapseln. Diese Taschen der Flüssigkeit, mit der Nanomaterialien von Interesse, werden im Elektronenmikroskop zu sehen, die Dynamik des Prozesses nanoskaligen, in diesem Fall die oxidative Ätzen von gold Laptops abgebildet. Durch die Steuerung der Elektronen Strahl Dosisleistung, die Gattung Radierung in der flüssigen Zelle moduliert, können die zugrunde liegenden Mechanismen wie Atome aus Nanokristallen, Facetten und Formen bilden entfernt werden besser verstanden werden. Graphen flüssige Zelle TEM hat die Vorteile der hohen räumlichen Auflösung, Kompatibilität mit traditionellen TEM Inhaber und geringe Startkosten für Forschungsgruppen. Aktuelle Einschränkungen umfassen zarte Probenvorbereitung, Mangel an Fluss-Fähigkeit und Abhängigkeit von Elektronen Strahl erzeugt Radiolyse Produkte um Reaktionen hervorzurufen. Mit Weiterentwicklung und Kontrolle, Graphen flüssige Zelle möglicherweise eine allgegenwärtige Technik Nanomaterialien und Biologie und ist bereits genutzt, um Mechanismen zu studieren bezüglich Wachstum, Radierung und Selbstmontage Prozesse von Nanomaterialien in Flüssigkeit auf die Einzelkorn-Ebene.
Introduction
Kontrollierbar Synthese von Nanokristallen1 und Montage von Nanopartikeln in größeren Strukturen2,3 erfordert ein Verständnis der grundlegenden Mechanismen, die EZB, wie Atome und Nanopartikel interagieren und binden zusammen. Im Idealfall Untersuchungen dieser nanoskaligen Prozesse würde in ihrer natürlichen flüssigen Umgebung mit den entsprechenden räumlichen Auflösung notwendig, die Phänomene des Interesses zu betrachten, aber diese Anforderungen Herausforderungen aufgrund der Nanometer Länge Maßstab, an dem diese Systeme funktionieren. Forscher haben lange die räumliche Auflösung der Elektronenmikroskopie verwenden, um diese Prozesse Bild gewünscht, aber das Hochvakuum der Elektronenmikroskop Spalte erfordert Kapselung der flüssigen Lösung4. Einige frühe liquid Zellexperimente Elektronenmikroskop gekapselt Flüssigkeit zwischen zwei Silizium-Nitrid Membranen5,6,7,8, und diese Methode ist mittlerweile im Handel erhältlich Technik für die dynamische nanoskaligen Prozesse zu studieren.
Handelsübliche Silizium-Nitrid flüssige Zelle TEM Inhaber lieferten die notwendige Auflösung zu sehen und zu verstehen, eine Vielzahl von interessanten Phänomene auf der Nanoskala9,10,11,12 , 13 , 14 , 15 , 16. einige kommerzielle flüssige Zelle TEM Inhaber haben zusätzliche Funktionen wie Heizung, Strom, und elektrische Anschlüsse, die weiter erweitern den Bereich der nanoskaligen Prozesse, die untersucht werden können. Jedoch sind die kommerziellen Systeme mit all diesen Funktionen, nicht optimiert um die höchste räumliche Auflösung zu erreichen. Für Forscher, die verbesserte räumliche Auflösung benötigen, sind verringert die Fensterdicke und verringern die flüssigen Dicke zwei mögliche Routen zu weniger Balken ELEKTRONENSTREUUNG und bessere Auflösung17. Einige Gruppen, die Silizium-Nitrid flüssigen Zellen verwenden fertigen ihre eigenen Fenster die größere Kontrolle über die Fenster und flüssigen dicken ergibt. 18 die verminderte Streuung dieser hausgemachten flüssigen Zellen ermöglichte Elektronenmikroskopie Studien mit größeren räumlichen Auflösung inkl. atomarer Auflösung Studien19,20,21.
Da die Materialstärke Verkapselung ein Aspekt, das wirkt sich negativ auf die räumliche Auflösung der flüssigen Zellexperimente ist, atomar dünne, Low-Z Materialien wie Graphen wäre ideal Verkapselung Materialien22, 23. Graphene Blätter sind immer noch stark genug, um die flüssige Taschen aus der Druckdifferenz der Spalte zu schützen. Darüber hinaus enthalten diese Graphen liquid Handy Taschen in der Regel dünnere Schichten der Flüssigkeit, die erreichbare räumliche Auflösung weiter zu verbessern. Viele interessante nanoskaligen Prozesse wurden mit Graphen flüssigen Zellen einschließlich nach Nanopartikel Facette Flugbahnen und Nanopartikel Dynamik mit atomarer Auflösung23,24,25 Studien untersucht ,26,27. Unbeabsichtigter Vorteil der Graphen flüssige Zelle Technik ist, dass diese hohe räumliche Auflösung erreicht werden kann, ohne den Kauf eines anderen TEM Halter oder spezialisierte Silizium-Herstellung. Experimente mit Silizium-Nitrid-Zellen, die hohen Auflösung auch erreicht benötigt große Nanopartikel bestehend aus schweren Atomen, während die Auflösung durch die Graphen flüssige Zelle gewonnen atomaren Auflösung für Sub-2 nm Nanopartikel25bieten kann. Darüber hinaus hat die Graphen flüssige Zelle eröffnet Möglichkeiten für die Untersuchung biologischer Proben mit Elektronenmikroskopie aufgrund der flexiblen Natur von Graphen für Kapselung28,29 und die Fähigkeit des Graphen zur Milderung einige der schädlichen Auswirkungen des Elektrons Breite30. Aufgrund dieser Vorteile hat Graphen flüssige Zelle Elektronenmikroskopie das Potenzial, ein Standardverfahren in der Nanowissenschaft Gemeinschaft zu werden, sobald größere Zahl von Forschern besser zu verstehen, ob diese Technik helfen kann, ihre Forschung und wie bewerbe ich Diese Technik.
Forscher in der chemischen, Nanomaterialien, biologische und andere Felder in dem Wunsch Ortsauflösung von in Situ Transformationen können von Graphen flüssige Zelle Elektronenmikroskopie Technik profitieren. Diese in Situ -Methode ist besonders für nicht-Gleichgewichts-Prozesse, die Visualisierung bei der Transformation zu verlangen. Ein erheblicher Nachteil des flüssigen Zelle TEM Techniken ist die Generation der Radiolyse Spezies durch die störungstheoretische Elektronen Strahl31, die unerwünschte Veränderungen im empfindlichen Proben zu bewirken können. Forscher entwickelten Modelle um zu versuchen, die Strahl-angetrieben Chemie31,32zu quantifizieren, und Strategien werden entwickelt, um diese Effekte30,32zu mildern. Graphen flüssige Zelle TEM hat die zusätzliche Herausforderung als zerbrechlich und oft schwer zu machen, vor allem für Forscher neu auf die Technik. Das Ziel dieses Artikels ist (Abbildung 1), teilen die Details wie Graphen flüssige Zelle TEM Experimente durchgeführt werden kann, experimentieren, beobachten, Einzelkorn-Radierung von Nanokristallen und hoffentlich zeigen, dass Graphen flüssige Zelle anhand eines Beispiels Experimente sind für fast jede Gruppe mit Zugang zu einem Elektronenmikroskop möglich. Das Protokoll wird Graphen Beschichtung von Rastern, flüssige Zellbildung, TEM Einsatz für Graphen flüssige Zelle Ätzen Experimente und Bild-Analyse-Techniken abdecken. Wichtige Schritte bei der Herstellung der flüssigen Zellen wie die Größe der Tröpfchen eingekapselt, sorgfältigen Prüfung der flüssigen Lösung Inhalt und Verwendung von nur direkte Übertragung Graphen mit zusätzlichen Hinweise zur Wiederholung die Fallstricke vermeiden abgedeckt werden frühere Forscher. Graphen flüssige Zelle TEM ist eine neue Technik für Nanoforschung und dieses Artikels können neue Marktteilnehmer zu beginnen, nutzen diese Technik.
