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Chemistry

लिक्विड-सेल ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी द्वारा नैनोकणों के नाभिक और विकास पर तापमान के प्रभाव का अध्ययन

Published: February 17, 2021 doi: 10.3791/62225
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques, Université de Paris – CNRS

Summary

तरल चरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी प्रयोगों के दौरान तापमान नियंत्रण उनके गठन या आवेदन मीडिया की नकल करते हुए तरल वातावरण में नैनोकणों के गतिशील का अध्ययन करने के नए दृष्टिकोण को खोलता है। हाल ही में विकसित हीटिंग तरल कोशिकाओं का उपयोग करते हुए, हमने सीधे पानी में सोने के नैनोकणों के नाभिक और विकास प्रक्रियाओं पर तापमान के प्रभाव को देखा।

Abstract

तापमान नियंत्रण हाल ही में एक विकास है जो तरल सेल ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी द्वारा नैनोकेमिस्ट्री का अध्ययन करने की अतिरिक्त डिग्री प्रदान करता है। इस पेपर में, हम वर्णन करते हैं कि पानी में रेडियोलिसिस द्वारा संचालित सोने के नैनोकणों के गठन पर तापमान के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए सीटू हीटिंग प्रयोग कैसे तैयार किया जाए। प्रयोग का प्रोटोकॉल काफी सरल है जिसमें 100 डिग्री सेल्सियस तक एक समान हीटिंग क्षमताओं के साथ एक विशेष तरल सेल, प्रवाह क्षमताओं के साथ एक तरल-सेल TEM धारक और तापमान को नियंत्रित करने के लिए एक एकीकृत इंटरफेस शामिल है। हम बताते हैं कि सोने के नैनोकणों के नाभिक और विकास तंत्र तरल कोशिका में तापमान से काफी प्रभावित होते हैं। स्टेम इमेजिंग और नैनोफिफेक्शन का उपयोग करके, बढ़ते नैनोकणों के घनत्व, आकार, आकार और परमाणु संरचना का विकास वास्तविक समय में पता चला है। नैनोकणों के नाभिक और विकास दर जैसे वीडियो दृश्यों से उपयोगी मात्रात्मक डेटा निकालने के लिए स्वचालित छवि प्रसंस्करण एल्गोरिदम का शोषण किया जाता है। यह दृष्टिकोण नैनोमैटेरियल्स के तरल चरण संश्लेषण के दौरान खेलने पर जटिल भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाओं को समझने के लिए नए इनपुट प्रदान करता है।

Introduction

धातु नैनोकणों (एनपीएस) में फिको-रासायनिक गुणों का वादा किया गया है जिनका उपयोग ऑप्टिकल सेंसिंग1,दवा2 या ऊर्जा3जैसे विभिन्न डोमेन में किया जा सकता है। गीले-रासायनिक संश्लेषण अच्छी तरह से परिभाषित आकार और आकार के साथ धातु एनपीए बनाने के लिए एक बहुत ही बहुमुखी विधि है। पिछले दशकों में, एनपीएस संश्लेषण पर नियंत्रण प्राप्त करने के लिए कई रणनीतियां विकसित की गई हैं: बीज-मध्यस्थता विकास4,चेहरा अवरुद्ध विधि5,गतिजिक रूप से नियंत्रित संश्लेषण6,चयनात्मक नक़्क़ाशी7 या तापमान नियंत्रित संश्लेषण8। हालांकि, जबकि संश्लेषण ड्राइविंग रासायनिक प्रतिक्रियाओं काफी सरल हैं, नाभिक और विकास तंत्र नहीं हैं, क्योंकि कई मापदंडों के गठन की प्रक्रियाओं में एक भूमिका निभाते है और उनके व्यक्तिगत प्रभाव के परिणामस्वरूप नैनोमेटरी संश्लेषण के दिए गए समय अंक पर उनके गठन माध्यम से निकाले गए नैनोमेटरी के पूर्व सीटू स्नैपशॉट से पुनः प्राप्त करना मुश्किल है । वास्तव में नाभिक और विकास प्रक्रियाओं को समझने और उन्हें नियंत्रित करने के तरीके स्थापित करने के लिए, हमें सीटू उपकरणों में नियोजित करना चाहिए जो पतले नियंत्रित तरल वातावरण में उनके वास्तविक समय अवलोकन की अनुमति देते हैं।

इस संबंध में, तरल-सेल ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एलसीटीई) धातु नैनोकणों 9 ,10, 11, 12,13के संश्लेषण पर नई रोशनी बहाने के लिए एक बहुत शक्तिशालीतरीकारहा है। उनके तरल निर्माण मीडिया में सीधे व्यक्तिगत नैनोस्ट्रक्चर की गतिशीलता इमेजिंग करके, इस तकनीक ने नाभिक और विकास तंत्र की गहरी समझ प्रदान की है, विशेष रूप से क्रिस्टल दोष, बीज आकृति विज्ञान और कार्बनिक लिगामेंट्स की भूमिका जो दिशात्मक विकास या नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं को चलाने और विशिष्ट आकृतियों (नैनोरोड्स, नैनोस्टार्स, नैनोप्लेट्स, नैनोशेल)10, 11,12,13,14,15,16,17,18, 19के साथ नैनोमैटेरियल्स प्राप्त करने की अनुमति देती है। जब एक TEM के इलेक्ट्रॉन बीम तरल पदार्थ के साथ बातचीत, रेडियोलिसिस प्रक्रियाओं मजबूत कम करने और ऑक्सीकरण प्रजातियों है कि विकिरणित क्षेत्र में समाधान रसायन विज्ञान को संशोधित और विकास या नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं ड्राइव करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है उत्पादन । दिलचस्प बात यह है कि रेडियोलिटिक उत्पादों की एकाग्रता इलेक्ट्रॉन खुराक दर के साथ बढ़ने के लिए जानी जाती है, एक पैरामीटर जिसे इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप20में बारीक ट्यून किया जा सकता है। इसलिए , रेडियोलिसिस की इस खुराक दर निर्भरता का फायदा उठाया गया है ताकि प्रतिक्रिया गति को नियंत्रित किया जा सके और नैनोस्ट्रक्चर11 , 15,20के निर्माण प्रक्रियाओं और अंतिम आकृति विज्ञान पर गतिज प्रभाव प्रकट किया जा सके ।

हालांकि तापमान नैनोमैटेरियल्स संश्लेषण में एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है, इसके प्रभावों की अब तक एलसीटीईम द्वारा सावधानीपूर्वक जांच नहीं की गई है, क्योंकि विश्वसनीय तापमान नियंत्रण वाली वाणिज्यिक तरल कोशिकाओं को हाल ही में विकसित किया गया है। फिर भी, इस तरह के सीटू अध्ययनों में तापमान परिवर्तन से प्रेरित जटिल काइनेटिक्स और थर्मोडायनामिक प्रभावों को जानने के लिए अपरिहार्य हैं। दरअसल, एक तरफ तापमान में वृद्धि विकास के दौरान पहलू प्रक्रियाओं पर कठोर प्रभाव पड़ता है, तरल में परमाणु और आणविक प्रसार को गति और प्रतिक्रिया दरों को संशोधित करता है । दूसरी ओर नैनोस्ट्रक्चर का नैनो फेज डायग्राम भी तापमान के प्रति काफी संवेदनशील है। इस लेख में, हम हाल ही में विकसित हीटिंग तरल कोशिकाओं का शोषण करने के लिए कमरे के तापमान और १०० डिग्री सेल्सियस के बीच एक तापमान नियंत्रण के साथ पानी में सोने के नैनोकणों के रेडियोलिटिक विकास का पालन करें । यह पद्धति स्टेम इमेजिंग और एक वातावरण है कि करीब हो रही है और असली संश्लेषण की स्थिति के करीब हो रही है में विवर्तन के संयोजन सीटू TEM टिप्पणियों और बेंच पैमाने संश्लेषण में बीच अंतर कम कर देता है ।

