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Chemistry

ग्राफीन तरल कोशिका संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करने के लिए सीटू Nanocrystal नक़्क़ाशी में अध्ययन

Published: May 17, 2018 doi: 10.3791/57665
Automatic Translation
1, 1, 1,2,3,4
1Department of Chemistry, University of California-Berkeley, 2Department of Material Science and Engineering, University of California-Berkeley, 3Kavli Energy NanoScience Institute, 4Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory

Summary

ग्राफीन तरल कोशिका इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी अन्य तरल कोशिका इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी तकनीक की तुलना में अधिक से अधिक स्थानिक संकल्प के साथ एक तरल वातावरण में nanocrystal गतिशीलता का पालन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । निर्मित nanocrystals नक़्क़ाशी और ग्राफीन तरल कोशिका संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग कर अपने आकार के बाद nanoparticle परिवर्तनों के बारे में महत्वपूर्ण यंत्रवत जानकारी उपज कर सकते हैं ।

Abstract

ग्राफीन तरल कोशिका इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी नेनो रासायनिक रूपांतरणों और गतिशीलता के रूप में प्रतिक्रियाओं तरल वातावरण में होने वाली है निरीक्षण करने की क्षमता प्रदान करता है । यह पांडुलिपि सोने की nanocrystal नक़्क़ाशी के ग्राफीन तरल कोशिका संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (उनि) प्रयोगों के उदाहरण के माध्यम से ग्राफीन तरल कोशिकाओं को बनाने के लिए प्रक्रिया का वर्णन करती है । ग्राफीन तरल कोशिकाओं को बनाने के लिए प्रोटोकॉल कोटिंग गोल्ड, छिद्रित कार्बन उनि ग्रिड रासायनिक वाष्प जमाव ग्राफीन के साथ शामिल है और फिर उन ग्राफीन-लेपित ग्रिड का उपयोग करने के लिए दो ग्राफीन सतहों के बीच तरल encapsulate । तरल की ये जेबें, ब्याज की nanomaterial के साथ, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में imaged नेनो प्रक्रिया की गतिशीलता को देखने के लिए, इस मामले में सोने nanorods के ऑक्सीडेटिव नक़्क़ाशी । इलेक्ट्रॉन बीम खुराक दर है, जो तरल कोशिका में नक़्क़ाशी प्रजातियों को नियंत्रित करने के द्वारा, कैसे परमाणुओं nanocrystals से हटा रहे है के लिए विभिंन पहलुओं और आकार के फार्म का अंतर्निहित तंत्र बेहतर समझा जा सकता है । ग्राफीन लिक्विड सेल उनि उच्च स्थानिक संकल्प, पारंपरिक उनि धारकों के साथ अनुकूलता, और अनुसंधान समूहों के लिए कम शुरू लागत के लाभ है । वर्तमान सीमाओं नाजुक नमूना तैयारी, प्रवाह क्षमता की कमी, और इलेक्ट्रॉन बीम पर निर्भरता-उत्पंन radiolysis उत्पादों प्रतिक्रियाओं को प्रेरित करने के लिए शामिल हैं । आगे के विकास और नियंत्रण के साथ, ग्राफीन तरल कोशिका मैटीरियल्स और जीव विज्ञान में एक सर्वव्यापी तकनीक बन सकता है, और पहले से ही विकास शासी तंत्र का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा रहा है, नक़्क़ाशी, और स्वयं विधानसभा मैटीरियल्स की प्रक्रिया पर तरल में एकल कण स्तर ।

Introduction

नियंत्रण synthesizing nanocrystals1 और बड़ा संरचनाओं2में कोडांतरण नैनोकणों,3 मौलिक तंत्र की समझ की आवश्यकता है कैसे परमाणुओं और नैनोकणों बातचीत और बांध शासी साथ. आदर्श रूप में, इन नेनो प्रक्रियाओं के अध्ययन के लिए इसी स्थानिक आवश्यक संकल्प के साथ अपने मूल तरल वातावरण में प्रदर्शन किया जाएगा ब्याज की घटना का पालन करें, लेकिन इन आवश्यकताओं नैनोमीटर लंबाई के कारण चुनौतियों का मुद्रा स्केल जिस पर इन सिस्टमों काम करते हैं । शोधकर्ताओं ने लंबे समय के लिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के स्थानिक संकल्प का उपयोग करने के लिए इन प्रक्रियाओं छवि वांछित है, लेकिन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप स्तंभ के उच्च निर्वात तरल समाधान के encapsulation की आवश्यकता है4. कुछ जल्दी तरल कोशिका इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप प्रयोगों दो सिलिकॉन नाइट्राइड झिल्ली5,6,7,8के बीच तरल encapsulated, और इस विधि अब एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हो गया है गतिशील नेनो प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए तकनीक ।

व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सिलिकॉन नाइट्राइड लिक्विड सेल उनि धारकों ने नेनो9,10,11,12 पर विविध रोचक घटनाएं देखने और समझने का आवश्यक संकल्प प्रदान किया है । , 13 , 14 , 15 , 16. कुछ वाणिज्यिक तरल सेल उनि धारकों हीटिंग, प्रवाह, और बिजली के कनेक्शन है कि आगे की जांच की जा सकती है कि नेनो प्रक्रियाओं के दायरे का विस्तार के रूप में अतिरिक्त क्षमता है । हालांकि, इन क्षमताओं के सभी के साथ, वाणिज्यिक प्रणालियों के आसपास उच्चतम स्थानिक संकल्प को प्राप्त करने के लिए अनुकूलित नहीं कर रहे हैं । शोधकर्ताओं के लिए है कि स्थानिक संकल्प में सुधार की जरूरत है, खिड़की की मोटाई कम और तरल मोटाई कम दो संभावित मार्गों के लिए कम इलेक्ट्रॉन बीम कैटरिंग और बेहतर17संकल्प कर रहे हैं । कुछ समूहों जो सिलिकॉन नाइट्राइड तरल कोशिकाओं का उपयोग अपनी विण्डोज़ जो पैदावार खिड़की और तरल मोटाई पर अधिक से अधिक नियंत्रण बनाना । 18 इन घर में निर्मित तरल कोशिकाओं की कमी बिखरने परमाणु संकल्प अध्ययन19,20,21सहित अधिक से अधिक स्थानिक संकल्प के साथ इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी अध्ययन सक्षम है ।

encapsulating सामग्री की मोटाई के बाद से एक पहलू है कि नकारात्मक तरल कोशिका प्रयोगों के स्थानिक संकल्प को प्रभावित करता है, परमाणु पतली, कम Z सामग्री जैसे ग्राफीन आदर्श encapsulating सामग्री22होगा, 23. ग्राफीन शीट अभी भी काफी मजबूत करने के लिए कॉलम के दबाव अंतर से तरल जेब की रक्षा कर रहे हैं । इसके अलावा, इन ग्राफीन तरल सेल जेब आमतौर पर तरल की पतली परतों होते हैं, और प्राप्त स्थानिक संकल्प को बढ़ाने । कई दिलचस्प नेनो प्रक्रियाओं के साथ ग्राफीन तरल कोशिकाओं के साथ जांच की गई है nanoparticle पहलू पथ और परमाणु संकल्प के साथ nanoparticle गतिशीलता के बाद23,24,25 ,26,27. ग्राफीन तरल सेल तकनीक का एक अनपेक्षित लाभ यह है कि इस उच्च स्थानिक संकल्प एक अलग उनि धारक या विशेष सिलिकॉन निर्माण की खरीद की आवश्यकता के बिना प्राप्त किया जा सकता है । उच्च संकल्प हासिल किया है कि सिलिकॉन नाइट्राइड कोशिकाओं का उपयोग प्रयोग भी भारी परमाणुओं से बना बड़े नैनोकणों की आवश्यकता है, जबकि ग्राफीन तरल सेल द्वारा प्राप्त संकल्प उप के लिए परमाणु संकल्प प्रदान कर सकते हैं-2 एनएम नैनोकणों25। इसके अतिरिक्त, ग्राफीन लिक्विड सेल ने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के साथ जैविक नमूनों के अध्ययन के लिए ग्राफीन के लचीले स्वभाव के कारण28,29 और ग्राफीन की क्षमता के लये खोल दिया है इलेक्ट्रॉन बीम के हानिकारक प्रभावों में से कुछ30। इन फायदों के कारण, ग्राफीन तरल कोशिका इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के लिए nanoscience समुदाय में एक मानक तकनीक बनने की क्षमता है एक बार शोधकर्ताओं की अधिक से अधिक संख्या बेहतर समझते हैं कि क्या इस तकनीक उनके अनुसंधान में मदद कर सकते हैं और कैसे लागू करने के लिए इस तकनीक ।