Protocol
1. machen Graphen beschichtet TEM Grids
- Schneiden Sie ein ca. 2 cm2 Stück vorgefertigte Graphen auf Kupfer (siehe Tabelle der Materialien), entspricht etwa 6 bis 8 TEM Raster.
Hinweis: Wenn Sie 3 - 5-lagigen kapselt Graphen anstelle von einlagigen Graphen flüssige Taschen mit höheren Erfolgsraten ohne Auflösung. Da Graphen eine atomar dünnen, Low-Z Material ist, ist den meisten Auflösung Verlust von flüssigen Dicke für Graphen flüssigen Zellen. - Reinigen Sie den Graphen unter Verwendung einer Aceton-Waschung (Abbildung 2A).
Hinweis: Dieser Schritt soll jede verbleibende PMMA [Poly(methyl methacrylate)] Links auf den Graphen Oberfläche während der Abscheidung zu entfernen. Wenn der Benutzer davon überzeugt ist, dass ihre Graphen sauber ist, ist dieser Schritt nicht notwendig.- Legen Sie den Graphen auf Kupfer in eine Petrischale Glas und füllen Sie mit Aceton.
Hinweis: Aceton wird verwendet, da PMMA in Aceton löst. - Erhitzen Sie die Aceton-Lösung (~ 50 ° C) für 5 min, Wirbeln die Lösung in regelmäßigen Abständen.
Hinweis: Stellen Sie sicher, um den Aceton und Temperatur um ein Feuer zu vermeiden. Dies sollte in einem Abzug erfolgen. - Entfernen Sie die Graphen auf Kupfer-Stück aus Aceton waschen mit einer Pinzette und ersetzen Sie das Aceton durch neue, saubere Aceton.
Hinweis: Seien Sie vorsichtig, nicht zu kratzen oder sonst beschädigen die Oberfläche des Graphen mit der Pinzette. - Wiederholen Sie den Waschvorgang insgesamt 3 Mal.
- Lassen Sie den Graphen / auf / Kupfer an der Luft trocknen gründlich bevor Sie sich dem nächsten Schritt fort.
- Legen Sie den Graphen auf Kupfer in eine Petrischale Glas und füllen Sie mit Aceton.
- Glätten Sie das Stück Graphen auf Kupfer, makroskopischen Falten (Abb. 2 b) zu entfernen.
Hinweis: Diese glättungsprozess wird durchgeführt, um sicherzustellen, dass die perforierten Unterstützung Folien-TEM Gitter (siehe die Tabelle der Materialien) richtig an die Graphen Oberfläche verbinden können. Beulen und Falten in den Graphen auf Kupfer machen es schwierig, guten Kontakt pflegen.- Nehmen Sie zwei saubere Objektträger und legen Sie ein gefaltetes Tuch (siehe Tabelle der Materialien) auf der Unterseite-Glas-Folie. Legen Sie auf das Tuch den Graphen auf Kupfer. Zu guter Letzt legen Sie die zweite Glas-Folie auf.
Hinweis: Legen Sie den Graphen auf Kupfer mit der Graphen Seite nach oben (berührende Objektträger) um zu verhindern, aus dem Gewebe Tuch kratzen. Das gefaltete Gewebe wird verwendet, um allmählich die Falten herausdrücken und verhindern, dass im neuen Falten Falten. - Drücken Sie auf den Oberschlitten, allmählich glättet Falten in den Graphen auf Kupfer-Stück. Reduzieren Sie die Anzahl der Falten im Gewebe, und wiederholen Sie den Pressvorgang. Fahren Sie fort, bis eine endgültige Pressung zwischen zwei Glasplatten mit keine Gewebe wischen.
- Nehmen Sie zwei saubere Objektträger und legen Sie ein gefaltetes Tuch (siehe Tabelle der Materialien) auf der Unterseite-Glas-Folie. Legen Sie auf das Tuch den Graphen auf Kupfer. Zu guter Letzt legen Sie die zweite Glas-Folie auf.
- Legen Sie TEM Raster auf dem Graphen auf Kupfer-Stück (Abbildung 2).
- Ort der löchrigen amorphem Kohlenstoff unterstützen Folie-TEM Gitter (siehe Tabelle der Materialien) nach unten auf den Graphen mit amorphem Kohlenstoff in Kontakt mit dem Graphen.
Hinweis: Seien Sie vorsichtig, nicht zu verbiegen oder verformen TEM Raster, wenn sie mit der Pinzette aufnehmen. Bent TEM Gitter binden nicht ordnungsgemäß auf dem Graphen. Abholung der Netze durch den Rand des Gitters verhindert die Verformung der Netze. Hier sind gold TEM Netze verwendet, um zu vermeiden, die Netze während der Schritt, der das Kupfer aus dem Graphen auf Kupfer wird, Ätzen. - Legen Sie ein Paare Tropfen Isopropanol auf den Gittern.
Hinweis: Wenn Gitter überlagert werden, verschieben sie sanft mit der Spitze einer Pinzette nach dem Aufsetzen Isopropanol auf den Gittern. Achten Sie darauf, dass Sie nicht die Graphen Oberfläche beschädigen. - Für 2 + h sicher Netze machen richtig verklebt werden trocknen lassen. Diese Trocknung bringt die löchrigen amorphen Kohlenstoff in besseren Kontakt mit dem Graphen.
Hinweis: Um zu überprüfen, ob die Netze der Graphen eingehalten haben, sanft den Stück Graphen auf Kupfer abholen und umdrehen. Wenn die Schwerkraft nicht die Gitter zu entfernen, sollten sie richtig verklebt werden.
- Ort der löchrigen amorphem Kohlenstoff unterstützen Folie-TEM Gitter (siehe Tabelle der Materialien) nach unten auf den Graphen mit amorphem Kohlenstoff in Kontakt mit dem Graphen.
- Etch das Kupfer mit einer Natrium-bleichen-Lösung (Abb. 2D).
- Machen Sie eine Lösung mit 1 g Natrium bleichen in 10 mL entionisiertem Wasser.
- Mit einer Pinzette, sorgfältig legen Sie den Graphen auf Kupfer auf die Natrium-bleichen-Lösung mit der kupferseite nach unten. Lassen Sie den Stück Schwimmer auf der Oberseite der Natrium-bleichen-Lösung (Abb. 2D).