Protocol

1. स्टेम HAADF इमेजिंग के लिए ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप संरेखित करें

  1. माइक्रोस्कोप संरेखण के लिए निर्माता निर्देशों का पालन करें।
  2. माइक्रोस्कोप को संरेखित करने के लिए एक पारंपरिक सूखे नमूने का उपयोग करें। तरल नमूने का उपयोग न करें।
  3. विकास की गति को कम करने के लिए, इलेक्ट्रॉन खुराक दर (चर्चा अनुभाग देखें) को कम करें जिसका तात्पर्य बीम धारा को कम करने के लिए छोटे कंडेनसर अपर्चर और छोटे स्पॉट आकार का उपयोग करना है।

2. ई-चिप हैंडलिंग

नोट: वाणिज्यिक तरल धारक लगभग सभी TEM पर फिट लेकिन धारक है कि विशेष रूप से माइक्रोस्कोप ब्रांड और ध्रुव टुकड़ा के लिए डिजाइन है का उपयोग करें । एक तरल कोशिका ई-चिप्स नामक दो एमईएमएस आधारित सिलिकॉन चिप्स से बनी होती है, जिनमें से दोनों सिलिकॉन सब्सट्रेट्स हैं, जिनमें से एक 50 मिलियन मोटी असंगत सिलिकॉन नाइट्राइड (एसआईएन) फिल्म द्वारा कवर की गई 50 x 50μm खिड़की के साथ सिलिकॉन सब्सट्रेट्स हैं जो इलेक्ट्रॉन पारदर्शी(चित्रा 1A)है। इन दोनों ई-चिप्स के अलग-अलग साइज होते हैं। छोटा एक सोने के स्पेसर्स के साथ 2 x 2 मिमी है जो दो ई-चिप्स (यहां 150 एनएम) और तरल मोटाई के बीच की दूरी को ठीक करता है। बड़ा एक 4 x 6 मिमी है और इसमें सिलिकॉन सब्सट्रेट के अंदर एम्बेडेड प्रतिरोध है जो तरलनमूने (चित्रा 1 B)के एक समान हीटिंग की अनुमति देता है। क्योंकि जिस तरह से वे साफ कमरे में गढ़े हैं, ई चिप्स दो अलग पक्ष हैं: एक जहां खिड़की छोटी लग रहा है (यहां के बाद सामने की ओर कहा जाता है) और दूसरे जहां खिड़की एक सिंक आकार के साथ बड़ा है (यहां के बाद पीछे की ओर बुलाया) ।

  1. ई-चिप्स को संभालते समय, कभी भी खिड़की को चिमटी से न छुएं और चिप्स को किनारों से पकड़ें। सिलिकॉन सब्सट्रेट की सतह को खरोंचने से बचने के लिए कार्बन-इत्तला चिमटी का उपयोग करें।
  2. अगर किसी सतह पर ई-चिप लगाकर रखें तो सुनिश्चित करें कि पीछे की तरफ की ओर सतह के संपर्क में है क्योंकि सीएन फिल्म नाजुक है और इसे सामने की तरफ जमा किया गया है।

3. तरल सेल धारक की सफाई (प्रयोग से पहले)

  1. धारक की नोक को कवर करने वाले ढक्कन को हटा दें। चिमटी का उपयोग कर डमी तरल कोशिकाओं को हटा दें। डमी लिक्विड सेल्स के साथ इस्तेमाल होने वाले गैसकेट को हटा दें।
    नोट: डमी तरल कोशिकाओं SiN खिड़की और केवल सिलिकॉन के बिना तरल कोशिकाओं रहे हैं । इनका उपयोग वैक्यूम पंप में तरल सेल धारक को संग्रहित करने के लिए किया जाता है। पीतल शिकंजा की स्थिति पर ध्यान देना क्योंकि वे समय के साथ आसानी से उखड़ जाते हैं। खासकर अगर स्क्रू हेड्स खराब हो जाते हैं तो शिकंजा जरूर बदलना होगा। अन्यथा, प्रयोग के बाद उन्हें अनस्क्रू करना मुश्किल हो सकता है और छोटे मलबे से नमूना लोडिंग भी बाधित हो सकता है।
  2. धारक के पीछे से कनेक्ट करने के लिए सीरिंज और बाहरी तिरछी टयूबिंग का उपयोग करके धारक के अंदर आसुत पानी के 2 एमएल को मैन्युअल रूप से इंजेक्ट करें।
    नोट: धारक के अंदर 3 माइक्रोफ्लुइडिक सुरंगें हैं। इन तीनों को पानी से साफ करना चाहिए। धारक के सामने से आने वाले पानी पर ध्यान दें: यदि पिछले प्रयोग के कारण पानी रंगीन है, तो धारक के अंदर पानी डालना जारी रखें जब तक कि तरल बेरंग न हो जाए।
  3. यदि प्रयोग के दौरान तरल कोशिका में एक समाधान इंजेक्शन (हमारे मामले में पानी में एचयूसीएल 4 का1 mm), इस समाधान के साथ नमूना धारक की ट्यूबिंग भरें।
  4. एक एयर पिस्टल का उपयोग कर तरल सेल धारक की नोक को सुखा लें।