रासायनिक, nanomaterial, जैविक, और अंय सीटू रूपांतरणों में के स्थानिक संकल्प इच्छुक क्षेत्रों में शोधकर्ताओं ग्राफीन तरल कोशिका इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी तकनीक को रोजगार से लाभ प्राप्त कर सकते हैं । यह में सीटू विधि विशेष रूप से गैर-संतुलन प्रक्रियाओं है कि परिवर्तन के दौरान दृश्यावलोकन की आवश्यकता के लिए मूल्यवान है । तरल कोशिका उनि तकनीक का एक महत्वपूर्ण दोष perturbative इलेक्ट्रॉन बीम31, जो नाजुक नमूनों में अवांछनीय परिवर्तन पैदा कर सकते हैं द्वारा radiolysis प्रजातियों की पीढ़ी है । शोधकर्ताओं ने मॉडल विकसित करने के लिए बीम यों तो31,३२संचालित रसायन है, और रणनीतियों के लिए इन प्रभावों30,३२को कम करने के लिए विकसित किया जा रहा है की कोशिश करो । ग्राफीन लिक्विड सेल उनि की अतिरिक्त चुनौती है और नाजुक होने के लिए अक्सर मुश्किल बनाने के लिए, विशेष रूप से शोधकर्ताओं के लिए नई तकनीक है । इस लेख का उद्देश्य कैसे ग्राफीन तरल कोशिका उनि प्रयोगों का विवरण साझा करने के लिए है (चित्रा 1) किया जा सकता है, एक उदाहरण प्रयोग nanocrystals के एक कण नक़्क़ाशी देख, और उंमीद है कि ग्राफीन तरल कोशिका दिखा प्रयोगों के एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के लिए उपयोग के साथ लगभग किसी भी समूह के लिए संभव हैं । प्रोटोकॉल ग्रिड, तरल सेल गठन, ग्राफीन तरल सेल नक़्क़ाशी प्रयोगों के लिए, उनि का उपयोग करें, और छवि विश्लेषण तकनीक के ग्राफीन कोटिंग को कवर किया जाएगा । इस तरह की छोटी बूंद के आकार के रूप में तरल कोशिकाओं को बनाने में महत्वपूर्ण कदम समझाया, तरल समाधान सामग्री के सावधान विचार, और केवल प्रत्यक्ष हस्तांतरण ग्राफीन का उपयोग कैसे के नुकसान दोहराने से बचने के लिए पर अतिरिक्त सलाह के साथ कवर किया जाएगा पिछले शोधकर्ताओं । ग्राफीन लिक्विड सेल उनि नेनो अनुसंधान के लिए एक उभरती हुई तकनीक है, और इस लेख नए नवागंतुकों इस तकनीक का उपयोग शुरू करने के लिए सक्षम हो जाएगा ।