- Halten Sie die Lösung mit Graphen-beschichtete Netze über Nacht sitzen. Beachten Sie, dass die Lösung werden blau, wie das Kupfer ätzt, und es werden keine sichtbaren Kupfer hinter dem Graphen Blatt beim Ätzen (Abb. 2E) abgeschlossen hat.
- Waschen Sie die Gitter, sauber aus der Natrium-bleichen.
- Die schwimmenden Netze aus der Projektmappe entfernen und legen Sie sie oben auf saubere, deionisiertes Wasser (siehe Tabelle der Materialien für Filter), in einer zweiten Petrischale.
Hinweis: Die einfachste Methode, um die Netze zu übertragen geht mit einen Objektträger um zu holen, die Netze und setzen sie dann nach unten in die zweite Petrischale mit Wasser gefüllt. Einige Netze fallen auf den Boden der Petrischale während des Übertragungsvorgangs. Dies ist normalerweise ein Zeichen dafür, dass die Graphen in der Startaufstellung ist gebrochen oder anderweitig beschädigt. - Wiederholen Sie diesen Vorgang 3-Mal die Graphen-beschichtete Netze alle Natrium-bleichen-Rückstände entfernen.
- Nehmen Sie die Gitter mit einer Pinzette, stellen Sie die Netze Graphen-Seite nach oben auf ein Filterpapier und trocknen lassen.
Hinweis: Diese endgültige Übertragung aus dem Wasser waschen kann schwierig sein, wie die Netze oft an der Pinzette durch die Kapillarkräfte von Restwasser.
- Die schwimmenden Netze aus der Projektmappe entfernen und legen Sie sie oben auf saubere, deionisiertes Wasser (siehe Tabelle der Materialien für Filter), in einer zweiten Petrischale.
2. machen flüssige Zelle Taschen
- Nehmen Sie zwei Graphen beschichtet TEM Raster und stellen sie Graphen Seite nach oben auf einen Objektträger. Mit einem kleinen chirurgischen Skalpellklinge, abgeschnitten von der Kante eines Graphen beschichtet TEM Gitter, ca. 1/4 bis 1/8 der Bereich des Rasters (Abb. 3A).
Hinweis: Schneiden eines der Gitter wird theoretisiert, um die Graphen auf den zwei Gittern in engeren Kontakt zu besseren Graphen Graphen Interaktion in Form Taschen zu bringen. - Bereiten Sie die Lösung verkapselt werden.
Hinweis: Die Lösung ist speziell für den Nanocrystal Ätzen Experiment.- Tris-Puffer-HCl-Lösung mit entionisiertem Wasser in einer Konzentration zwischen 10-100 mM zu machen.
Hinweis: Wir haben festgestellt, dass für die Zubereitung von wässrigen metallische Nanopartikel Lösungen, Tris-Puffer HCl führt zu einer höheren Erfolgsquote von stabilen Taschen, obwohl weitere Studien notwendig sind, zu verstehen, warum Tris HCl Puffer hilft stabile Taschen machen. Verwendung von Tris-Puffer-Basis oder kein Tris-Puffer, die beide scheinen in diesem Fall viel niedrigere Erfolgsraten von Tasche Bildung haben. Alle Lösungsmittel und Probe wahrscheinlich erfordert Optimierung finden Bedingungen schaffen stabile Taschen während nicht stören die Chemie untersucht. Ein kurzer Überblick über die Literatur zeigt Erfolg mit ortho-Dichlorbenzol/Oleylamine (Verhältnis 9:1),23 0,5 x Tris-Borat-EDTA (FSME) und 200 mM NaCl-Lösung,33 und wässrigen 0,15 M NaCl-Lösung30 sowie der wässrigen Tris-Puffer HCl hier vorgestellte System. - Machen Sie eine 40 mM FeCl3 Lösung in einer Lösung von entionisiertem Wasser mit 1,8 µL HCl pro mL Wasser.
Hinweis: Die FeCl3 ist das Ätzmittel für dieses Experiment Radierung. Andere Experimente können verschiedene Lösungen je nach das Experiment ausgeführt wird hinzufügen. - Machen gold Laptops und konzentrieren sich die Nanorod Probe nach der Reinigung1,34.
- Mischen Sie 0,15 mL 0,01-0,1 mM Tris-Puffer HCl 0,1 mL 40 mM FeCl3 in HCl und 10 µL des Laptops.
- Tris-Puffer-HCl-Lösung mit entionisiertem Wasser in einer Konzentration zwischen 10-100 mM zu machen.
- Ort ~0.5 µL Tropfen Lösung zum Startplatz nicht geschnittene Graphen beschichtet TEM gekapselt werden. Benutzen Sie eine Pinzette an den Rand des Rasters TEM halten Sie während des Einsetzens des Tropfens, so dass die Kapillarkräfte TEM Raster (Abb. 3 b) nicht abholen.
Hinweis: Achten Sie auf das Droplet so gering wie möglich zu machen und legen Sie es als nah an der Mitte des Gitters wie möglich. - Platzieren Sie schnell und sorgfältig die Graphen-beschichtete TEM Raster mit der abgeschnittenen Ecke auf der Oberseite des tröpfchens; Das Ziel ist es, das zweite Grid kommen Sie auf den ersten Rost ohne Flüssigkeit bekommen (Abbildung 3) herausgedrückt haben.
Hinweis: Nachdem das zweite Grid bereits in selbstschließende Pinzette platziert kann diesen Prozess schneller und einfacher machen. Dies ist wohl der schwierigste Schritt von der flüssigen Zelle Entstehungsprozess mit vielen möglichen Fehlern, die auftreten können. Obere Lüftungsgitter absetzen, während das Entfernen der Pinzette ist eine Herausforderung, da die Pinzette zwischen die zwei Gitter stecken bleiben kann. Platzieren eine Kante des oberen TEM Rasters nach unten und dann nach und nach loslassen des Rasters in der Regel am besten funktioniert. Beachten Sie, dass wenn Flüssigkeit auf den Objektträger zu sehen ist, dann die Taschen wahrscheinlich nicht richtig abgedichtet. - Warten Sie 5 min Graphen flüssige Zelle Taschen Form zu lassen.
Hinweis: Einige Verdampfung der Flüssigkeit kann auftreten, da die Taschen bilden, aber sobald eine Hermetische Abdichtung gebildet wird, keine zusätzlichen Flüssigkeitsverlust wahrscheinlich ist. Die relativen Konzentrationen von jeder Tierart in Lösung sollte konstant bleiben. - Bringen Sie die Probe, der TEM für die Bildgebung.
Hinweis: Die Zeitdauer für die Abdichtung variiert von Forscher zu Forscher. Zum Ätzen Experimente, ist weniger Zeit vor der Erhebung der flüssigen Zelle, der TEM wünschenswert, Pre-Radierung zu vermeiden.
(3) be- und Graphen Flüssigkeit Cell Imaging
Hinweis: der Vorgang des Transmissions-Elektronenmikroskop gefolgt Standardverfahren in der Bedienungsanleitung zu finden. Jeder TEM haben verschiedene Ausrichtung Verfahren.