4. तरल सेल (ई-चिप्स) की तैयारी

  1. तरल कोशिकाओं की सफाई।
    1. एसीटोन के साथ एक ग्लास पेट्री डिश भरें।
    2. मेथनॉल के साथ एक ग्लास पेट्री डिश भरें।
      सावधानी: मेथनॉल की विषाक्तता के कारण, मेथनॉल के साथ पेट्री डिश को धूम हुड के नीचे रखा जाना चाहिए। मेथनॉल को पर्याप्त सुरक्षात्मक गियर (दस्ताने) के साथ संभाला जाना चाहिए।
    3. एसीटोन के साथ पेट्री डिश में एक छोटी और एक बड़ी ई-चिप लगाएं और 2 मिनट तक इंतजार करें।
      नोट: ई-चिप्स को एक सुरक्षात्मक परत से लेपित किया जाता है जिसे प्रयोग से पहले हटाने की आवश्यकता होती है। एसीटोन फोटोरेसिस्ट को हटाकर मलबे के ई-चिप्स को साफ करेगा। सफाई बढ़ाने के लिए, समाधान धीरे से उत्तेजित किया जा सकता है।
    4. मेथनॉल के साथ पेट्री डिश में दोनों ई-चिप्स लगाएं और 2 मिनट तक इंतजार करें। मेथनॉल एसीटोन और बाकी मलबे से ई-चिप्स को साफ करेगा।
      सावधानी: एसीटोन और मेथनॉल के बीच ई-चिप्स का हस्तांतरण जितनी जल्दी हो सके किया जाना चाहिए ताकि ई-चिप्स को हवा में सूखने न दिया जा सके।
    5. एक एयर पिस्टल का उपयोग कर तरल कोशिकाओं को सुखा लें। एयर पिस्टल का इस्तेमाल करते समय चिमटी का इस्तेमाल करते हुए ई-चिप पकड़ो। एयर पिस्टल ट्रिगर पर बहुत ज्यादा प्रेस न करें अन्यथा ई-चिप चिमटी से बाहर निकल सकती है। यदि वे बाहर निकलते हैं, तो एसीटोन और मेथनॉल के साथ सफाई को फिर से शुरू करें।
    6. दूरबीन आवर्धक या ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप(चित्रा 2)का उपयोग करके सिलिकॉन नाइट्राइड विंडो की अखंडता को सत्यापित करें।
      नोट: सुनिश्चित करें कि दोनों ई-चिप्स की खिड़कियां साफ हैं और टूटी नहीं हैं। अगर ई-चिप्स साफ नहीं लगते हैं तो उन्हें फिर से एसीटोन और मेथनॉल में वापस लगाने की कोशिश करें। अगर गंदगी अभी भी खिड़की पर है या अगर खिड़की टूटी हुई है तो ई-चिप्स को नए लोगों के साथ जरूर बदला जाना चाहिए ।
    7. प्लाज्मा ई-चिप्स को आर्गन और ऑक्सीजन गैस के मिश्रण से 2 मिनट तक साफ करें। प्लाज्मा की सफाई ई-चिप्स उन्हें हाइड्रोफिलिक होने की अनुमति देता है। यहां प्लाज्मा सफाई की स्थापना का विवरण हैं: आर्गन गैस प्रवाह = 35 एससीसीएम, ऑक्सीजन गैस प्रवाह = 11.5 एससीसीएम, गैस प्रवाह मध्यांतर = 20 एस, फॉरवर्ड आरएफ लक्ष्य = 50 डब्ल्यू, फॉरवर्ड आरएफ रेंज = 5 डब्ल्यू, अधिकतम परिलक्षित आरएफ = 5 डब्ल्यू।
  2. TEM धारक(चित्रा 3)में तरल कोशिकाओं लोड हो रहा है ।
    1. लिक्विड सेल होल्डर(चित्रा 3B)के अंदर गैसकेट ओ-रिंग्स लोड करें । सत्यापित करें कि इस्तेमाल किया गैसकेट साफ है। यदि नहीं, तो इसे डिस्टिल्ड पानी से तेजी से साफ करें। इसे एक साफ फिल्टर पेपर का उपयोग करके सुखा लें। गैसकेट पर मलबे और फाइबर को हटाने के लिए, इसे कई बार पैराफिल्म की दो चादरों के बीच दबाएं।
    2. लिक्विड सेल होल्डर(चित्रा 3सी) केअंदर छोटे ई-चिप डाल दें । माइक्रोस्कोप के वैक्यूम की ओर सीएन फिल्मों के झुकने को कम करने के लिए लिक्विड सेल की खिड़कियों को क्रॉस किए गए कॉन्फिगरेशन में रखें। इसलिए, छोटे ई-चिप की खिड़की धारक की लंबाई और सामने वाले चेहरे के समानांतर होनी चाहिए। सुनिश्चित करें कि छोटे ई चिप अच्छी तरह से गैसकेट के अंदर डाला गया है।
    3. तरल नमूना तैयार करें (यहां, पानी में एचयूसीएल 4 का1 mm)।
    4. माइक्रोपिपेट(चित्रा 3डी)का उपयोग करके छोटे ई-चिप पर तरल नमूने के ≈2 माइक्रोल को छोड़ दें। यदि छोटे ई चिप ठीक से प्लाज्मा साफ किया गया है, जलीय तरल नमूना चिप की सतह भर में समान रूप से फैल जाएगा ।
    5. एक फिल्टर पेपर के साथ अतिरिक्त तरल निकालें। फिल्टर पेपर के तेजी से कटे हुए टुकड़े के साथ, छोटे ई-चिप पर तरल परत की मोटाई को कम करें जब तक कि यह एक सपाट गुंबद न बन जाए।
    6. लिक्विड सेल होल्डर(चित्रा 3E)के अंदर बड़ी ई-चिप लगाएं । अपने सामने चेहरे के साथ छोटे से एक पर बड़े ई चिप प्लेस नीचे (दो चिप्स के सामने पक्षों को एक दूसरे का सामना करना होगा) । बड़ी ई-चिप पर इलेक्ट्रोड धारक पर इलेक्ट्रोड पैड के संपर्क में होना चाहिए।
    7. ढक्कन को तरल सेल धारक पर वापस स्लाइड करें। धीरे-धीरे प्रत्येक पेंच(चित्रा 3F) कोकस लें।
    8. छोटे कट-आउट फिल्टर पेपर का उपयोग करके ई-चिप्स से बाहर आने वाले अंतिम तरल को सुखा लें। सत्यापित करें कि तरल कोशिकाओं के दोनों ओर अपनी धुरी के चारों ओर तरल कोशिका धारक को घुमाकर कोई तरल बाहर नहीं आ रहा है।
  3. पंपिंग स्टेशन में लिक्विड सेल के वैक्यूम सीलिंग का परीक्षण करें। यदि पंप का वैक्यूम स्तर 5 x 10-2 पीए तक पहुंचता है तो प्रोटोकॉल जारी रखें। यदि नहीं, तो खिड़की की अखंडता की जांच करें (यह सबसे अधिक संभावना टूटी हुई है) और ई-चिप्स के एक नए सेट के साथ शुरुआत से प्रोटोकॉल शुरू करें।
  4. एक दूरबीन आवर्धक या एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग कर सिलिकॉन नाइट्राइड खिड़की की अखंडता एक आखिरी बार सत्यापित करें । कई बार लिक्विड सेल से खिड़की टूटी होने पर भी पंपिंग स्टेशन का वैक्यूम बरकरार रहेगा। इसका कारण यह है कि जब खिड़की टूट जाती है और तरल बाहर फैल जाता है, तो यह खिड़की के टूटे हुए हिस्से पर नमक के समुच्चय बना सकता है इस प्रकार छेद को कवर करता है। अगर ऐसा होता है तो ई-चिप्स का नया सेट तैयार करें।
  5. TEM में लिक्विड सेल होल्डर लोड करें और वैक्यूम लेवल की जांच करें। यहां तक कि अगर तरल कोशिका पंपिंग स्टेशन के वैक्यूम को बनाए रखी है और खिड़की के साथ कोई समस्या दिखाई नहीं देती है, तो तरल-कोशिका का माइक्रो-रिसाव TEM को संचालित करने के लिए आवश्यक वैक्यूम स्तर तक पहुंचने से रोक सकता है। यदि माइक्रोस्कोप (2-5 x 10-5 पीए) संचालित करने के लिए आवश्यक वैक्यूम स्तर तक नहीं पहुंच सकता है, तो नमूना धारक को हटा दें और ई-चिप्स का एक नया सेट तैयार करें।