Protocol

1. ग्राफीन-लेपित उनि ग्रिड बनाना

  1. ( सामग्री की तालिकादेखें) जो 6 से 8 उनि ग्रिड के आसपास फिट बैठता है पर एक लगभग 2 सेमी निर्मित ग्राफीन-पर तांबे के2 टुकड़ा काट दिया ।
    नोट: एक परत ग्राफीन के बजाय 3-5 परत ग्राफीन का उपयोग संकल्प खोने के बिना उच्च सफलता दर के साथ तरल जेबें encapsulates. चूंकि ग्राफीन एक परमाणु पतली, कम Z सामग्री है, सबसे संकल्प हानि ग्राफीन तरल कोशिकाओं के लिए तरल मोटाई से है ।
  2. एसीटोन वाश (चित्र 2a) का उपयोग करके ग्राफीन को साफ़ करना ।
    नोट: इस चरण के लिए किसी भी अवशिष्ट पीएमएमए [पाली (मिथाइल methacrylate)] ग्राफीन सतह पर बाईं ओर की प्रक्रिया के दौरान बाएं हटाने के लिए डिज़ाइन किया गया है । यदि उपयोगकर्ता को विश्वास है कि उनकी ग्राफीन साफ है, यह कदम अनावश्यक है ।
    1. एक गिलास पेट्री डिश में ग्राफीन-on-तांबे का टुकड़ा रखें और एसीटोन से भरें ।
      नोट: एसीटोन प्रयोग किया जाता है क्योंकि पीएमएमए एसीटोन में घुल ।
    2. धीरे एसीटोन समाधान (~ ५० ° c) 5 मिनट के लिए गर्मी, समाधान समय पर घूमता ।
      नोट: एक आग से बचने के लिए एसीटोन और तापमान देखने के लिए सुनिश्चित करें । यह एक धुएं डाकू में किया जाना चाहिए ।
    3. ग्राफीन-ऑन-कॉपर पीस को चिमटी से एसीटोन वॉश से निकाल लें और एसीटोन को नए, साफ एसीटोन से बदल दें ।
      नोट: परिमार्जन या अंयथा चिमटी के साथ ग्राफीन सतह को नुकसान नहीं सावधान रहना ।
    4. वाशिंग प्रक्रिया को कुल 3 बार दोहराएं ।
    5. अगले कदम पर जाने से पहले ग्राफीन-ऑन-कॉपर एयर-ड्राई को अच्छी तरह से सूखने दें ।
  3. ग्राफीन-ऑन-कॉपर पीस को किसी भी macroscopic झुर्रियों (चित्र b) से दूर करने के लिए चिकना करें ।
    नोट: इस चिकनी प्रक्रिया को सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है कि छिद्रित समर्थन पन्नियों-उनि ग्रिड ( सामग्री की तालिकादेखें) ठीक से ग्राफीन सतह के लिए बंधन में सक्षम हैं. धक्कों और ग्राफीन में क्रीज पर तांबे यह मुश्किल अच्छा संपर्क बनाए रखने के लिए बनाते हैं ।
    1. दो साफ गिलास स्लाइड ले लो और एक जोड़ पोंछ ( सामग्री की तालिकादेखें) नीचे कांच स्लाइड पर जगह है । पोंछे के ऊपर, ग्राफीन-on-तांबे का टुकड़ा रखें । अंत में, शीर्ष पर दूसरी ग्लास स्लाइड प्लेस ।
      नोट: ऊतक पोंछें से खरोंच को रोकने के लिए (ग्लास स्लाइड को छूने) ऊपर ग्राफीन पक्ष के साथ ग्राफीन-on-तांबे का टुकड़ा रखें । मुड़े हुए ऊतक झुर्रियों को धीरे से धक्का और नई क्रीज में तह को रोकने के लिए प्रयोग किया जाता है ।
    2. ऊपर की स्लाइड पर नीचे प्रेस, धीरे-ग्राफीन-on-तांबे के टुकड़े में किसी भी झुर्रियां बाहर चिकनी । ऊतक में परतों की संख्या को कम करने और दबाने की प्रक्रिया को दोहराने. कोई ऊतक पोंछ के साथ दो गिलास स्लाइड के बीच एक अंतिम दबाने तक प्रक्रिया जारी रखें ।
  4. ग्राफीन पर तांबे का टुकड़ा (चित्रा 2c) पर उनि ग्रिड के नीचे रखना ।
    1. जगह छेद अमली कार्बन समर्थन पंनी-उनि ग्रिड ( सामग्री की तालिकादेखें) ग्राफीन के साथ संपर्क में अमली कार्बन के साथ ग्राफीन पर नीचे ।
      नोट: उन्हें चिमटी के साथ उठा जब उनि ग्रिड ख़राब मोड़ या नहीं करने के लिए सावधान रहना । तुला उनि ग्रिड ग्राफीन को ठीक से बांध नहीं है । ग्रिड के किनारे से ग्रिड उठा ग्रिड के विरूपण रोकता है । यहां, सोने के उनि ग्रिड कदम है कि ग्राफीन से तांबे को हटा के दौरान ग्रिड नक़्क़ाशी से बचने के लिए उपयोग किया जाता है ।
    2. ग्रिड पर isopropanol की एक जोड़ी बूंदों प्लेस ।
      नोट: किसी भी ग्रिड छा जाते हैं, तो धीरे ग्रिड पर isopropanol डालने के बाद एक चिमटी की नोक के साथ उन्हें ले जाएँ. हो ग्राफीन सतह को नुकसान नहीं सावधान ।
    3. 2 के लिए सूखी चलो + यकीन है कि ग्रिड बनाने के लिए एच ठीक से बंधुआ हैं । इस सुखाने की प्रक्रिया ग्राफीन के साथ बेहतर संपर्क में छेद अमली कार्बन लाता है ।
      नोट: की जांच करने के लिए कि क्या ग्रिड ग्राफीन का पालन किया है, धीरे से ग्राफीन का टुकड़ा लेने पर तांबे और यह बारी उल्टा । यदि गुरुत्वाकर्षण ग्रिड को दूर नहीं करता है, वे ठीक से बंधुआ होना चाहिए ।
  5. एक सोडियम persulfate समाधान (चित्रा 2d) का उपयोग कर तांबे खोदना ।
    1. 1 ग्राम में सोडियम persulfate के 10 मिलीलीटर पानी के साथ एक समाधान बनाओ ।
    2. चिमटी का प्रयोग, सावधानी से तांबे की ओर नीचे के साथ सोडियम persulfate समाधान पर ग्राफीन-on-तांबे का टुकड़ा जगह है । टुकड़ा सोडियम persulfate समाधान (चित्रा 2d) के शीर्ष पर फ्लोट करते हैं ।
    3. रात भर बैठे ग्राफीन-लेपित ग्रिड के साथ समाधान रखें । ध्यान दें कि समाधान नीले तांबे नक़्क़ाशी के रूप में हो जाएगा, और ग्राफीन शीट के पीछे कोई दिखाई तांबे जब नक़्क़ाशी समाप्त हो जाएगा (चित्रा 2E) ।
  6. ग्रिड धो करने के लिए बंद सोडियम persulfate साफ ।
    1. समाधान से अस्थायी ग्रिड निकालें और उन्हें साफ, जल के शीर्ष पर जगह (फिल्टर के लिए सामग्री की तालिका देखें) एक दूसरे पेट्री डिश में ।
      नोट: ग्रिड स्थानांतरण करने के लिए आसान तरीका ग्रिड लेने के लिए एक गिलास स्लाइड का उपयोग शामिल है और फिर उन्हें दूसरी पेट्री पानी से भरा पकवान में नीचे रखने. कुछ ग्रिड स्थानांतरण प्रक्रिया के दौरान पेट्री डिश के नीचे करने के लिए गिर जाएगी । यह आमतौर पर एक संकेत है कि ग्रिड पर ग्राफीन फटा या अंयथा क्षतिग्रस्त है ।
    2. ग्राफीन-लेपित ग्रिड से सभी सोडियम persulfate अवशेषों को निकालने के लिए 3 बार इस प्रक्रिया को दोहराएँ ।
    3. चिमटी के साथ ग्रिड उठाओ, एक फिल्टर कागज पर ग्रिड ग्राफीन-पक्ष जगह है, और उंहें सूखी ।
      नोट: पानी धोने से यह अंतिम हस्तांतरण मुश्किल हो सकता है, के रूप में ग्रिड अक्सर अवशिष्ट पानी से केशिका बलों के कारण चिमटी से चिपके रहते हैं ।

2. तरल कोशिका जेब बनाना

  1. दो ग्राफीन-लेपित उनि ग्रिड ले लो और उंहें एक गिलास स्लाइड पर ग्राफीन पक्ष जगह है । एक छोटी सी शल्य स्केलपेल ब्लेड का प्रयोग, ग्राफीन में से एक के किनारे लेपित उनि ग्रिड, ग्रिड के क्षेत्र के लगभग 1/4 से 1/8 (चित्र 3ए) कट ।
    नोट: ग्रिड के एक काटने के करीब संपर्क में दो ग्रिड पर ग्राफीन लाने के लिए बेहतर ग्राफीन-ग्राफीन संपर्क करने के लिए जेब फार्म प्रदान करने के लिए परिकल्पना की है ।
  2. encapsulated होने के लिए समाधान तैयार ।
    नोट: समाधान nanocrystal नक़्क़ाशी प्रयोग करने के लिए विशिष्ट है ।
    1. 10-100 mM के बीच एक एकाग्रता पर पानी के साथ Tris बफर एचसीएल समाधान बनाओ ।
      नोट: हमने पाया है कि जलीय धातु nanoparticle समाधान की तैयारी के लिए, Tris बफर एचसीएल स्थिर जेब की एक उच्च सफलता दर की ओर जाता है, हालांकि अधिक अध्ययन समझने की जरूरत क्यों Tris बफर एचसीएल स्थिर जेब बनाने में मदद करता है । Tris बफर आधार या कोई Tris बफर का उपयोग दोनों बहुत कम इस मामले में जेब गठन की सफलता दर है लगता है । हर विलायक और नमूना की संभावना अनुकूलन शर्तों जो स्थिर जेब बनाने के लिए, जबकि रसायन विज्ञान बाधित नहीं अध्ययन किया जा रहा है खोजने के लिए की आवश्यकता होगी । साहित्य का एक संक्षिप्त सर्वेक्षण ऑर्थो-dichlorobenzene/oleylamine (9:1 अनुपात),23 0.5 x Tris-बोराटे-EDTA (TBE) और २०० मिमी NaCl समाधान,३३ और जलीय ०.१५ एम NaCl समाधान30 के साथ ही जलीय Tris बफर एचसीएल के साथ सफलता दिखाता है यहां व्यवस्था प्रस्तुत की ।
    2. एचसीएल के १.८ µ l के साथ पानी के एक घोल में ४० mM FeCl3 घोल बनाएं ।
      नोट: FeCl3 इस नक़्क़ाशी प्रयोग के लिए खोदना है । अन्य प्रयोगों प्रदर्शन किया जा रहा प्रयोग के आधार पर विभिन्न समाधान जोड़ सकते हैं.
    3. सोने की nanorods बनाओ और1,३४सफाई के बाद nanorod नमूना ध्यान केंद्रित ।
    4. एचसीएल में ०.१५ एमएल का 0.01-0.1 mm Tris बफर एचसीएल, ०.१ एमएल का ४० एमएम FeCl3 , और nanorods का 10 µ एल का मिश्रण है ।
  3. प्लेस ~ ०.५ µ l छोटी बूंद समाधान गैर-कट ग्राफीन-लेपित उनि ग्रिड पर समझाया जा करने के लिए । एक चिमटी का उपयोग करने के लिए नीचे उनि ग्रिड के किनारे पकड़ जबकि छोटी बूंद इतना है कि केशिका ताकतों उनि ग्रिड लेने नहीं है (चित्र बी) ।
    नोट: छोटी बूंद के रूप में संभव के रूप में छोटे बनाने के लिए सावधान रहें और यह संभव के रूप में ग्रिड के केंद्र के पास के रूप में जगह है ।
  4. जल्दी और ध्यान से छोटी बूंद के शीर्ष पर कटौती कोने के साथ ग्राफीन-लेपित उनि ग्रिड जगह; लक्ष्य के लिए दूसरा ग्रिड कोई तरल के साथ पहले ग्रिड के शीर्ष पर आराम करने के लिए आ रहा है (चित्रा 3सी) बाहर निचोड़ा हो रही है.
    नोट: पहले से ही आत्म-बंद चिमटी में रखा दूसरा ग्रिड होने इस प्रक्रिया को तेज और आसान बना सकते हैं । यह यकीनन कई संभावित विफलताओं कि हो सकता है के साथ तरल कोशिका गठन की प्रक्रिया के trickiest कदम है । चिमटी को हटाने के रूप में दो ग्रिड के बीच में अटक कर सकते हैं चिमटी के रूप में एक चुनौती है, जबकि ऊपर ग्रिड की स्थापना । आम तौर पर, ऊपर उनि ग्रिड के नीचे एक किनारे रखने और फिर धीरे-से ग्रिड के जाने दे सबसे अच्छा काम करता है । ध्यान रहे कि अगर शीशे की स्लाइड पर लिक्विड देखा जाए तो फिर जेब पर शायद ठीक से मुहर नहीं लगी ।
  5. ग्राफीन तरल सेल जेबें फार्म जाने के लिए 5 मिनट रुको ।
    नोट: तरल पदार्थ के कुछ वाष्पीकरण जेब के रूप में गठन कर रहे हैं हो सकता है, लेकिन एक बार एक hermetic सील गठन किया है, कोई अतिरिक्त तरल नुकसान की संभावना है. समाधान में प्रत्येक प्रजाति के सापेक्ष सांद्रता निरंतर रहनी चाहिए ।
  6. इमेजिंग के लिए उनि के लिए नमूना ले आओ ।
    नोट: सील के लिए अलग निर्धारित समय की राशि शोधकर्ता से शोधकर्ता को बदलता है । नक़्क़ाशी प्रयोगों के लिए, कम समय के लिए तरल कोशिका लाने से पहले उनि के लिए पूर्व खोदना से बचने के लिए वांछनीय है ।