- Ort der Graphen flüssige Zelle in einem traditionellen TEM kippen Halterung (Abbildung 4).
Hinweis: Andere standardhaltern wie Doppel neigen Inhaber oder Heizung Inhaber kann auch verwendet werden. Inhaber, die einen Schraube-ähnlichen Mechanismus verwenden, um die TEM-Raster können eine Querkraft aufzuerlegen, die die Graphen flüssige Zelle zerstört. - Laden Sie die TEM-Halter in der TEM-Spalte.
Hinweis: Da die Graphen flüssige Zelle eine kleine Menge Flüssigkeit mit kein Reservoir enthält und separate Taschen hat, besteht keine Notwendigkeit, konsequent auf Dichtheit wie Silizium-Nitrid flüssige Zellexperimente zu überprüfen. Selbst wenn eine Graphen flüssige Zelle Tasche platzen, nur eine sehr kleine Menge der Flüssigkeit wird freigegeben und somit nicht die TEM-Vakuum-System abstürzen würde. - Verwenden Sie die Nanopartikel und amorphem Kohlenstoff in der Probe, richtig ausrichten des TEM-Strahls (Pistole Tilt, Kondensator Blende Ausrichtung und Kondensator-Stigmation) und Bild (Z-Höhe Anpassung, objektive Stigmation Rotation zentriert und aberration Korrektor, tuning, falls zutreffend). Dann entfernen Sie den Halter aus den Strahlengang und Kalibrieren Sie Elektronen Strahl Dosisleistung zu.
- Schalten Sie TEM Filament mindestens 20 Minuten vor der Kalibrierung erlauben es, für reproduzierbare Dosis Preise zu stabilisieren; diese Wartezeit kann je nach TEM-System und Elektronenkanone unterscheiden.
Hinweis: Wahl Mikroskopiker verwenden oft Dosisleistung bezieht sich auf die Anzahl der Elektronen pro Flächeneinheit pro Zeiteinheit (e–/Å2s) geliefert. In der Strahlung Chemie Gemeinschaft dies ist bekannt als die Flussdichte und Dosisleistung ist definiert als die Menge an Energie, die pro Flächeneinheit pro Zeiteinheit. Da die Berechnung die Energiemenge, die von einer Probe absorbiert ist schwierig für komplexe Geometrien in flüssigen Zellen zu finden, und um Konsistenz mit der TEM-Community zu gewährleisten, wählen wir Dosisleistung verwenden, um Elektronen pro Flächeneinheit pro Zeiteinheit verweisen. - Verdichten Sie den Strahl auf den meisten kondensierten Betrag, höchste Dosisleistung für das Experiment mit der anzeigen-Bildschirm (Abb. 5A). Lesen Sie und speichern Strom für den kondensierten Strahl-Objektiv.
Hinweis: Für Schritte 3.3.2 auf 3.3.5, wurde eine benutzerdefinierte digitale Schliffbild Skript geschrieben nimmt die Kontrolle über das System der Kondensator der TEM, das zweite Kondensator (C2) Objektiv mit der gelieferten Elektronen Dosisleistung zu kalibrieren. Dadurch kann den Forscher reproduzierbar der Elektron-Dosisleistung auf beliebige Werte während des Tests festgelegt. - Verbreiten Sie den Strahl auf den meisten Verbreitung Betrag, niedrigste Dosisrate für das Experiment mit der anzeigen-Bildschirm (Abb. 5 b). Lesen Sie und speichern das Objektiv für die Ausbreitung Strahl.
- Teilen Sie das Spektrum der Kondensator Objektiv Strömungen in 10 gleichmäßig verteilte Werte und sammeln Sie Bilder für jeden Kondensator Objektiv Wert mit der CCD-Kamera.
- CCD-Grafen um mit CCD-Empfindlichkeit und Vergrößerung-Kalibrierung für jedes Objektiv aktuelle Dosis zu konvertieren.
- Verwenden Sie Daten Electron Flux bei verschiedenen Objektiv-strömen zu einer Kalibrationskurve. Mithilfe dieser Kalibrierkurve für den Rest des Versuchs um den Elektronenstrahl auf die gewünschte Bewegung zu steuern.
- Setzen Sie die Probe im Strahlengang.
- Schalten Sie TEM Filament mindestens 20 Minuten vor der Kalibrierung erlauben es, für reproduzierbare Dosis Preise zu stabilisieren; diese Wartezeit kann je nach TEM-System und Elektronenkanone unterscheiden.
- Beginnen Sie auf der Suche nach Nanopartikel in flüssige Taschen unter Beibehaltung der Dosisleistung niedrig (in der Regel ca. 20 e–/Å2s).
Hinweis: Die Dosisleistung gering zu halten die Nanopartikel Radierung auf der Suche nach Nanopartikel verhindert. - Wenn ein Nanopartikel in einer flüssigen Tasche gefunden wird, eine Feinabstimmung des Fokus auf die Nanopartikel unter Beibehaltung einer niedrigen Dosis-Rate.
Hinweis: Ermitteln, ob ein Nanopartikel in einer flüssigen Tasche kann tückisch sein, aber Bläschen oder Bewegung der Partikel ist oft ein guten Zeichen für eine stabile flüssige Tasche. Manchmal ähneln die Taschen statt Flüssigkeit, eine sehr dichte Gel mit Bläschen, die extrem langsam. Diese Situationen entstehen durch Verdunstung der Flüssigkeit möglicherweise aufgrund nicht versiegelten Taschen oder Risse in den Graphen. Es ist ziemlich einfach, zwischen Gele mit keine Bewegung und Flüssigkeit Umgebungen mit Bläschen, die sich schnell bewegen und Formveränderung zu unterscheiden. Möglicherweise gibt es einige Verdunstung während der Bildung des guten flüssigen Zelle Taschen, aber relative Konzentrationen zwischen Reaktanden bleibt konstant. - Verwenden Sie die Kalibrierung (siehe Schritt 3.3) Kurve um die Kondensorlinse für die gewünschte Dosisrate (Abbildung 5) auszuwählen.
Hinweis: Eine Inhouse-Skript wird verwendet, um Kondensorlinse aktuelle und Bild Aufnahmeparameter einstellen - Fangen Sie an, sammeln eine Zeitreihe von TEM Bilder mit Metadaten des Dosis-Rate und Zeitstempel in der Image-Datei eingebettet.
- Wenn das Teilchen Radierung beendet ist, verbreiten Sie den Strahl zu und beginnen Sie, auf der Suche nach anderen Nanopartikel in den flüssigen Taschen.
- Wenn eine ausreichende Menge an Nanopartikel Ätzen Videos erhoben wurden, entfernen Sie den TEM von der TEM TEM Standardverfahren nach. Nehmen Sie die Graphen flüssige Zelle aus TEM Halterung.
Hinweis: Eine typische bildgebende Sitzung dauert ca. 2-3 h mit ca. 30 Videos aufgenommen. Die Anzahl der Videos mit verwertbare Daten hängt die Qualität der Taschen und Art von Experiment Radierung.