5. प्रवाह मोड में तरल धारक का उपयोग करें

  1. इंजेक्शन दिए जाने वाले समाधान के कुछ मिलीलीटर के साथ 2 सीरिंज भरें (हमारे मामले में पानी में एचयूसीएल 4 का1 mm)।
  2. सीरिंज से 2 बाहरी तिरछी नलियों को कनेक्ट करें। 2 सीरिंज को सिरिंज पंप पर रखें। तरल सेल धारक की 2 प्रविष्टियों में बाहरी तिरछी नलियों डालें। तरल सेल धारक के उत्पादन के लिए एक अतिरिक्त बाहरी तिरछी नज़र ट्यूब डालें।
  3. प्रत्येक इनलेट में 5 माइक्रोन/मिन की प्रवाह दर के साथ समाधान इंजेक्ट करें।

6. तरल वातावरण का हीटिंग

  1. धारक को बिजली आपूर्ति से जोड़ें। बिजली आपूर्ति को उस कंप्यूटर से कनेक्ट करें जिस पर हीटिंग सॉफ्टवेयर लगाया गया है।
  2. कंप्यूटर को पावर करें और हीटिंग सॉफ्टवेयर खोलें। बिजली आपूर्ति को बिजली ।
  3. डिवाइस चेक बटन पर क्लिक करें। यदि सॉफ्टवेयर इंगित करता है "पारित" तो प्रयोग जारी रख सकते हैं । अन्यथा, बड़ी ई-चिप में एक समस्या हो सकती है (ई-चिप की गलत लोडिंग, टूटे इलेक्ट्रोड ...)।
  4. प्रयोग टैब पर क्लिक करें। हीटिंग के मैनुअल मोड को सक्रिय करने के लिए मैनुअल पर क्लिक करें।
  5. लक्षित तापमान का चयन करें और तदनुसार तापमान दर बदलें। प्रेस लक्षित तापमान(चित्रा 4)के लिए ई चिप्स गर्म करने के लिए लागू होते हैं ।
    नोट- ई-चिप्स को 100 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जा सकता है। यदि प्रयोग (हमारे मामले में) के लिए एक जलीय समाधान का उपयोग किया जाता है, तो 90 डिग्री सेल्सियस से ऊपर ई-चिप्स को गर्म करने से बचें। अन्यथा, तरल नमूना सूख सकता है। तरल को गर्म करते समय, तापमान अस्थायी रूप से लक्षित तापमान से ऊपर उठ सकता है और फिर वांछित तापमान पर वापस गिर सकता है। इस तरह के ओवरशूट (1 डिग्री सेल्सियस/s ठीक है) को कम करने के लिए कम हीटिंग दर का उपयोग करें ।
  6. परिवेश के तापमान (25 डिग्री सेल्सियस) पर वापस जाने के लिए परिवेश पर क्लिक करें। अचानक हीटिंग को रोकने के लिए स्टॉप पर क्लिक करें। हीटिंग प्रयोग को समाप्त करने के लिए एंड सेशन टैब पर क्लिक करें।

7. नैनोकणों के विकास की स्टेम इमेजिंग

  1. HAADF डिटेक्टर का उपयोग कर स्टेम मोड में माइक्रोस्कोप का उपयोग करें। अवलोकन खिड़की के एक कोने के पास, नमूने के एक प्राचीन क्षेत्र में जाएं जहां तरल मोटाई न्यूनतम है। तरल(चित्रा 5)के विभिन्न तापमानों के लिए नैनोपार्टिकल विकास के वीडियो प्राप्त करें।
    नोट: सोने के नैनोकण तुरंत दिखाई देते हैं और स्कैन क्षेत्र में बढ़ते हैं। प्रति सेकंड एक छवि की फ्रेम दर के साथ वीडियो रिकॉर्डिंग शोर अनुपात और एक अच्छा समय संकल्प करने के लिए अच्छा संकेत के साथ विकास प्रक्रियाओं का पालन करने के लिए एक अच्छा समझौता है ।

8. एकल नैनोकणों का स्टेम नैनोफेक्शन

  1. कई नैनो वस्तुओं की एक स्टेम HAADF छवि प्राप्त करें। STEMx सॉफ्टवेयर(चित्रा 6)का उपयोग कर छवि पर चयनित व्यक्तिगत नैनोकणों के विवर्तन पैटर्न प्राप्त करें ।
    नोट: स्टेम नैनोफेक्शन एक ऐसी तकनीक है जो विकास प्रयोगों के दौरान तरल में एकल नैनोकणों के विवर्तन पैटर्न को प्राप्त करने की अनुमति देती है22.
  2. स्टेम HAADF छवि के अधिग्रहण के बाद, छवि पर कई नैनो-ऑब्जेक्ट्स का चयन करें और एसटीईएमएक्स सॉफ्टवेयर स्वचालित रूप से जांच की स्थिति और सीसीडी कैमरे को जांच की प्रत्येक स्थिति पर विवर्तन पैटर्न प्राप्त करने के लिए सिंक्रोनाइज़ करता है। विवर्तन स्थानों के ओवरलैपिंग से बचने के लिए, छोटे कंडेनसर अपर्चर (हमारे मामले में 10 माइक्रोन) का उपयोग करके स्टेम जांच (हमारे मामले में 7.4 एमआरएडी) के एक छोटे अभिसरण कोण का उपयोग करें।

9. तरल सेल धारक की सफाई (प्रयोग के बाद)

नोट: यहां हम तरल सेल धारक के लिए एक मानक सफाई प्रक्रिया का वर्णन करते हैं। यदि यह सफाई पर्याप्त कुशल नहीं है, तो तरल सेल धारक में अंतिम नैनोपार्टिकल समुच्चय को बाहर निकालने के लिए पतला नाइट्रिक एसिड और मेथनॉल का उपयोग करना संभव है। तरल सेल धारक के रासायनिक अनुकूलता दस्तावेज से पहले परामर्श किया जाना चाहिए। किसी भी मामले में, हमेशा आसुत पानी के इंजेक्शन के साथ सफाई खत्म करें।

  1. ढक्कन हटा दें। इस्तेमाल किए गए ई-चिप्स को हटा दें। आंतरिक गैसकेट निकालें।
    नोट: इस्तेमाल किया ई चिप्स एक अनुकूलित बॉक्स में संग्रहीत किया जा सकता है । तब तरल-सेल15को अनसील करने के बाद एसआईएन खिड़कियों से जुड़े नैनो-ऑब्जेक्ट्स के पूर्व सीटू टेम या एसईएम विश्लेषण करना संभव है। सीटू प्रयोग में दूसरे के लिए ई-चिप्स का दोबारा इस्तेमाल करना उचित नहीं है, लेकिन लिक्विड सेल की अनसीलिंग के दौरान सीएनएन फिल्म नहीं टूटी है तो यह अभी भी संभव है। एक अलग सॉल्वेंट में अतिवृद्धि प्रयोग फिर किए जा सकते हैं। 23
  2. लिक्विड सेल होल्डर के इनलेट और आउटलेट ट्यूबिंग में डिस्टिल्ड वॉटर का 5 एमएल इंजेक्ट करें।
  3. 20 मिनट के लिए एक अल्ट्रासोनिक स्नान का उपयोग कर तरल सेल धारक की नोक को साफ करें। कॉन्टैक्ट पैड को नहाने में डुबोया जा सकता है। केवल ढक्कन से ढके हिस्से को विसर्जित करें। तरल में वेंट छेद विसर्जित न करें।
  4. एयर पिस्टल का इस्तेमाल कर लिक्विड सेल होल्डर को सुखा लें।
  5. डमी तरल कोशिकाओं के साथ उपयोग किए जाने वाले गैसकेट को वापस रखें। डमी तरल कोशिकाओं और ढक्कन वापस रखो।
  6. नमूना धारक को वैक्यूम स्टेशन में स्टोर करें।