3. लोडिंग और इमेजिंग ग्राफीन लिक्विड सेल

नोट: संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के संचालन के बाद मानक प्रक्रियाओं उपयोगकर्ता पुस्तिका में पाया । हर उनि अलग संरेखण प्रक्रियाओं होगा ।

  1. एक पारंपरिक उनि एकल झुकाव धारक में ग्राफीन तरल सेल प्लेस (चित्रा 4) ।
    नोट: ऐसे दोहरे झुकाव धारकों या हीटिंग धारकों के रूप में अंय मानक धारकों के रूप में अच्छी तरह से इस्तेमाल किया जा सकता है । धारकों कि एक पेंच की तरह तंत्र का उपयोग करने के लिए उनि ग्रिड सुरक्षित एक कतरनी बल है कि ग्राफीन तरल कोशिका को नष्ट कर सकता है ।
  2. उनि धारक स्तंभ में लोड ।
    नोट: चूंकि ग्राफीन तरल कोशिका में कोई जलाशय के साथ तरल की इतनी छोटी मात्रा में होता है और अलग जेब है, वहां कोई सिलिकॉन नाइट्राइड तरल कोशिका प्रयोगों की तरह लीक के लिए कड़ाई से जांच की जरूरत है । यहां तक कि अगर एक ग्राफीन तरल कोशिका जेब फट, केवल तरल की एक बहुत छोटी राशि जारी की है और इस तरह उनि वैक्यूम प्रणाली दुर्घटना नहीं होगा ।
  3. इस नमूने में नैनोकणों और अमली कार्बन का प्रयोग करें, उनि बीम (बंदूक झुकाव, संघनित्र एपर्चर संरेखण, और संघनित्र stigmation), और छवि (Z-ऊंचाई समायोजन, उद्देश्य stigmation, रोटेशन केंद्र संरेखण, और विचलन के ठीक संरेखित करने के लिए यदि लागू हो तो पढ़नेवाला ट्यूनिंग) । तो बीम पथ से धारक को हटाने और इलेक्ट्रॉन बीम खुराक दर जांचना ।
    1. यह reproducible खुराक दरों के लिए स्थिर करने के लिए अनुमति देने के लिए अंशांकन करने से पहले कम से कम 20 मिनट पर उनि रेशा बारी; यह प्रतीक्षा समय उनि प्रणाली और इलेक्ट्रॉन बंदूक प्रकार के आधार पर अलग हो सकता है ।
      नोट: चुनाव माइक्रोस्कोपी अक्सर खुराक दर का उपयोग करने के लिए प्रति इकाई क्षेत्र प्रति यूनिट समय दिया इलेक्ट्रॉनों की संख्या का उल्लेख (e-/ विकिरण रसायन विज्ञान समुदाय में, यह प्रवाह घनत्व के रूप में जाना जाता है, और खुराक की दर इकाई समय प्रति इकाई क्षेत्र प्रति अवशोषित ऊर्जा की राशि के रूप में परिभाषित किया गया है. एक नमूना द्वारा अवशोषित ऊर्जा की मात्रा की गणना के बाद से जटिल geometries तरल कोशिकाओं में पाया के लिए मुश्किल है, और उनि समुदाय के साथ निरंतरता बनाए रखने के लिए, हम प्रति यूनिट क्षेत्र प्रति इकाई समय इलेक्ट्रॉनों को संदर्भित करने के लिए खुराक दर का उपयोग करने के लिए चुनते हैं.
    2. बीम को सबसे गाढ़ा मात्रा, उच्चतम खुराक दर, जिसे देखने के लिए स्क्रीन (चित्र 5) का उपयोग कर प्रयोग के लिए आवश्यक है, को गाढ़ा करें । बाहर पढ़ें और गाढ़ा बीम के लिए लेंस वर्तमान बचाने के लिए ।
      नोट: 3.3.5 करने के लिए 3.3.2 चरणों के लिए, एक कस्टम डिजिटल micrograph स्क्रिप्ट लिखा गया था जो उनि के संघनित्र प्रणाली के नियंत्रण के लिए वितरित इलेक्ट्रॉन खुराक दर के साथ दूसरे संघनित्र (C2) लेंस वर्तमान जांचना लेता है । इससे शोधकर्ता प्रयोग के दौरान मनमाने मूल्यों को इलेक्ट्रॉनक खुराक दर निर्धारित reproducibly कर देते हैं.
    3. सबसे अधिक प्रसार राशि के लिए बीम फैला, सबसे कम खुराक दर, देखने स्क्रीन का उपयोग कर प्रयोग के लिए आवश्यक (चित्रा 5B). बाहर पढ़ें और फैल बीम के लिए लेंस वर्तमान को बचाने के ।
    4. 10 समान रूप से स्थान मूल्यों में संघनित्र लेंस धाराओं की सीमा को विभाजित और सीसीडी कैमरे के साथ प्रत्येक संघनित्र लेंस मूल्य के लिए छवियों को इकट्ठा ।
    5. कंवर्ट सीसीडी संवेदनशीलता और प्रत्येक लेंस वर्तमान के लिए आवर्धन अंशांकन का उपयोग कर खुराक दर करने के लिए मायने रखता है ।
    6. विभिंन लेंस धाराओं में इलेक्ट्रॉन फ्लक्स के डेटा का उपयोग करने के लिए एक अंशांकन वक्र बनाने के लिए । प्रयोग के बाकी के लिए इस अंशांकन वक्र का उपयोग करने के लिए वांछित प्रवाह इलेक्ट्रॉन बीम नियंत्रित करते हैं ।
    7. नमूने को बीम पथ पर पुन: डालें ।
  4. तरल जेब में नैनोकणों के लिए खोज शुरू जबकि खुराक दर कम रखते हुए (आमतौर पर लगभग 20 ई/
    नोट: खुराक की दर कम रखते हुए नैनोकणों नैनोकणों के लिए खोज करते हुए नक़्क़ाशी से रोकता है ।
  5. जब एक nanoparticle एक तरल जेब में पाया जाता है, ठीक धुन nanoparticle पर ध्यान केंद्रित करते हुए एक कम खुराक दर को बनाए रखने.
    नोट: निर्धारित है कि एक nanoparticle एक तरल जेब में है मुश्किल हो सकता है, लेकिन बुलबुले या कणों के आंदोलन की उपस्थिति अक्सर एक स्थिर तरल जेब का एक अच्छा संकेत है । कई बार, तरल के बजाय, जेब बहुत ही धीरे चलती बुलबुले के साथ एक बहुत घने जेल के समान है । ये स्थितियां तरल के वाष्पीकरण की वजह से संभावित रूप से अनसील जेब या ग्राफीन में दरारें के कारण होते हैं । यह तेजी से चलती है और आकार बदलने के बुलबुले के साथ कोई आंदोलन और तरल वातावरण के साथ जैल के बीच भेद करने के लिए काफी आसान है । वहां अच्छा तरल कोशिका जेब के गठन के दौरान कुछ वाष्पीकरण हो सकता है, लेकिन reactants के बीच रिश्तेदार सांद्रता लगातार रहता है ।
  6. अंशांकन वक्र का उपयोग करें (इस के लिए चरण ३.३ देखें) संघनित्र लेंस वर्तमान वांछित खुराक दर के लिए सेट करने के लिए (चित्रा 5d) ।
    नोट: एक घर में स्क्रिप्ट संघनित्र लेंस वर्तमान और छवि अधिग्रहण मानकों सेट करने के लिए प्रयोग किया जाता है
  7. छवि फ़ाइल में एंबेडेड खुराक दर और समय टिकटों के मेटाडाटा के साथ उनि छवियों का एक समय श्रृंखला का संग्रह शुरू करो ।
  8. के बाद कण नक़्क़ाशी समाप्त हो गया है, बीम फैल गया और तरल जेब में अंय नैनोकणों की तलाश शुरू करते हैं ।
  9. जब nanoparticle नक़्क़ाशी वीडियो की एक पर्याप्त राशि एकत्र किया गया है, उनि से उनि धारक को हटाने के बाद मानक उनि प्रक्रियाओं । उनि धारक के ग्राफीन लिक्विड सेल को बाहर निकाल ले ।
    नोट: एक ठेठ इमेजिंग सत्र लगभग 30 वीडियो लिया साथ 2-3 एच के आसपास रहता है । उपयोग योग्य डेटा के साथ वीडियो की संख्या जेब और नक़्क़ाशी प्रयोग के प्रकार की गुणवत्ता पर निर्भर करता है ।