(4) Bildanalyse von TEM-Videos, die mit Computer-Software
Hinweis: Da TEM Videos 2-dimensionale Projektionen des 3-dimensionalen Formen sind, sorgfältige Bildanalyse getan werden muss um Radierung Preise zu extrahieren oder Formänderungen.
- Die native DM3 video-Dateien in eine Avi format mit ImageJ und importieren Sie die Avi-Videos in Computer-Software zu konvertieren (siehe Tabelle der Materialien).
- Analysieren Sie jede Nanorod in den einzelnen Frames des Videos.
- Die Gliederung der Nanorod durch Schwellwerte des Bildes (Abb. 7A) bestimmen.
Hinweis: Der hohe Kontrast von metallischen Nanopartikeln Bildanalyse erleichtert. Für Systeme mit geringer Kontrast studiert, können zusätzliche Filter vor Schnittstellenüberwachung erforderlich sein. - Bestimmen Sie aus der Gliederung der Nanorod die Haupt- und Nebenversionen Achse der engsten Fit Ellipse (Abb. 7 b).
Hinweis: Die integrierte Bildanalyse-Software zu ermitteln, die Haupt- und Nebenversionen Achse nimmt, dass die Form einer Ellipse ist. Für eine Nanorod, die keine Ellipse ist, sollten diese Werte nicht verwendet werden, bei der Auslegung von Nanopartikeln. - Verwenden Sie die Hauptachse, schneiden Sie die Nanorod Gliederung in zwei Hälften (Abbildung 7).
- Bestimmen Sie mit jedem dieser Hälften das Volumen und die Oberfläche der Form drehen das Umriss um die Hauptachse umgeben.
Hinweis: Dieses Kalkül-Methode wird manchmal als die Methode der Ringe bezeichnet. Diese Methode der Analyse funktioniert nur, wenn die Nanorod symmetrisch um die Hauptachse ist. Mit zwei Hälften, Volumina und Flächen zu vergleichen, bietet etwas beruhigt, dass die Nanorod wirklich Rotations ist symmetrisch.
- Die Gliederung der Nanorod durch Schwellwerte des Bildes (Abb. 7A) bestimmen.
- Nach dem Entpacken das Volumen und die Oberfläche des Nanorod für jeden Frame des Videos, kompilieren und die Daten zu interpretieren.
Hinweis: Diese gliedern Methode ermöglicht auch für die Analyse der Facetten von Nanokristallen mit definierten Formen.
Representative Results
Bilder aus einem repräsentativen Video von einer Nanorod Ätzen unter einem Elektron Lichtstrahl Dosisleistung von 800 e–/ Å2s sind in Abbildung 6dargestellt. Die Lösung erfordert etwa 20 s Strahl Beleuchtung, bevor die Nanorod beginnt unterziehen oxidativer Ätzen. Nach den Nanorod Ätzen beginnt, bleibt die Rate des Abbaus der Atome stabil, während der Nanorod auch einen Konstante Seitenverhältnis beibehält. Die Laptops müssen normalerweise nicht nennenswerte Bewegung während des Videos die im Einklang mit früheren flüssige Zelle TEM arbeiten mit dieser Größe24-Nanopartikel. Da die Nanopartikel nicht viel bewegen, sind Blase-Generation und Blase Bewegung in der Regel die besten Möglichkeiten, um festzustellen, ob ein Nanopartikel in einer flüssigen Tasche ist. Wie die Nanorod klein wird, der Nanorod beginnt rotierende und und Ausfahren der Fokalebene, bestätigt, dass die Nanorod ist in einer flüssigen Umgebung.
Der häufigste Fehler von Graphen flüssigen Zellen ist die Unfähigkeit, stabile Taschen der Flüssigkeit zu kapseln. Manchmal kann dies führen Taschen zeichnet sich durch keine Luftblasen und keine Nanopartikel-Bewegung oder die Änderung vollständig trocknen. Darüber hinaus kann eine Tasche mit Flüssigkeit und Bläschen beginnen aber später austrocknen, bevor die Nanopartikel komplett ätzt. In der Regel für eine gute flüssige Zelle jede Tasche ist für ca. 2-3 min bei der Radierung Dosisleistung stabil und Tasche Trocknung wird nur ein Problem für große Nanopartikel oder langsame Radierung Prozesse. Manchmal kann Flüssigkeit verdampfen aus einer Tasche und hinterlassen eine Gel-artige Lösung mit einer sehr hohen Salzkonzentration. Diese Gele sind in der Regel ohne weiteres ersichtlich, wenn durch den hohen Kontrast der Lösung imaging und extrem langsamen Bewegung der Luftblasen und Teilchen. In diese Gel-artige Lösungen erhobenen Daten können nicht vertrauenswürdig sein.
Nach dem Sammeln der flüssigen Zelle TEM Daten, werden die Videos mit Nanopartikel Radierung analysiert. Die Mengen, Flächen und Facetten (falls zutreffend) extrahiert werden können und weitere (Abbildung 7) ausgewertet. Ein Indiz für eine Trocknung Tasche ist beträchtlich verlangsamt sich der Rate der Radierung im Laufe der Zeit so Plotten die Lautstärke mit der Zeit eine wirksame Methode zur Überprüfung der Stabilität der Tasche und Zuverlässigkeit der Daten sein kann. Andere suboptimale Ergebnisse enthalten nicht-symmetrische Radierung bezeichnend für inhomogene Tasche Inhalt und unerwünschte Ausfällung von Eisen-Hydroxid-Arten aus Eisen chlorid Ätzmittel. Insgesamt ist der wichtigste Schlüssel für erfolgreiche Graphen flüssigen Zellen eine stabile flüssige Umgebung, die über mehrere Nanopartikel und flüssige Taschen zu reproduzierbaren Nanocrystal Dynamik führt.