10. फिजी का उपयोग करके प्रयोग के बाद विश्लेषण (ImageJ)

नोट: वीडियो के प्रत्येक फ्रेम को एकल छवियों में विभाजित करने की सिफारिश की जाती है। प्रयोग के बाद के इस विश्लेषण कदम का उद्देश्य नैनोकणों के मूल वीडियो को बाइनरी वीडियो में बदलना है जिसका विश्लेषण फिजी द्वारा किया जा सकता है। पृष्ठभूमि(आंकड़े 7B और 7E)पर नैनोकणों के विपरीत को बढ़ाने के लिए एक औसत फिल्टर का उपयोग किया जाता है। यह वीडियो के बाइनरीाइजेशन की सुविधा के लिए आवश्यक है।

  1. फाइल | पर क्लिक करके फिजी पर वीडियो की छवियों से युक्त फ़ाइल निर्देशिका खोलें आयात | इमेज सीक्वेंस। सीक्वेंस ऑप्शन विंडो पॉप-अप होगी । उपयुक्त शुरुआती छवि का चयन करें (यदि वीडियो की शुरुआत को त्याग दिया जाना है)। छवि अनुक्रम के लिए वेतन वृद्धि संख्या दर्ज करें (यह छवि के नीचे तक पहुंचने के लिए स्टेम स्कैन के लिए लगने वाले फ्रेम की संख्या से मेल खाती है)। 8-बिट ग्रेस्केल में परिवर्तित करने केलिए बॉक्स की जांच करें। टि्वफ फॉर्मेट में इमेज सीक्वेंस को सेव करें।
  2. वीडियो से सभी अवांछित कलाकृतियों को क्रॉप करें (उदाहरण के लिए स्केल बार या तरल सेल विंडो का किनारा)।
  3. प्रोसेस | पर क्लिक करें फिल्टर | सभी छवियों पर एक औसत फ़िल्टर लागू करने के लिए औसत। झगड़ा प्रारूप में प्रसंस्कृत छवि अनुक्रम सहेजें।
    नोट: एक विंडो पॉप-अप होगा जो मीडियन फ़िल्टर के लिए उपयोग किए जाने वाले त्रिज्या से पूछ रहा है। हमने 2 पिक्सल के दायरे का इस्तेमाल किया लेकिन अलग-अलग पैरामीटर्स का इस्तेमाल करने के लिए बेझिझक करें। फिजी में अन्य फ़िल्टर भी उपलब्ध हैं जिनका उपयोग छवि प्रसंस्करण को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है। विशेष रूप से, घटाना पृष्ठभूमि एल्गोरिथ्म पृष्ठभूमि तीव्रता फ्लैट बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है अगर यह गैर वर्दी है । इसके लिए प्रोसेस | पर क्लिक करें सबस्ट्रक्ट बैकग्राउंड। हमारे मामले में, यह प्रक्रिया पहली छवियों की पृष्ठभूमि में छोटे सफेद पैच बनाती है जिसे झूठी नैनोकणों के रूप में समझा जा सकता है। इस प्रकार, हमने इस प्रक्रिया का उपयोग नहीं किया लेकिन इसे अन्य डेटासेट पर आजमाया जाना चाहिए, क्योंकि कोने से तरल कोशिका के केंद्र में बढ़ती तरल मोटाई आमतौर पर कम आवर्धन LCTEM छवियों पर गैर-समान पृष्ठभूमि तीव्रता लाती है।
  4. इमेज | पर क्लिक करें | समायोजित करें दहलीज। बाइनरीाइजेशन की दहलीज की बेहतर सटीकता के लिए मैन्युअल रूप से स्थानांतरित करें जब तक कि केवल नैनोकण लाल रंग में रंग न जाएं। लागू बटन दबाएं। बाइनरी विंडो में कन्वर्ट स्टैक पॉप-अप होगा। प्रत्येक छवि के लिएअनियंत्रित गणना सीमा । टि्वट फॉर्मेट(आंकड़े 7C और 7F)में बाइनरी इमेज सीक्वेंस को सेव करें ।
    नोट: यह जांचने की सिफारिश की जाती है कि वीडियो के प्रत्येक फ्रेम पर सीमा संतोषजनक है या नहीं।
  5. यह कदम तभी करें जब वीडियो के दौरान नैनोकणों का कंट्रास्ट उलटा हो। प्रोसेस | पर क्लिक करें बाइनरी | डिलेट। यदि आवश्यक हो तो इसे एक बार और करें। प्रोसेस | पर क्लिक करें बाइनरी | छेद भरें (चित्रा 7G,चर्चा अनुभाग देखें) ।
  6. विश्लेषण | पर क्लिक करें कणों का विश्लेषण करें। प्रयोग के दौरान देखे गए विश्लेषण नैनोकणों की आकार सीमा को परिभाषित करें। संक्षेप मेंदेखें ।
    नोट: यह बहुत महत्वपूर्ण है कि कम से कम नैनोकणों के न्यूनतम आकार को परिभाषित किया जाए। इसके बिना बाइनरी इमेज सीक्वेंस में दिखने वाले छोटे ब्लैक डॉट्स (शोर) को नैनोकण माना जाएगा। पहली कोशिश के रूप में, आंख द्वारा पहचाने गए सबसे छोटे नैनोकणों के आकार का चयन करें, लेकिन फिर इस पैरामीटर के प्रभाव को समझने और स्वचालित डेटा विश्लेषण (चर्चा अनुभाग देखें) को अनुकूलित करने के लिए एक परीक्षण और त्रुटि प्रक्रिया आवश्यक है। इस चरण से पहले, नैनोकणों के क्षेत्र को पुनः प्राप्त करने के लिए, विश्लेषण | पर क्लिक करें माप निर्धारित करें और क्षेत्र की जांच करें। अन्य माप उपलब्ध हैं।
  7. परिणाम और सारांश खिड़कियों को बचाओ। प्रत्येक फ्रेम के लिए नैनोकणों की संख्या सारांश डेटा विंडो में है।