4. गणना सॉफ्टवेयर का उपयोग कर उनि वीडियो की छवि विश्लेषण

नोट: के बाद से उनि वीडियो 3 के 2 आयामी अनुमानों-आयामी आकार, सावधान छवि विश्लेषण के लिए नक़्क़ाशी दर या आकार परिवर्तन निकालने के लिए किया जाना चाहिए रहे हैं ।

  1. एक avi ImageJ का उपयोग कर प्रारूप करने के लिए देशी DM3 वीडियो फ़ाइलों को परिवर्तित और गणना सॉफ्टवेयर में avi वीडियो आयात ( सामग्री की तालिकादेखें).
  2. वीडियो के प्रत्येक फ्रेम में प्रत्येक nanorod का विश्लेषण करें ।
    1. छवि (आरेख 7A) को थ्रेशोल्ड करके nanorod की बाह्यरेखा का निर्धारण करें ।
      नोट: धातुई नैनोकणों के उच्च कंट्रास्ट छवि विश्लेषण को आसान बनाता है । कम कंट्रास्ट के साथ सिस्टम का अध्ययन करने के लिए, अतिरिक्त फ़िल्टर्स को थ्रेशोल्ड से पहले आवश्यक हो सकता है ।
    2. nanorod की बाह्यरेखा से, निकटतम फ़िट दीर्घवृत्त (आरेख 7B) के मुख्य और लघु अक्ष का निर्धारण करें ।
      नोट: मुख्य और लघु अक्ष का निर्धारण करने के लिए अंतर्निहित छवि विश्लेषण सॉफ़्टवेयर आकृति एक दीर्घवृत्त है । एक nanorod के लिए, जो एक दीर्घवृत्त नहीं है, ये मान नैनोकणों का आकार बदलते समय उपयोग नहीं किए जाने चाहिए.
    3. nanorod बाह्यरेखा को दो हिस्सों (आरेख 7C) में काटने के लिए प्रमुख अक्ष का उपयोग करें ।
    4. इन हिस्सों में से प्रत्येक के साथ, आकार की मात्रा और सतह क्षेत्र का निर्धारण प्रमुख धुरी के चारों ओर है कि रूपरेखा घूर्णन द्वारा शामिल थे ।
      नोट: यह पथरी विधि कभी-कभार छल्ले की विधि के रूप में जाना जाता है । विश्लेषण के इस विधि केवल काम करता है अगर nanorod प्रमुख धुरी के आसपास सममित है । दो हिस्सों की तुलना करने के लिए मात्रा और सतह क्षेत्रों कुछ आश्वासन है कि nanorod वास्तव में रोटेशन सममित है प्रदान करता है ।
  3. वीडियो के प्रत्येक फ्रेम के लिए nanorod की मात्रा और सतह क्षेत्र निकालने के बाद, संकलित करें और डेटा की व्याख्या ।
    नोट: यह रूपरेखा विधि भी परिभाषित आकार के साथ nanocrystals के पहलुओं के विश्लेषण के लिए अनुमति देता है ।

Representative Results

८०० e-/Å2s के एक इलेक्ट्रॉन बीम खुराक दर के तहत एक nanorod नक़्क़ाशी के एक प्रतिनिधि वीडियो से फ्रेंस चित्रा 6में दिखाया गया है । समाधान बीम रोशनी के बारे में 20 एस nanorod से पहले की आवश्यकता है ऑक्सीडेटिव नक़्क़ाशी के दौर से गुजर शुरू होता है । के बाद nanorod नक़्क़ाशी शुरू होता है, परमाणुओं को हटाने की दर स्थिर रहता है, जबकि nanorod भी एक निरंतर पहलू अनुपात रखता है । nanorods आम तौर पर वीडियो जो पिछले तरल सेल उनि इस आकार के नैनोकणों का उपयोग कर काम के अनुरूप है के दौरान महत्वपूर्ण आंदोलन नहीं है24। नैनोकणों अधिक कदम नहीं है के बाद से, बुलबुला पीढ़ी और बुलबुला आंदोलन आमतौर पर एक nanoparticle एक तरल जेब में है कि क्या निर्धारित करने के लिए सबसे अच्छा उपाय कर रहे हैं. के रूप में nanorod छोटे हो जाता है, nanorod घूर्णन शुरू होता है और में और फोकल विमान से बाहर ले जाने, पुष्टि है कि nanorod एक तरल वातावरण में है ।