Abbildung 1 . Schematische Darstellung der Graphen flüssige Zelle TEM Technik. (A) zur Montage einer Graphen flüssige Zelle befindet sich ein Tropfen der Lösung auf einem löchrigen Kohlenstoff Graphen beschichtet TEM Raster. Einem zweiten Graphen beschichtet Raster wird über die Tröpfchen bilden eine Tasche platziert. Beachten Sie, dass dieses Bild nicht zu skalieren und die Tropfen ist etwa 33 % zu groß. (B) Zoomed-im Schaltplan einer flüssigen Tasche während der TEM-Aufnahme von gold Laptops. Diese Karikatur ist auch nicht zu skalieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2 . Verfahren zur Herstellung von Graphen beschichtet TEM Gitter (A) waschen das Graphen auf Kupfer Stück in warmen Aceton (B) Entfernen von makroskopische Falten durch Abflachung Graphen auf Kupfer zwischen zwei Glasplatten. Eine Gewebe wird unter dem Graphen auf Kupfer Stück um nicht in neue Falten Falten gelegt. (C) Inverkehrbringen amorphem Kohlenstoff löchrigen TEM Raster Graphen auf Kupfer mit amorphem Kohlenstoff Seite TEM Netze die Graphen zu berühren. (D) Kupfer/Graphen/TEM Raster auf Natrium bleichen Ätzmittel schweben. Dies entfernt das Kupfer aus den Gittern. (E) Graphen TEM Netze nach Radierung aus Kupfer beschichtet. Die Lösung ist blau und es gibt kein Kupfer mehr auf den Graphen beschichtet Gittern. Zu Referenzzwecken Größe ist der Durchmesser des Glases Petrischale etwa 6 cm und der Objektträger ist 7,5 cm x 2,5 cm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3 . Verfahren zur Herstellung von Graphen flüssigen Zellen (A) zwei Graphen beschichtet TEM Raster vorbereitet auf einen Objektträger mit einer Kante abgeschnitten von einer von ihnen. Die chirurgischen Skalpell verwendet, um das Raster zu schneiden ist oben rechts neben dem Bild. (B) Tropfen der Lösung auf einem Graphen Verkapselung beschichtet Raster. Das Tröpfchen auf dem oberen Gitter hat ist die richtige Größe und eine schöne Perle auf dem Graphen. Das Tröpfchen auf dem unteren Gitter hat durch den Graphen, möglicherweise durch einen Riss in den Graphen geblutet. (C) zweiten Graphen beschichtet Raster platziert erste Raster mit Tropfen der Lösung. Diese Graphen flüssige Zelle ist nun bereit, in einem TEM zu laden. Die Glas-Folie ist zu Referenzzwecken Größe 7,5 cm x 2,5 cm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4 . Laden Graphen flüssige Zelle in standard single Neigung TEM Halter. Die Graphen flüssige Zelle passt in einen standard Einzel-Kipp-TEM-Halter auf die gleiche Weise einen normalen TEM Raster in die Halterung passt. Zu Referenzzwecken Größe der TEM-Raster hat einen Durchmesser von 3 mm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 5 . TEM Lichtstrahl Kontrolle. (A) kondensierte Elektronenstrahl für Dosis-Rate Kalibrierung mit dem fluoreszenzschirm angezeigt. (B) mit fluoreszenzschirm Expanded Elektronenstrahl zur Dosis-Rate Kalibrierung angezeigt. Intensität nimmt ab, wenn die Elektronen pro Fläche pro Zeit zu verringern, weshalb der Elektronenstrahl sehr schwach ist. (C) Kalibrierkurve im Zusammenhang mit der Elektronen-Strahl-Dosisleistung der aktuellen Kondensorlinse. Diese Eichkurve dient zur Steuerung der Dosisleistung Strahl während der Bildgebung. (D) Parameter verwendet, wenn TEM Videos von Nanopartikeln in Graphen flüssigen Zellen zu sammeln. Spezifische Werte für jeden Parameter variieren je nach Material wird abgebildet und die Auflösung benötigt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 6 . Gold Nanorod Ätzen in einem Graphen flüssige Zelle Tasche. Rahmen eines repräsentativen TEM-Videos von einem gold Nanorod Ätzen unter Dosisleistung von 800 e–/ Å2s. Nach einer anfänglichen Phase der kein Ätzen ätzt die Nanorod mit einer Konstanten Rate. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 7 . Methode zur Analyse von Frames des Videos (A) umreißt die Schwellwerte in Bildanalyse-Software mit Nanorod. (siehe Tabelle der Materialien) Dies trennt die Nanopartikel aus dem Hintergrund und bietet eine Form für die Quantitative Analyse. (B) Bestimmung der Haupt- und Nebenversionen Achsen der Nanorod. (C) extrahieren jeder Hälfte des Umrisses 2-D schneiden entlang der Hauptachse. Verwenden diese Umrisse, rekonstruieren Sie die 3D-Form durch den Umriss um die x-Achse drehen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Discussion
Graphen flüssige Zelle Elektronenmikroskopie mechanistischen informieren über Nanocrystal Wachstum und Ätzen mit hoher räumlicher Auflösung, aber da Graphen flüssigen Zellen schwierig und heikel sein kann, die Technik erfordert Liebe zum detail verwertbare Daten zu extrahieren. Auch nach umfangreichen Praxis, Graphen flüssigen Zellen nur etwa die Hälfte, ein Viertel aus flüssigen Zellen erfolgreich Kapseln Sie die flüssige Lösung. Der entscheidende Schritt bei der Bildung von flüssiger Zellen setzt das zweite Grid auf der Oberseite der Tropfen der Flüssigkeit. Häufige Fehler sind immer die Pinzette stecken zwischen den beiden Netzen, fallen das zweite Grid auch weit außerhalb der Mitte, und beginnend mit einem Tröpfchen, die zu groß ist. Da die Montage von Graphen flüssigen Zellen heikel ist und feinmotorische Fähigkeiten erfordert, dauert es normalerweise Praxis erfolgreich die flüssigen Taschen machen. Aufgrund des Aufwands der Graphen-beschichtete TEM Netze ist es dringend empfohlen, dass neue Graphen Flüssigkeit Zelle Benutzer erste Praxis die flüssigen Zelle Entscheidungsprozess auf traditionelle Kupfer, amorphem Kohlenstoff TEM Gittern, Geld zu sparen.
Ermittlung der Ursachen des Scheiterns für flüssige Zellen kann schwierig sein, weil ein Forscher nicht wissen vielleicht, ob jeder Schritt erfolgreich wurde bis imaging der Probe am Ende, und Fehler, wie die Graphen kratzen können unbemerkt. Der einfachste Fehler zu identifizieren ist eine unsachgemäße Montage, weil der Forscher liquid Austritt aus der Graphen flüssige Zelle sofort sehen. Probleme mit der Herstellung der Graphen auf Kupfer Gittern, wie Risse von der Graphen kann schwieriger zu lokalisieren. Die Qualität der Graphen kann überprüft werden, sowohl vor als auch nach der Beschichtung die TEM-Raster mit Raman-Spektroskopie, aber die Graphen ist nach diesen Tests in der Regel unbrauchbar. Darüber hinaus ist es wichtig, sofort Überweisung Graphen zu verwenden, da die zwei Gesichter des Graphen geschnürt sauber, um eine Dichtung durch Van-Der-Waals-Kräfte richtig zu bilden müssen. Graphen-beschichtete Netze durch Polymer Transfermethoden machen kann Polymer auf der Seite des Graphen Rückstände, die erwartet wird, um miteinander zu verbinden. Wenn die korrekte Vorgehensweise mit den richtigen TEM-Grids folgt, ist Mangel an Erfolg mit dem Graphen flüssige Zelle in der Regel durch falsche Handhabung des Graphen und Netze während der Montage und Herstellung.