Representative Results

चित्रा 5 सोने नैनोपार्टिकल गठन के दो स्टेम HAADF छवि श्रृंखला से पता चलता है 25 डिग्री सेल्सियस और ८५ डिग्री सेल्सियस पर ८० सेकंड से अधिक अधिग्रहीत । इन सभी प्रयोगों में नैनोकणों का नाभिक और विकास पानी के रेडियोलिसिस से प्रेरित है। इस इलेक्ट्रॉन-बीम प्रेरित घटनाओं द्वारा उत्पन्न रासायनिक प्रजातियों में, मजबूत कम करने वाले एजेंट (यानी, जलीय इलेक्ट्रॉन और हाइड्रोजन कण) टेट्राक्लोरॉयरिक एसिड को कम कर सकते हैं जिससे एसआईएन खिड़कियों और तरल के बीच इंटरफेस पर सोने की नैनोक्रिस्टल का गठन होता है। एक ही इलेक्ट्रॉन खुराक दर के साथ किए गए सीटू टिप्पणियों में ये दोनों इस बात की पुष्टि करते हैं कि वर्तमान विधि तरल मीडिया में नैनोकणों के गठन पर तापमान के कठोर प्रभाव की कल्पना करने की अनुमति देती है। कम तापमान पर, हम छोटे नैनोकणों की एक बहुत ही घनी विधानसभा के विकास का निरीक्षण करते हैं, जबकि उच्च तापमान पर कुछ बड़े और अच्छी तरह से पहलू नैनोस्ट्रक्चर प्राप्त किए जाते हैं। स्टेम HAADF छवियों के विपरीत के रूप में सोने के नैनोकणों की मोटाई के आनुपातिक है, हम देख सकते है कि वस्तुओं की दो आबादी इन विकास प्रयोगों के दौरान गठित कर रहे हैं: अत्यधिक विपरीत 3 डी नैनोकणों और त्रिकोणीय या षट्कोणीय आकार के साथ बड़े 2 डी नैनोसंरचनाओं और एक कम विपरीत (चित्रा 5में लाल तीर द्वारा इंगित) ।

इस प्रोटोकॉल में वर्णित वीडियो विश्लेषण विधि समय के साथ नैनोकणों की संख्या और मनाया क्षेत्र में उनके औसत सतह क्षेत्र को मापने के द्वारा नाभिक और विकास प्रक्रियाओं की मात्रा की अनुमति देता है । जैसा कि चित्र 8में देखा गया है, कम तापमान पर ८०० से अधिक नैनोकण अवलोकन के कुछ दसियों सेकंड में बनते हैं जबकि उच्च तापमान पर केवल 30 नैनोकण बनते हैं । दो त्रिकोणीय और षट्कोणीय नैनोप्लेट के अलावा, सभी नैनोकण पहले से ही उच्च तापमान अनुवर्ती की पहली छवि पर मौजूद हैं। चित्र 9 से पता चलता है कि नैनोकणों का मतलब सतह क्षेत्र 25 डिग्री सेल्सियस की तुलना में 85 डिग्री सेल्सियस पर 40 गुना तेजी से बढ़ता है।

चित्रा 6 एक विशिष्ट स्टेम छवि और दो सोने के नैनोकणों के विवर्तन पैटर्न का प्रतिनिधित्व करता है जिन्हें सीधे छवि पर चुना गया है (चित्र 6 एपर लाल तीर द्वारा इंगित)। यहां, हम [001](चित्रा 6B)और [112](चित्रा 6C)क्षेत्र कुल्हाड़ियों के साथ उन्मुख सोने की चेहरा केंद्रित घन (एफसीसी) संरचना की पहचान कर सकते हैं।

Figure 1
चित्रा 1:ई-चिप्स की योजनाबद्ध और तरल सेल धारक की नोक। (क) तरल कोशिका (ऊपर) और छोटे ई-चिप (नीचे) को गर्म करने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रतिरोध के साथ बड़ी ई-चिप । (ख) दोनों ई-चिप्स तरल सेल धारक में लोड किए जाते हैं। बड़ी ई-चिप के इलेक्ट्रोड लिक्विड सेल होल्डर के इलेक्ट्रोड पैड के संपर्क में होते हैं। बड़ी ई-चिप का प्रतिरोध लिक्विड सेल को गर्म कर सकता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें । 

Figure 2
चित्रा 2:ई-चिप्स के ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप चित्र चित्रण: (ए) एक बरकरार एसआईएन विंडो जो प्रयोग के लिए आवश्यक है। (ख) ई-चिप के किनारे पर एक क्षतिग्रस्त सिलिकॉन वेफर । यदि क्षतिग्रस्त क्षेत्र गीले क्षेत्र के बाहर है तो तरल सेल को सील कर दिया जाता है (यानी, यदि नुकसान ओ-रिंग्स द्वारा परिभाषित क्षेत्र के बाहर है) तो इस प्रकार के ई-चिप्स का उपयोग किया जा सकता है। (ग) ई-चिप सतह पर अवशेष । यदि ऐसे अवशेष सफाई प्रक्रियाओं को दोहराने के बाद नहीं छोड़ते हैं (धारा 4.1 देखें), तो ई-चिप का उपयोग न करें। (डी से एफ) क्षतिग्रस्त SiN खिड़कियां (अनुपयोगी ई चिप्स) । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3:TEM धारक में तरल सेल की लोडिंग की कदम-दर-कदम प्रक्रिया की तस्वीरें। (क) केवल नमूना धारक। (ख) गैसकेट ओ-रिंग को गुहा में रखें । (ग) गैसकेट ओ-रिंग्स में छोटी ई-चिप डालें । (घ) छोटे ई-चिप्स पर समाधान की एक बूंद रखो । (ङ) बड़ी ई-चिप को छोटे से ऊपर रखें । (च) ढक्कन को पंगा लेकर पूरे लिक्विड-सेल को सील करें। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्र 4:तरल कोशिका के तापमान को नियंत्रित करने वाले हीटिंग सॉफ्टवेयर का स्क्रीनशॉट। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5:सोने के नैनोकणों के विकास की कम आवर्धन स्टेम HAADF छवि श्रृंखला । (क) 25 डिग्री सेल्सियस पर ( B) 85 डिग्री सेल्सियस पर । इसी समय प्रत्येक छवि के नीचे बाएं कोने में इंगित किया जाता है। 2डी नैनोस्ट्रक्चर लाल तीर से संकेतित होते हैं। सभी छवियों को 3.4 इलेक्ट्रॉन -1 · एनएम-2की एक ही इलेक्ट्रॉन खुराक दर के साथ प्राप्त कियाजाताहै। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्रा 6:एकल नैनोकणों का स्टेम नैनोफेक्शन। (क) विवर्तन नैनोकणों का चयन करने के लिए उपयोग की जाने वाली स्टेम छवि (विवर्तन अधिग्रहण के दौरान जांच की स्थिति लाल तीरों द्वारा इंगित की जाती है)। (B,C) दो चयनित नैनोकणों का विवर्तन पैटर्न। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 7
चित्रा 7:फिजी का उपयोग करके स्टेम हाएडी छवियों का डेटा प्रसंस्करण और विश्लेषण। विकास की शुरुआत के 40 सेकंड बाद छवियों का अधिग्रहण किया गया था। (ए से सी) छवि 25 डिग्री सेल्सियस पर अधिग्रहीत (डी से जी) छवि ८५ डिग्री सेल्सियस पर अधिग्रहीत (A, D) कच्चे स्टेम छवि । (B,E) प्रसंस्कृत छवि (मीडियन फ़िल्टर)। (C,F) बाइनरी इमेज। (जी) पिक्सल का एक फैलाव दो बार लागू किया जाता है और "फिल होल" प्रक्रिया फिर लागू की जाती है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 8
चित्र 8:25 डिग्री सेल्सियस और 85 डिग्री सेल्सियस पर समय के एक समारोह के रूप में सोने के नैनोकणों की संख्या का प्रतिनिधित्व ग्राफ। 25 डिग्री सेल्सियस पर दो घटता स्वचालित रूप से 20 (लाल) और 50 (नीले) पिक्सल 2 के एक ंयूनतम पता लगाने के आकार (एसमिनट)के साथ मापाजाताहै । अधिग्रहण के 12 और 60 सेकंड के बाद मापा गया हरा डॉट्स 25 डिग्री सेल्सियस पर अधिग्रहीत वीडियो पर मैन्युअल रूप से गिने जाने वाले नैनोकणों की संख्या का प्रतिनिधित्व करता है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 9
चित्र 9:25 डिग्री सेल्सियस और 85 डिग्री सेल्सियस के लिए समय के एक समारोह के रूप में सोने के नैनोकणों के औसत सतह क्षेत्र का प्रतिनिधित्व रेखांकन। हरे रंग के डॉट्स 85 डिग्री सेल्सियस पर अधिग्रहीत वीडियो के दिए गए समय बिंदुओं पर नैनोकणों के औसत क्षेत्र के मैनुअल माप का प्रतिनिधित्व करते हैं । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 10
चित्रा 10:85 डिग्री सेल्सियस पर एकल सोने नैनोक्यूब के विकास की उच्च आवर्धन स्टेम HAADF छवि श्रृंखला। इस छवि श्रृंखला को 83.6 इलेक्ट्रॉन-एस-1.एनएम-2की इलेक्ट्रॉन खुराक दर के साथ अधिग्रहीत किया गया था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Discussion