ग्राफीन तरल कोशिकाओं की सबसे आम विफलता तरल के स्थिर जेब encapsulate करने के लिए अक्षमता है । कई बार यह पूरी तरह से सूखी जेब कोई बुलबुले और कोई nanoparticle आंदोलन या आकार परिवर्तन द्वारा विशेषता के लिए नेतृत्व कर सकते हैं । इसके अतिरिक्त, एक जेब तरल और बुलबुले के साथ शुरू कर सकते हैं, लेकिन बाद में बाहर सूखी nanoparticle पूरी तरह से खोदना । आमतौर पर एक अच्छा तरल कोशिका के लिए, प्रत्येक जेब नक़्क़ाशी खुराक दर पर लगभग 2-3 मिनट के लिए स्थिर है, और जेब सुखाने केवल बड़े नैनोकणों या धीमी गति से नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं के लिए एक समस्या बन जाता है । कई बार, तरल एक जेब से बाहर हो जाना और एक बहुत ही उच्च नमक एकाग्रता के साथ एक जेल की तरह समाधान के पीछे छोड़ सकते हैं । इन जैल आमतौर पर आसानी से स्पष्ट कर रहे हैं, जब इमेजिंग समाधान और बुलबुले और कणों की बहुत धीमी गति के उच्च विपरीत के कारण । इन जेल की तरह समाधान में एकत्र डेटा पर भरोसा नहीं किया जा सकता है ।

तरल सेल उनि डेटा इकट्ठा करने के बाद, nanoparticle नक़्क़ाशी के साथ वीडियो का विश्लेषण कर रहे हैं । खंड, सतह क्षेत्रों, और पहलुओं (यदि लागू हो) और निकाला जा सकता है आगे का मूल्यांकन (चित्रा 7) । एक सुखाने जेब का एक संकेत पर्याप्त समय के साथ नक़्क़ाशी की दर के नीचे धीमा है, तो समय के खिलाफ मात्रा की साजिश रचने जेब और डेटा की विश्वसनीयता की स्थिरता की जांच के लिए एक प्रभावी तरीका हो सकता है । अन्य इष्टतम परिणाम गैर सममित नक़्क़ाशी की जेब की सामग्री के संकेत और लौह क्लोराइड नक़्क़ाशी से लौह हीड्राकसीड प्रजातियों में से अवांछनीय वर्षा शामिल हैं । कुल मिलाकर, सफल ग्राफीन तरल कोशिकाओं के लिए सबसे महत्वपूर्ण कुंजी एक स्थिर तरल वातावरण है कि कई नैनोकणों और तरल जेब पर reproducible nanocrystal गतिशीलता की ओर जाता है ।

Figure 1
चित्र 1 . ग्राफीन तरल सेल उनि तकनीक की योजनाबद्ध । (क) एक ग्राफीन तरल कोशिका को इकट्ठा करने के लिए, समाधान की एक छोटी बूंद एक ग्राफीन-लेपित छिद्रित कार्बन उनि ग्रिड पर रखा जाता है । एक दूसरी ग्राफीन-लेपित ग्रिड एक जेब बनाने के लिए छोटी बूंद के शीर्ष पर रखा गया है । ध्यान दें कि इस छवि को स्केल करने के लिए नहीं है और तरल छोटी बूंद के बारे में ३३% बहुत बड़ा है । (ख) ज़ूम-में एक तरल जेब के योजनाबद्ध में गोल्ड nanorods के उनि इमेजिंग के दौरान । इस कार्टून को स्केल भी नहीं करना है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2 . ग्राफीन लेपित उनि ग्रिड बनाने के लिए प्रक्रिया (क) गर्म एसीटोन में ग्राफीन-on-तांबे का टुकड़ा धोने (ख) दो गिलास स्लाइड के बीच ग्राफीन-ऑन-कॉपर को समतल करके macroscopic झुर्रियों को हटाने । एक ऊतक ग्राफीन-on-तांबे के टुकड़े के नीचे रखा जाता है ताकि नई झुर्रियों में गुना न हो । (ग) ग्राफीन पर अमली छेद वाले कार्बन उनि ग्रिड पर रखने के साथ-साथ तांबे के ग्राफीन को छूने वाले उनि ग्रिड के अमली कार्बन साइड के साथ. (D) फ़्लोटिंग कॉपर/ग्राफीन/उनि ग्रिड पर सोडियम persulfate नक़्क़ाशी । इससे तांबा ग्रिड से निकलता है । (ङ) बंद तांबे नक़्क़ाशी के बाद ग्राफीन लेपित उनि ग्रिड । समाधान नीला है और वहां कोई तांबे ग्राफीन-लेपित ग्रिड पर छोड़ दिया है । आकार संदर्भ के लिए, ग्लास पेट्री डिश का व्यास लगभग 6 सेमी और ग्लास स्लाइड है ७.५ cm द्वारा २.५ cm. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

Figure 3
चित्र 3 . ग्राफीन तरल कोशिकाओं को बनाने के लिए प्रक्रिया (क) दो ग्राफीन-लेपित उनि ग्रिड एक धार के साथ एक गिलास स्लाइड पर तैयार उनमें से एक काट । ग्रिड में कटौती करने के लिए इस्तेमाल किया सर्जिकल स्केलपेल छवि के ऊपर दाईं ओर है । (ख) एक ग्राफीन लेपित ग्रिड पर समाधान encapsulating की छोटी बूंद । शीर्ष ग्रिड पर छोटी बूंद सही आकार है और ग्राफीन पर एक अच्छा मनका बना दिया है । नीचे ग्रिड पर छोटी बूंद ग्राफीन के माध्यम से लहूलुहान कर दिया है, संभवतः ग्राफीन में एक दरार के कारण । (ग) दूसरी ग्राफीन-लेपित ग्रिड समाधान की छोटी बूंद के साथ पहली ग्रिड के शीर्ष पर रखा । यह ग्राफीन लिक्विड सेल अब एक उनि में लोड करने के लिए तैयार है । आकार संदर्भ के लिए, ग्लास स्लाइड २.५ सेमी द्वारा ७.५ सेमी है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4 . मानक एकल झुकाव उनि धारक में ग्राफीन तरल कोशिका लोड हो रहा है । ग्राफीन तरल कोशिका एक सामान्य उनि ग्रिड धारक में फिट बैठता है उसी तरह एक मानक एकल झुकाव उनि धारक में फिट बैठता है. आकार संदर्भ के लिए, उनि ग्रिड 3 मिमी का व्यास है. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

Figure 5
चित्र 5 . उनि बीम कंट्रोल. (क) खुराक दर अंशांकन के लिए गाढ़ा इलेक्ट्रॉन बीम फ्लोरोसेंट स्क्रीन का उपयोग कर देखा । (ख) विस्तारित खुराक दर अंशांकन के लिए इलेक्ट्रॉन बीम फ्लोरोसेंट स्क्रीन का उपयोग कर देखा । तीव्रता कम हो जाती है के रूप में समय प्रति क्षेत्र के लिए इलेक्ट्रॉनों घट जाती है जिसके कारण इलेक्ट्रॉन किरण बहुत बेहोश हो जाती है. (ग) अंशांकन संघनित्र लेंस वर्तमान को इलेक्ट्रॉन बीम खुराक दर से संबंधित वक्र । इस अंशांकन वक्र इमेजिंग के दौरान बीम खुराक दर को नियंत्रित करने के लिए प्रयोग किया जाता है । (घ) जब ग्राफीन तरल कोशिकाओं में नैनोकणों के उनि वीडियो इकट्ठा इस्तेमाल किया पैरामीटर । प्रत्येक पैरामीटर के लिए इस्तेमाल विशिष्ट मूल्यों छवि और संकल्प की जरूरत जा रहा सामग्री के आधार पर बदल सकते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्र 6 . एक ग्राफीन तरल कोशिका जेब में सोना nanorod नक़्क़ाशी । ८०० e की खुराक दर के तहत एक सोने nanorod नक़्क़ाशी के एक प्रतिनिधि उनि वीडियो के फ्रेम्स/ कोई नक़्क़ाशी की एक प्रारंभिक अवधि के बाद, nanorod एक स्थिर दर पर खोदना । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्र 7 . वीडियो के फ़्रेम का विश्लेषण करने के लिए विधि (क) छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर में थ्रेसहोल्ड का उपयोग कर nanorod रूपरेखा । ( सामग्री की तालिकादेखें) यह पृष्ठभूमि से nanoparticle अलग और मात्रात्मक विश्लेषण के लिए एक आकार प्रदान करता है । (ख) nanorod के प्रमुख और गौण अक्षों का निर्धारण करना. (ग) प्रमुख धुरी के साथ 2-डी रूपरेखा में कटौती के प्रत्येक आधे निष्कर्षण । इन रूपरेखाओं का उपयोग करते हुए, x-अक्ष के चारों ओर बाह्यरेखा को घुमाकर 3-डी आकार को पुनर्निर्मित करें । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Discussion