Graphen flüssige Zelle TEM Vorschüsse vorhandenen flüssigen Zelle TEM Techniken mit einem viel dünner Kapselung Material, das verwendet im traditionellen TEM Inhaber, die hohe Auflösung und die Facette Flugbahn Tracking Experimente viel einfacher. Mit der Auflösung von kommerziellen Nitrid Membran flüssige Siliziumzellen würde ein Großteil der Facette und kinetische Informationen, die durch Ätzen Nanokristalle in der Graphen flüssige Zelle erreicht werden kann verloren gehen. Graphen, die flüssigen Zellexperimente TEM auch auf bestehende Single durchgeführt werden können kippen TEM Inhaber negiert die Notwendigkeit für teure neue spezialisierte Inhaber. Weiter, die Graphen flüssige Zelle kann in jeder Besitzer, die akzeptiert TEM Raster Standardproben ermöglicht flüssige Zellexperimente in durchgeführt werden erweiterte Inhaber (Heizung, Tilt, Kühlung, Cryo, Cathodoluminescence) wo gestellt werden Silizium-Nitrid Flüssigkeit Zellen sind nicht ausgelegt. Darüber hinaus stellen Graphen flüssigen Zellen die Gefahr der Absturz des Vakuums der TEM-Spalte, wenn die Taschen wie andere flüssige Zelle TEM Techniken Bruch. Obwohl die Graphen flüssige Zelle eine allgegenwärtige Technik in Nanocrystal Bereichen noch nicht, seine Benutzerfreundlichkeit und räumliche Auflösung es viel mehr am meisten benutzt in der Zukunft macht.
Auch mit seinen vielen Vorteilen hat Graphen flüssige Zelle TEM Einschränkungen über die Arten von Experimenten, die ausgeführt werden können. Etwas Flüssigkeit verdampft, wie Form, Taschen, so dass es schwierig ist, die Konzentration der Spezies in Lösung, genau zu bestimmen, auch ohne Berücksichtigung der Electron Beam-Effekte. Graphen flüssigen Zellen haben auch zufällige Größen, Höhen und Verteilungen von kleinen Taschen, also Silizium-Nitrid-Durchflusszellen den Vorteil von mehr quantifizierbaren Pre-Strahl-Konzentrationen und große, einheitliche flüssigen Schichten. Wie in dieser Arbeit beschrieben, können nur vorinstallierte Proben mit Graphen flüssige Zelle in der TEM, so ist es nicht möglich ist, fließen in andere Lösungen, um chemische Reaktionen auslösen angezeigt werden. Der Radiolyse-Arten durch die Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit der flüssigen Lösung erzeugt sind der einzige Auslöser, der verwendet werden kann, um eine Reaktion zu starten. Noch nicht nachgewiesen, können thermisch initiierten Prozesse in Graphen flüssigen Zellen mit standard Heizung Haltern ausgelöst werden. Elektron strahleninduzierten Radiolyse Auswirkungen können sind noch nicht vollständig verstanden und schwer zu kontrollieren. Forscher entwickelten kinetischen Modelle bestimmen den Inhalt des flüssigen Zelle Taschen nach Strahl Interaktion31,32, aber ihre Genauigkeit ist begrenzt durch die Anzahl der Reaktionen, die in das Modell und alle unbekannten Konzentration enthalten Änderungen infolge der Trocknung. Komplexe erste Tasche Inhalt mit vielen reagierenden Arten wie FeCl3, Tris-Puffer und sogar Graphen30, können schwierig zu verstehen, unter Verwendung eines kinetischen Modells sein. Ein weiterer Nachteil der flüssigen Zelle Elektronenmikroskopie ist, dass es schwierig ist, die Zusammensetzung der Kristalle gebildet bei dynamischen Vorgängen zu charakterisieren. Zum Beispiel in wachstumsversuchen Mehrkomponenten-Systeme, es möglicherweise unmöglich zu unterscheiden, was Phasen oder Arten wachsen, wenn die neue Nanokristalle amorphen oder nicht auf Zone-Achse sind. Dies ist ein weiterer Grund warum das Ätzen vorgeformte Nanokristalle eines bekannten stoffgemischs sitzen auf einer bekannten Zone Achse wünschenswert ist. Zu guter Letzt gibt es noch einige Argumente, dass strahleninduzierten Reaktionen in einem Graphen flüssige Zelle nicht die Bedingungen der Ex-Situ -Reaktionen in einem Kolben repräsentieren.
Zukünftige Graphen flüssige Zelle Experimente werden helfen, einige dieser Bedenken zu lindern, während auch mit neuen TEM um weitere Fortschritte Sonde die zugrunde liegenden Geheimnisse von Nanokristallen. Korrelative ex-Situ Nanocrystal Synthese und Radierung Experimente werden entscheidend erhärten die Mechanismen in flüssigen Zellexperimente TEM gesehen. Auch Forscher haben begonnen, auf Graphen flüssige Zelle TEM35 Fluss Funktionen hinzufügen und machen mehr kontrollierte Taschen36 einschließlich Arrays von Graphen flüssigen Zellen mittels lithographically Löcher37vorbereitet. Fortschritte in der Elektronenmikroskopie Auflösung und Kamera Geschwindigkeit machen Graphen flüssige Zelle weiter in der Lage, atomaren Dynamik während Nanocrystal Transformationen zu studieren. Kleine Taschen von Flüssigkeit in ein atomar dünnen Material wie Graphen für Gebrauch in der Elektronenmikroskopie hat eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten und zweifellos ein Grundnahrungsmittel der Nanowissenschaften Forschung in der Zukunft.
Disclosures
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Acknowledgments
Die Arbeit wurde unterstützt vom U.S. Department of Energy, Office of Science, Büro von Energie Grundlagenwissenschaften, Materialwissenschaften und Engineering-Abteilung, unter Vertragsnr. DE-AC02-05-CH11231 innerhalb der physikalischen Chemie der anorganischen Nanostrukturen Programm (KC3103).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2-propanol (Isopropanol) | Sigma Aldrich | 190764-4L | |
| Acetone | Fisher Chemical | A949-4 HPLC Grade | |
| FeCl3 | Sigma Aldrich | 44944-250g | |
| Gold Quantifoil, Amorphous Carbon TEM Grids | SPI Supplies | 4230G-XA | 300 Mesh Gold, R1.2/1.3- Often extensively on back-order |
| Graphene | ACS Materials | GnVCu3~5L-4x2in | We special order this to get graphene only on one side. The double sided product number is CVCU3022. Usually, we use 3-5 layer graphene for making Graphene Liquid Cells. If researchers need single layer graphene for their liquid cells, we have been using Grolltex recently |
| Hot Plate | IKA | C-MAG HS 7 Digital | |
| Hydrochlorid Acid | Fisher Chemical | 7647-01-0 | |
| Kimwipe Tissues | Kimberly-Clark | 34120 | |
| Matlab | Mathworks | ||
| Millipore Water Filter | Millipore | F4NA85846D | |
| Sodium Persulfate | Sigma Aldrich | 71890-500g | |
| Surgical Scalpel Blade | Swann-Morton | No. 6 | |
| TEM | FEI | Tecnai T20 S-Twin | TEM needs to be linked to camera acquisition software to allow for dose rate calibration procedures. |
| TEM Cameara for in situ data collection | Gatan | Orius SC200 | Custom digital micrograph scripts (written in house) for calibrating the C2 lens value to dose rate and collect in situ datasets |
| TEM Single Tilt Sample Holder | FEI | ||
| Tris(hydroxymethyl)aminomethane hydrochloride (Tris Buffer HCl) | Fisher Biotech | 1185-53-1 | |
| Tweezers | Excelta | 7-SA |
References
- O'Brien, M. N., Jones, M. R., Brown, K. A., Mirkin, C. A. Universal Noble Metal Nanoparticle Seeds Realized Through Iterative Reductive Growth and Oxidative Dissolution Reactions. Journal of American Chemical Society. 136 (21), 7603-7606 (2014).