वर्णित प्रोटोकॉल तापमान नियंत्रित तरल मीडिया में रेडियोलिसिस द्वारा संचालित सोने के नैनोकणों के नाभिक और विकास का पालन करने में सक्षम बनाता है। स्वचालित वीडियो प्रसंस्करण के साथ संयुक्त, यह नैनोपार्टिकल संश्लेषण जैसे घनत्व, आकार, आकार और नैनोकणों की परमाणु संरचना के प्रमुख मापदंडों पर तापमान के प्रभाव को मापने की अनुमति देता है। ये मूल्यवान जानकारी नाभिक और विकास दर पर तापमान के प्रभाव का मूल्यांकन करने, संभावित चरण संक्रमणों का पता लगाने और कोलॉयडल समाधानों के अंतिम परिणाम को निर्देशित करने वाली फेस्टिंग प्रक्रियाओं की कल्पना करने की अनुमति देती हैं। प्रतिक्रियाशील मीडिया की संरचना को नियंत्रित करने की संभावना के साथ, तापमान नियंत्रित तरल सेल TEM यथार्थवादी संश्लेषण स्थितियों में विभिन्न नैनोस्ट्रक्चर के नाभिक और विकास प्रक्रियाओं के प्रत्यक्ष अवलोकन की दिशा में एक और कदम है। इस लेख में प्रस्तुत परिणामों की व्याख्या और नाभिक और विकास मॉडल के साथ उनकी तुलना कहीं और चर्चा की जाएगी । यहां, हम कई पद्धतिगत पहलुओं को उजागर करना चाहते हैं जिन्हें सीटू टेम प्रयोगों में प्रासंगिक आचरण करने के लिए माना जाना चाहिए।

सबसे पहले, प्रतिक्रिया मीडिया में इलेक्ट्रॉन बीम प्रभावों की पहचान करना महत्वपूर्ण है क्योंकि वे प्रयोग के परिणामों को काफी प्रभावित कर सकते हैं। यहां, चूंकि जल रेडियोलिसिस नैनोपार्टिकल गठन का प्रेरक बल है, इसलिए इलेक्ट्रॉन खुराक दर के साथ विकास की गति तेजी से बढ़ जाती है जो नैनो-ऑब्जेक्ट्स11, 15के अंतिम आकार को प्रभावित करेगी। इसलिए, नाभिक और नैनोकणों के विकास पर तापमान के प्रभावों का अध्ययन करने के लिए, एक ही इलेक्ट्रॉन खुराक दर के साथ प्राप्त विकास प्रयोगों की तुलना करना आवश्यक है। स्टेम मोड में, इलेक्ट्रॉन खुराक दर छवि आकार (एनएम2में) द्वारा विभाजित बीम वर्तमान (इलेक्ट्रॉन प्रति सेकंड में) से मेल खाती है। इसलिए, एक निरंतर इलेक्ट्रॉन खुराक दर एक ही बीम वर्तमान (यानी, एक ही कंडेनसर अपर्चर और एक ही स्थान आकार) और प्रत्येक प्रयोग के लिए एक ही आवर्धन बनाए रखने का तात्पर्य है। सीसीडी कैमरे या फैराडे कप का उपयोग करके इमेजिंग स्थितियों के बीम वर्तमान को निर्धारित करना डेटा की व्याख्या और पुन: पेश करने के लिए महत्वपूर्ण है। आवर्धन और परिणामस्वरूप खुराक दर के अनुसार चुना जाना चाहिए कि क्या कोई नैनोकणों की एक बड़ी सभा के विकास की कल्पना करना चाहता है ताकि नैनोपार्टिकल सतहों (चित्रा10)पर तरजीही सोखने वाली साइटों की पहचान करने के लिए विकास गतिज(चित्रा 5)या एकल नैनोपार्टिकल स्केल पर विकास तंत्र पर सांख्यिकीय रूप से प्रासंगिक परिणाम निकालने के लिए किया जा सके । यदि नाभिक और विकास प्रक्रियाएं बहुत तेज हैं, विशेष रूप से उच्च आवर्धन पर, खुराक दर को कम करने के लिए छोटे कंडेनसर अपर्चर और छोटे स्पॉट आकार का चयन किया जाना चाहिए। विश्लेषण किए गए समाधान में धातु अग्रदूत की एकाग्रता को कम करके नैनोकणों का नाभिक और विकास भी धीमा हो सकता है लेकिन ध्यान दें कि तापमान के साथ रेडियोलिटिक उत्पादों की एकाग्रता में वृद्धि होगी। सामान्य तरीके से, पूरे नमूने के इलेक्ट्रॉन विकिरण इतिहास को ध्यान में रखना भी महत्वपूर्ण है। यहां, उदाहरण के लिए, यदि कई विकास प्रयोग एक दूसरे के करीब क्षेत्रों में तेजी से किए जाते हैं, तो नैनोकणों का घनत्व समय के साथ कम हो जाएगा क्योंकि अध्ययन क्षेत्र में सोने के अग्रदूतों की एकाग्रता कम हो जाती है। इस प्रभाव को अंतरिक्ष और समय दोनों में विकास प्रयोगों को अलग करके और प्रवाह मोड में तरल धारक का उपयोग करके कम किया जा सकता है।