ग्राफीन तरल कोशिका इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी nanocrystal वृद्धि और उच्च स्थानिक संकल्प के साथ नक़्क़ाशी के बारे में यंत्रवत जानकारी प्रदान कर सकते हैं, लेकिन ग्राफीन तरल कोशिकाओं बनाने के बाद से मुश्किल और नाजुक हो सकता है, तकनीक विस्तार करने के लिए ध्यान देने की आवश्यकता है उपयोगी डेटा निकालें । यहां तक कि व्यापक अभ्यास के बाद ग्राफीन तरल कोशिकाओं बना, केवल के बारे में एक चौथाई के लिए आधा बना तरल कोशिकाओं को सफलतापूर्वक तरल समाधान encapsulate । तरल कोशिकाओं के गठन में महत्वपूर्ण कदम तरल की छोटी बूंद के शीर्ष पर दूसरी ग्रिड रखकर है । सामान्य त्रुटियों चिमटी दो ग्रिड के बीच अटक, दूसरा ग्रिड बहुत दूर बंद केंद्र छोड़ने, और बहुत बड़ी है कि एक छोटी बूंद के साथ शुरू हो रही शामिल हैं । के बाद से ग्राफीन तरल कोशिकाओं के विधानसभा नाजुक है और ठीक मोटर कौशल की आवश्यकता है, यह आमतौर पर अभ्यास करने के लिए सफलतापूर्वक तरल जेबें बना लेता है । कारण ग्राफीन-लेपित उनि ग्रिड की कीमत के लिए, यह अत्यधिक की सिफारिश की है कि नए ग्राफीन तरल सेल उपयोगकर्ताओं को पहले पारंपरिक तांबा, अमली कार्बन उनि ग्रिड पर पैसे बचाने के लिए तरल कोशिका बनाने की प्रक्रिया का अभ्यास ।

तरल कोशिकाओं के लिए विफलता के कारणों का निर्धारण चुनौतीपूर्ण हो सकता है क्योंकि एक शोधकर्ता पता नहीं हो सकता है अगर हर कदम इमेजिंग अंत में नमूना है, और गलतियों, ग्राफीन scratching की तरह सफल रहा है, किसी का ध्यान नहीं जा सकता है । आसान त्रुटि की पहचान करने के लिए एक अनुचित विधानसभा है क्योंकि शोधकर्ता तुरंत ग्राफीन तरल कोशिका से बाहर लीक तरल देखेंगे । तांबे ग्रिड पर ग्राफीन बनाने के साथ समस्याओं, ग्राफीन के खुर की तरह, मुश्किल तुच्छ हो सकता है । ग्राफीन की गुणवत्ता दोनों से पहले और कोटिंग के बाद उनि ग्रिड रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग कर जांच की जा सकती है, लेकिन ग्राफीन आमतौर पर इस परीक्षण के बाद व्यर्थ है । इसके अतिरिक्त, यह प्रत्यक्ष हस्तांतरण ग्राफीन का उपयोग करने के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि ग्राफीन के दो चेहरों को एक साथ रखा जा रहा है ठीक से वान डेर Waals बलों के माध्यम से एक मुहर फार्म साफ करने की आवश्यकता है । बहुलक हस्तांतरण विधियों के माध्यम से ग्राफीन लेपित ग्रिड बनाना ग्राफीन है कि एक साथ बांड की उंमीद है की ओर बहुलक अवशेषों छोड़ सकते हैं । सही प्रक्रिया सही उनि ग्रिड का उपयोग कर पीछा किया जाता है, तो ग्राफीन तरल सेल के साथ सफलता की कमी आमतौर पर विधानसभा और निर्माण के दौरान ग्राफीन और ग्रिड के हैंडलिंग के कारण है ।

ग्राफीन तरल सेल उनि अग्रिम एक बहुत पतले encapsulation सामग्री है कि किसी भी पारंपरिक उनि धारक में इस्तेमाल कर सकते हैं, उच्च संकल्प और पहलू पथ पर नज़र रखने के प्रयोगों बहुत आसान बनाने का उपयोग करके मौजूदा तरल सेल उनि की तकनीक । वाणिज्यिक सिलिकॉन नाइट्राइड झिल्ली तरल कोशिकाओं के संकल्प के साथ, पहलू और काइनेटिक जानकारी है कि ग्राफीन तरल सेल में nanocrystals नक़्क़ाशी द्वारा प्राप्त किया जा सकता है की बहुत खो जाएगा । ग्राफीन तरल सेल उनि प्रयोगों को भी मौजूदा एकल झुकाव के महंगे नए विशेष धारकों के लिए जरूरत को नकारने वाले उनि धारकों पर किया जा सकता है । इसके अलावा, ग्राफीन तरल कोशिका किसी भी धारक में रखा जा सकता है कि मानक उनि ग्रिड नमूनों तरल सेल प्रयोगों के लिए अनुमति स्वीकार करने के लिए उन्नत धारकों में प्रदर्शन किया जा (हीटिंग, डबल झुकाव, शीतलक, क्रायो, cathodoluminescence) जहां सिलिकॉन नाइट्राइड तरल कक्ष डिज़ाइन नहीं किए गए हैं । इसके अलावा, ग्राफीन तरल कोशिकाओं अगर अन्य तरल कोशिका उनि तकनीक की तरह जेब टूटना, उनि स्तंभ के निर्वात दुर्घटनाग्रस्त होने का खतरा पैदा नहीं करते. हालांकि ग्राफीन तरल कोशिका nanocrystal क्षेत्रों में एक सर्वव्यापी तकनीक अभी तक नहीं है, उपयोग की अपनी आसानी और स्थानिक संकल्प यह बहुत अधिक व्यापक रूप से भविष्य में इस्तेमाल किया जाएगा ।