- Alivisatos, A. P., et al. Organization of "Nanocrystal Molecules" Using DNA. Nature. , 609-611 (1996).
- Mirkin, C. A., Letsinger, R. L., Mucic, R. C., Storhoff, J. J. A DNA-Based Method for Rationally Assembling Nanoparticles into Macroscopic Materials. Nature. , 607-609 (1996).
- Abrams, I. M., McBain, J. W. A Closed Cell for Electron Microscopy. Journal of Applied Physics. 15 (8), 607-609 (1944).
- Williamson, M. J., Tromp, R. M., Vereecken, P. M., Hull, R., Ross, F. M. Dynamic Microscopy of Nanoscale Cluster Growth at the Solid-Liquid Interface. Nature Materials. 2 (8), 532-536 (2003).
- Radisic, A., Ross, F. M., Searson, P. C. In situ Study of the Growth Kinetics of Individual Island Electrodeposition of Copper. Journal of Physical Chemistry B. 110 (15), 7862-7868 (2006).
- Niu, W., et al. Selective Synthesis of Single-Crystalline Rhombic Dodecahedral, Octahedral, and Cubic Gold Nanocrystals. Journal of American Chemical Society. 131 (2), 697-703 (2009).
- de Jonge, N., Ross, F. M. Electron Microscopy of Specimens in Liquid. Nature Nanotechnology. 6 (11), 695-704 (2011).
- Liao, H. G., Cui, L., Whitelam, S., Zheng, H. Real-Time Imaging of Pt3Fe Nanorod Growth in Solution. Science. 336 (2012), 1011-1014 (2012).
- Grogan, J. M., Schneider, N. M., Ross, F. M., Bau, H. H. Bubble and Pattern Formation in Liquid Induced by an Electron Beam. Nano Letters. 14, 359-364 (2013).
- Tan, S. F., et al. Real-Time Imaging of the Formation of Au-Ag Core-Shell Nanoparticles. Journal of American Chemical Society. 138, 5190 (2016).
- Woehl, T. J., Evans, J. E., Arslan, I., Ristenpart, W. D., Browning, N. D. Direct in situ Determination of the Mechanisms Controlling Nanoparticle Nucleation and Growth. ACS Nano. 6 (10), 8599-8610 (2012).
- Sutter, E., et al. In situ Liquid-Cell Electron Microscopy of Silver-palladium Galvanic Replacement Reactions on Silver Nanoparticles. Nature Communications. 5, 4946 (2014).
- Mehdi, B. L., et al. Observation and Quantification of Nanoscale Processes in Lithium Batteries by Operando Electrochemical (S)TEM. Nano Letters. 15 (3), 2168-2173 (2015).
- Nielsen, M. H., Aloni, S., De Yoreo, J. J. In situ TEM Imaging of CaCO3 Nucleation Reveals Coexistence of Direct and Indirect Pathways. Science. 345 (6201), 1158-1162 (2014).
- Ahmad, N., Wang, G., Nelayah, J., Ricolleau, C., Alloyeau, D. Exploring the Formation of Symmetric Gold Nanostars by Liquid-Cell Transmission Electron Microscopy. Nano Letters. , (2017).
- Ross, F. M. Opportunities and Challenges in Liquid Cell Electron Microscopy. Science. 350 (6267), (2015).
- Niu, K. Y., Liao, H. G., Zheng, H. Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquids Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy. Journal of Visualized Experiments. (70), (2012).
- Liao, H. G., et al. Facet Development during Platinum Nanocube Growth. Science. 345 (6199), 916-919 (2014).
- Jungjohann, K. L., Evans, J. E., Aguiar, J. A., Arslan, I., Browning, N. D. Atomic-Scale Imaging and Spectroscopy for In situ Liquid Scanning Transmission Electron Microscopy. Microscopy and Microanalysis. 18 (3), 621-627 (2012).
- Li, D., et al. Direction-Specific Interactions Control Crystal Growth by Oriented Attachment. Science. 336 (6084), 1014-1018 (2012).
- Yuk, J. M., et al. Graphene Veils and Sandwiches. Nano Letters. 11 (8), 3290-3294 (2011).
- Yuk, J. M., et al. High-Resolution EM of Colloidal Nanocrystal Growth Using Graphene Liquid Cells. Science. 336 (6077), 61-64 (2012).
- Ye, X., et al. Single-Particle Mapping of Nonequilibrium Nanocrystal Transformations. Science. 354 (6314), 874-877 (2016).
- Park, J., et al. 3D Structure of Individual Nanocrystals in Solution by Electron Microscopy. Science. 349 (6245), 290-295 (2015).
- Shin, D., et al. Growth Dynamics and Gas Transport Mechanism of Nanobubbles in Graphene Liquid Cells. Nature Communications. 6, 1-6 (2015).
- Jeong, M., Yuk, J. M., Lee, J. Y. Observation of Surface Atoms during Platinum Nanocrystal Growth by Monomer Attachment. Chemistry of Materials. , 3200-3202 (2015).
- Wojcik, M., Hauser, M., Li, W., Moon, S., Xu, K. Graphene-Enabled Electron Microscopy and Correlated Super-Resolution Microscopy of Wet Cells. Nature Communications. 6 (1), 7384 (2015).
- Dahmke, I. N., et al. Graphene Liquid Enclosure for Single-Molecule Analysis of Membrane Proteins in Whole Cells Using Electron Microscopy. ACS Nano. 11 (11), 11108-11117 (2017).
- Cho, H., et al. The Use of Graphene and Its Derivatives for Liquid Phase Transmission Electron Microscopy of Radiation-Sensitive Specimens. Nano Letters. 17 (1), 414-420 (2016).
- Schneider, N. M., et al. Electron-Water Interactions and Implications for Liquid Cell Electron Microscopy. Journal of Physical Chemistry C. 118 (38), 22373-22382 (2014).
- Park, J. H., et al. Control of Electron Beam-Induced Au Nanocrystal Growth Kinetics through Solution Chemistry. Nano Letters. 15 (8), 5314-5320 (2015).
- Chen, Q., et al. 3D Motion of DNA-Au Nanoconjugates in Graphene Liquid Cell Electron Microscopy. Nano Letters. 13 (9), 4556-4561 (2013).
- Nikoobakht, B., El-Sayed, M. A. Preparation and Growth Mechanism of Gold Nanorods (NRs) Using Seed-Mediated Growth Method. Chemistry of Materials. 15 (10), 1957-1962 (2003).
- Rasool, H., Dunn, G., Fathalizadeh, A., Zettl, A. Graphene-Sealed Si/SiN Cavities for High-Resolution in situ Electron Microscopy of Nano-Confined Solutions. Phys status solidi. 253 (12), 2351-2354 (2016).
- Wadell, C., et al. Nanocuvette: A Functional Ultrathin Liquid Container for Transmission Electron Microscopy. ACS Nano. 11 (2), 1264-1272 (2017).
- Kelly, D. J., et al. Nanometer Resolution Elemental Mapping in Graphene-Based TEM Liquid Cells. Nano Letters. , (2018).