इंटरफ़ेस-ट्रैकिंग एल्गोरिदम वीडियो के विश्लेषण को स्वचालित करने और बड़े नैनोकणों की विधानसभाओं के नाभिक और विकास पर मात्रात्मक परिणाम निकालने के लिए बेहद उपयोगी हैं। हालांकि, यह देखने लायक है कि छवि-बाइनरी चरण हमेशा डेटा विशिष्ट होता है, जिसका अर्थ है कि नैनोपार्टिकल/लिक्विड इंटरफेस का पता लगाने का अनुकूलन करने के लिए छवियों पर लागू किए जाने वाले फिल्टर और डेटा प्रसंस्करण एक प्रयोग से दूसरे में भिन्न होंगे। इसके अलावा, छवि-प्रसंस्करण कार्यप्रवाह को अनुकूलित करने और इसकी सीमाओं को जानने के लिए कुछ छवियों पर किए गए मैनुअल मापों के साथ इन स्वचालित विश्लेषणों के परिणामों की तुलना करना आवश्यक है। यहां, उदाहरण के लिए, उच्च तापमान पर गठित तेजी से मोटी 3 डी नैनोकणों में कई बिखरने की घटनाएं अवलोकन के 30 सेकंड के बाद अपने मूल के विपरीत उलटा लाती हैं क्योंकि बिखरे हुए इलेक्ट्रॉनों के कोणीय विस्तार के परिणामस्वरूप वलयाकार डिटेक्टर की कोणीय रेंज में एकत्र संकेत की कमी होती है। इन नैनोकणों के वास्तविक सतह क्षेत्र को मापने के लिए, हमने छवि के बाइनरीकरण के बाद "फिल होल" डेटा प्रक्रिया का उपयोग किया जो रिंग आकार विरोधाभासों(चित्रा 7F,जी)के भीतरी सर्कल को भरता है। हालांकि, हमें यह सुनिश्चित करने के लिए वस्तुओं के एक छोटे से फैलाव का उपयोग करना पड़ा कि ये रिंग आकार विरोधाभास हमेशा पूरी तरह से जुड़े हुए हैं। यह उत्तरार्द्ध कदम स्वचालित माप(चित्र 9)में नैनोकणों के औसत सतह क्षेत्र का मामूली ओवरवैल्यूएशन की ओर जाता है। इसी तरह नैनोकणों का पता लगाने के लिए हमें शोर का पता लगाने से बचने के लिए कम से कम आकार की वस्तुओं (एसएमआईएम)को परिभाषित करना होगा, लेकिन यह पैरामीटर मापा नाभिक दर को प्रभावित करता है। जैसा कि चित्र 8में देखा गया है, एक पठार तक पहुंचने के लिए प्रयोग की शुरुआत में पता लगाया नैनोकणों की संख्या में वृद्धि होती है । जब एसमिन बड़ा है (50पिक्सल 2 1543 एनएम2के अनुरूप), स्वचालित और मैनुअल माप इस पठार के स्तर पर सहमत हुए (60 सेकंड के बाद 835 नैनोकण) लेकिन नैनोकणों का पता लगाने के बाद से स्वचालित विश्लेषण में देरी होती है क्योंकि 835 नैनोकणों को मैन्युअल रूप से केवल 12 एस के बाद गिना जाता है, लेकिन बाद में स्वचालित रूप से पता नहीं लगाया जाता है। यह विस्तारित पहचान समय नाभिक दर का कम मूल्यांकन की ओर जाता है । एसमिन को घटाकर 20पिक्सल 2 (यानी 617 एनएम2)नैनोपार्टिकल असेंबली के नाभिक समय पर होने वाली गलती को कम करता है लेकिन इससे नैनोपार्टिकल डेंसिटी का ओवरवैल्यूएशन हो जाता है खासतौर पर प्रयोगों के शुरुआती चरण में(चित्र 8)जो नाभिक दर को भी प्रभावित करता है। नैनो-ऑब्जेक्ट्स का पता लगाने और आकार और आकार माप एक बहुत ही गतिशील व्यवहार और शोर अनुपात के लिए कम संकेत तरल-चरण TEM में एक आम चुनौती है जिसे अन्य विभाजन और डेनोइसिंग विधियों का उपयोग करके और बेहतर किया जा सकता है24 या मशीन लर्निंग दृष्टिकोण25।

अंतिम लेकिन कम से कम, तरल कोशिका की तैयारी और तरल धारक की सफाई को प्रतिक्रिया मीडिया के प्रदूषण से बचने के लिए बहुत सावधानी से किया जाना चाहिए।

सामान्य तौर पर, एलसीटेम विश्लेषण के दौरान नमूने के तापमान को नियंत्रित करना ठोस और तरल पदार्थों के बीच इंटरफ़ेस पर होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर थर्मल प्रभावों की जांच करने का अवसर प्रदान करता है। इसलिए, हम आशा करते हैं कि वर्तमान विधि तापमान नियंत्रित तरल मीडिया में कठिन, नरम या जैविक सामग्रियों की गतिशीलता को प्रकट करने के लिए डिज़ाइन किए गए सीटू टेम प्रयोगों में अन्य का मार्ग प्रशस्त करती है।

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

हम कृतज्ञता से क्षेत्र Ile-de-फ्रांस (JEOL ARM २०० एफ इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप पेरिस विश्वविद्यालय में स्थापित के लिए संमेलन तिल E1845), Labex सीवन (GLOIRE परियोजना) और CNRS (Defi नैनो कार्यक्रम) की वित्तीय सहायता स्वीकार करते हैं । हम योजनाबद्ध और तरल 1 और 2 के आंकड़े में देखा कोशिकाओं के ऑप्टिकल चित्रों को साझा करने के लिए मैडलीन Dukes और डैनियल फ्रैंक शुक्रिया अदा करते हैं ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2100 Plus electron microscope Jeol
Acetone Merck
Air pistol
ARM 200F electron microscope Jeol
Binoculars or optical microscope
Carbon tipped tweezers
Computer with heating software Software by Protochips
Distlilled water
Dummy e-chips Protochips
Gasket/O-rings Protochips
Gold aqueous solution Merck 1 mM of HAuCl4 - Prepared beforehand
Large liquid heating E-chip Protochips
Methanol Merck
One View camera Gatan
Petri dish Number : 2
Plasma cleaner Gatan
Poseidon Select Protochips Liquid cell holder
Power supply Keithley 2450
Protective gloves
Red PEEK tubing Number : 3
Screwdriver with torque
Small liquid E-chip Protochips 150 nm spacers
STEM HAADF detector Jeol
STEMx software Gatan
Syringe Number : 2
Syringe pump Harvard apparatus Number : 2
Vacuum pump Gatan

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References

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केमिस्ट्री अंक 168 गोल्ड नैनोकण तापमान नियंत्रण लिक्विड-सेल ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप स्टेम नैनोफिफेक्शन।
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Khelfa, A., Nelayah, J., Wang, G., Ricolleau, C., Alloyeau, D. Studying the Effects of Temperature on the Nucleation and Growth of Nanoparticles by Liquid-Cell Transmission Electron Microscopy. J. Vis. Exp. (168), e62225, doi:10.3791/62225 (2021).

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