यहां तक कि इसके कई फायदे के साथ, ग्राफीन तरल सेल उनि प्रयोगों के प्रकार है कि प्रदर्शन किया जा सकता है पर सीमाएं हैं । कुछ तरल जेबें फार्म के रूप में लुप्त होता है, तो यह वास्तव में समाधान में प्रजातियों की एकाग्रता का निर्धारण करने के लिए मुश्किल है, यहां तक कि इलेक्ट्रॉन बीम प्रभाव पर विचार के बिना. ग्राफीन तरल कोशिकाओं को भी यादृच्छिक आकार, ऊंचाइयों, और छोटे जेब के वितरण है, तो सिलिकॉन नाइट्राइड प्रवाह कोशिकाओं को और अधिक quantifiable पूर्व बीम सांद्रता और बड़े, वर्दी तरल परतों का लाभ है । इस काम में वर्णित के रूप में, केवल अतिभारित नमूनों में ग्राफीन तरल कोशिका का उपयोग कर देखा जा सकता है, तो यह रासायनिक प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर करने के लिए अन्य समाधान में प्रवाह करने के लिए संभव नहीं है. तरल समाधान के साथ इलेक्ट्रॉन बीम की बातचीत द्वारा उत्पन्न radiolysis प्रजातियां ही ऐसी ट्रिगर हैं, जिनका उपयोग प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए किया जा सकता है । हालांकि अभी तक प्रदर्शन नहीं किया, थर्मल प्रक्रियाओं शुरू ग्राफीन तरल मानक हीटिंग धारकों का उपयोग कर कोशिकाओं में शुरू हो सकता है । इलेक्ट्रॉन बीम प्रेरित radiolysis प्रभाव अभी भी पूरी तरह से समझ में नहीं आ रहे है और नियंत्रित करने के लिए मुश्किल हो सकता है । शोधकर्ताओं ने बीम इंटरेक्शन31,३२के बाद तरल कोशिका जेब की सामग्री का निर्धारण करने के लिए काइनेटिक मॉडल विकसित किया है, लेकिन मॉडल और किसी भी अज्ञात एकाग्रता में शामिल प्रतिक्रियाओं की संख्या से उनकी सटीकता सीमित है सूखने के कारण बदलता है । FeCl की तरह कई प्रतिक्रिया प्रजातियों के साथ जटिल प्रारंभिक पॉकेट सामग्री3, Tris बफर, और यहां तक कि30ग्राफीन, पूरी तरह से एक काइनेटिक मॉडल का उपयोग कर समझने के लिए मुश्किल हो सकता है. तरल कोशिका इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का एक और नुकसान यह है कि यह गतिशील प्रक्रियाओं के दौरान गठित क्रिस्टल की संरचना को चिह्नित करना मुश्किल है । उदाहरण के लिए, multicomponent प्रणालियों के विकास प्रयोगों में, यह भेद करने के लिए असंभव हो सकता है क्या चरणों या प्रजातियों अगर नए nanocrystals को अमली जामा पहना रहे हैं या ज़ोन अक्ष पर नहीं बढ़ रहे हैं. यह एक और कारण है कि एक ज्ञात क्षेत्र धुरी पर बैठे एक ज्ञात संरचना के पूर्व का गठन nanocrystals खोदना वांछनीय है । अंत में, वहां अभी भी कुछ तर्क है कि एक ग्राफीन तरल कोशिका में बीम प्रेरित प्रतिक्रियाओं एक कुप्पी में पूर्व सीटू प्रतिक्रियाओं की शर्तों का प्रतिनिधित्व नहीं करते हैं ।

भविष्य ग्राफीन तरल कोशिका प्रयोगों में मदद मिलेगी इन चिंताओं के कुछ कम समय भी नए उनि अग्रिम का उपयोग करने के लिए आगे nanocrystals के अंतर्निहित रहस्यों की जांच । Correlative पूर्व सीटू nanocrystal संश्लेषण और नक़्क़ाशी प्रयोगों तरल कोशिका उनि प्रयोगों में देखा तंत्र corroborating में महत्वपूर्ण हो जाएगा. इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने प्रवाह क्षमताओं को जोड़ने पर काम शुरू कर दिया है ग्राफीन तरल सेल उनि३५ और ग्राफीन तरल कोशिकाओं की arrays सहित अधिक नियंत्रित जेब३६ बनाने lithographically तैयार छेद३७का उपयोग कर । इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी संकल्प और कैमरा की गति में अग्रिम ग्राफीन तरल कोशिका आगे nanocrystal परिवर्तनों के दौरान परमाणु गतिशीलता का अध्ययन करने में सक्षम बनाना होगा । इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी में उपयोग के लिए ग्राफीन की तरह एक परमाणु पतली सामग्री में तरल के छोटे जेब लपेटन संभावित अनुप्रयोगों के एक भीड़ है और निस्संदेह भविष्य में nanoscience अनुसंधान के एक प्रधान बन जाएगा ।

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

काम अमेरिका के ऊर्जा विभाग, विज्ञान के कार्यालय, बुनियादी ऊर्जा विज्ञान, सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग प्रभाग के कार्यालय द्वारा समर्थित किया गया था, अनुबंध के तहत नहीं । DE-AC02-05-CH11231 अकार्बनिक Nanostructures कार्यक्रम (KC3103) के भौतिक रसायन विज्ञान के भीतर ।

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

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References

  1. 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).
  2. Alivisatos, A. P., et al. Organization of "Nanocrystal Molecules" Using DNA. Nature. , 609-611 (1996).
  3. 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).
  4. Abrams, I. M., McBain, J. W. A Closed Cell for Electron Microscopy. Journal of Applied Physics. 15 (8), 607-609 (1944).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. de Jonge, N., Ross, F. M. Electron Microscopy of Specimens in Liquid. Nature Nanotechnology. 6 (11), 695-704 (2011).
  9. Liao, H. G., Cui, L., Whitelam, S., Zheng, H. Real-Time Imaging of Pt3Fe Nanorod Growth in Solution. Science. 336 (2012), 1011-1014 (2012).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Sutter, E., et al. In situ Liquid-Cell Electron Microscopy of Silver-palladium Galvanic Replacement Reactions on Silver Nanoparticles. Nature Communications. 5, 4946 (2014).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Ross, F. M. Opportunities and Challenges in Liquid Cell Electron Microscopy. Science. 350 (6267), (2015).
  18. 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).
  19. Liao, H. G., et al. Facet Development during Platinum Nanocube Growth. Science. 345 (6199), 916-919 (2014).
  20. 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).
  21. Li, D., et al. Direction-Specific Interactions Control Crystal Growth by Oriented Attachment. Science. 336 (6084), 1014-1018 (2012).
  22. Yuk, J. M., et al. Graphene Veils and Sandwiches. Nano Letters. 11 (8), 3290-3294 (2011).
  23. Yuk, J. M., et al. High-Resolution EM of Colloidal Nanocrystal Growth Using Graphene Liquid Cells. Science. 336 (6077), 61-64 (2012).
  24. Ye, X., et al. Single-Particle Mapping of Nonequilibrium Nanocrystal Transformations. Science. 354 (6314), 874-877 (2016).
  25. Park, J., et al. 3D Structure of Individual Nanocrystals in Solution by Electron Microscopy. Science. 349 (6245), 290-295 (2015).
  26. Shin, D., et al. Growth Dynamics and Gas Transport Mechanism of Nanobubbles in Graphene Liquid Cells. Nature Communications. 6, 1-6 (2015).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. Park, J. H., et al. Control of Electron Beam-Induced Au Nanocrystal Growth Kinetics through Solution Chemistry. Nano Letters. 15 (8), 5314-5320 (2015).
  33. Chen, Q., et al. 3D Motion of DNA-Au Nanoconjugates in Graphene Liquid Cell Electron Microscopy. Nano Letters. 13 (9), 4556-4561 (2013).
  34. 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).
  35. 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).
  36. Wadell, C., et al. Nanocuvette: A Functional Ultrathin Liquid Container for Transmission Electron Microscopy. ACS Nano. 11 (2), 1264-1272 (2017).
  37. Kelly, D. J., et al. Nanometer Resolution Elemental Mapping in Graphene-Based TEM Liquid Cells. Nano Letters. , (2018).

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केमिस्ट्री इश्यू १३५ ग्राफीन लिक्विड सेल ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी में सीटू ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी nanocrystals ऑक्सीडेटिव नक़्क़ाशी गोल्ड nanorods सिंगल nanoparticle गडबड
ग्राफीन तरल कोशिका संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करने के लिए सीटू Nanocrystal नक़्क़ाशी <em>में</em> अध्ययन
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Hauwiller, M. R., Ondry, J. C.,… More

Hauwiller, M. R., Ondry, J. C., Alivisatos, A. P. Using Graphene Liquid Cell Transmission Electron Microscopy to Study in Situ Nanocrystal Etching. J. Vis. Exp. (135), e57665, doi:10.3791/57665 (2018).

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