Bireysel Nanopartiküller 3D Elemental Haritalama için Enerji Dağılımı X-ışını Tomografi

Özet

Üç boyutlu tek nanopartiküller içindeki element dağılımlarını karakterize etmek için taramalı transmisyon elektron mikroskobunda enerji dağıtıcı X-ışını tomografisinin kullanımı açıklanmaktadır.

Özet

Taramalı transmisyon elektron mikroskobu (STEM) içindeki enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi, yüksek uzamsal çözünürlükle doğru element analizi sağlar ve hatta atomik olarak çözülmüş element haritaları sağlayabilir. Bu teknikte, yüksek derecede odaklanmış bir elektron ışını ince bir numune üzerine getirilir ve ışın yolu içindeki malzemenin atomik türünü belirlemek için yayılan X-ışınlarının enerjisi ölçülür. Bu elemental olarak hassas spektroskopi tekniği, numune elektron ışını yönüne dik bir eksen boyunca eğik olarak çoklu spektrum görüntüleri elde ederek üç boyutlu tomografik görüntülemeye genişletilebilir.

Tek nanoparçacıklar içindeki element dağılımları, optik, katalitik ve manyetik özelliklerini belirlemek için genellikle önemlidir. Taramalı elektron mikroskobunda X-ışını tomografisi ve dilim ve görünüm enerji dağıtıcı X-ışını haritalaması gibi teknikler, temel olarak hassas üç boyutlu görüntüleme sağlar, ancak tipik olarak > 20 nm'lik uzamsal çözünürlüklerle sınırlıdır. Atom probu tomografisi atomik çözünürlüğe yakın çözünürlük sağlar, ancak atom probu analizi için nanopartikül numuneleri hazırlamak genellikle zordur. Bu nedenle, taramalı transmisyon elektron mikroskobu içinde uygulanan elemente duyarlı teknikler, 10-100 nm boyutlarındaki nanopartiküller içindeki element dağılımlarını incelemek için benzersiz bir şekilde yerleştirilmiştir.

Burada, tek AgAu nanopartiküllerindeki elementlerin dağılımını araştırmak için STEM içindeki enerji dağılımlı X-ışını (EDX) spektroskopisi uygulanır. Farklı nanopartikül bileşimlerinde hem Ag hem de Au'nun yüzey ayrışması gözlenmiştir.

Giriş

Bu yöntemin amacı, bir nano partiküller içindeki unsurların üç boyutlu dağılımı doğru biçimde tespit sağlamaktır. Bu tarama elektron mikroskobu (STM) yapılan bir tomografik yeniden ile bağlantılı olarak enerji dağıtıcı X-ışını (EDX) spektroskopisi kullanılarak gerçekleştirilir.

Enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi uzun ölçmek ve mekansal transmisyon elektron mikroskobu örneklerinde bulunan elementleri eşleştirmek için bir teknik olarak kullanılmaktadır. Kristalin malzemelerin ¹ üç boyutlu görüntüleme için yüksek açılı halka şeklindeki karanlık alan (HAADF) KÖK tomografi gelişine, enerji dağılımlı X-ışını tomografisi de üç boyutta ² element dağılımlarının tespitine imkan vermek bir yöntem olarak önerilmiştir. Ancak, erken çalışmalar nedeniyle transmisyon elektron mikroskobu içinde X-ışını dedektörleri tasarımına sınırlı idi. Özellikle bu geleneksel dededektör tasarımlar nispeten düşük toplama verimliliği vardı ve eğim geniş bir ürün yelpazesi hiçbir sinyal ölçülen numune tutucu ^2,3 dan gölgeleme nedeniyle açıları. (Tarama) transmisyon elektron mikroskobu içinde X-ışını dedektörleri yeni geometrik tasarımlar tanıtımı enerji dağıtıcı X-ışını tomografisi uygulanabilir bir teknik yapmış ve son çalışmalar ^4-6 bir dizi yol açmıştır.

HAADF KÖK görüntüleme yaygın olarak kullanılan elektron tomografi görüntüleme modu ve HAADF sinyal yoğunluğu atom numarası hassasiyetine göre belirli durumlarda kompozisyon bilgileri verebilmektedir. Örneğin, HAADF tomografisi gibi ayn element bölgelerine Nanopartiküllerin çalışma için uygundur ve iyi çekirdek-kabuk morfolojileri ⁷ tanımlanmıştır, ancak elemanlar daha karmaşık bir dağılıma sahip olduğunda kullanılamaz. Elektron enerji kaybı Spektroskopisi (DD), üç boyutlu bir eleme saptanması için tamamlayıcı bir yaklaşım sağlarKÖK ⁸ içinde ntal dağılımlar. Bu teknikte olay elektron ışınının enerji kayıpları örneğin bileşimin belirlenmesi için kullanılır ve bu genellikle EDX spektroskopisi ⁹ elde edilir daha yüksek sinyal-gürültü oranı avantajına da sahiptir. EELS dezavantajı çoklu saçılma hususlar numune kalınlığına sıkı sınırlamalar koyma olduğunu ve çeşitli durumlarda analiz gecikmiş başlangıçlı kenarları veya örtüşen spektral özelliklerin varlığı ile karmaşıktır. Böylece, EDX spektroskopisi genellikle daha iyi gibi genellikle katalitik veya plasmonik nanoparçacık sistemleri ⁹ ile ilişkili olanlar gibi ağır elementler okuyan uygundur. tam bir spektrum görüntü spektroskopisi EDX toplanır Buna ek olarak, bunun nedeni örtüşen veya dışarıda olmanın elementer bilgi frekansa enerji filtrelenmiş transmisyon elektron mikroskobu (EFTEM) ve EELS daha zor olan, geriye dönük beklenmedik unsurları tespit etmek basittirveri kümesinin spektral aralığı.

EDX tomografi için ideal bir numune geometrisi daha iğne şeklindeki örnek bir vakumlu içinde süspansiyon haline getirilmiş ve tomografik yatırma ekseni ⁴ boyunca yönlendirilmiş oluşur. Bu durum, numune veya numune tutucu biri tarafından herhangi bir eğim açısında EDX dedektörleri hiçbir gölge olduğunu garanti eder. Ancak, nanoparçacık sistemleri için gerekli olan iğne şeklindeki örneklerin montajı zorlu ¹⁰ ve numune hazırlama genellikle sadece ince bir karbon filmi TEM destek ızgara üzerine nanopartiküller transfer oluşur. Bu ızgaralar geniş açılara eğilebilir böylece tomografi numune tutucu özel olarak tasarlanmış birlikte kullanılan tilt açılarındaki numunenin bu aralık içinde EDX dedektörleri ama gölgelenmesi (75 ° ± ≈) kaçınılmaz ve elde edilen tomografi kalitesi düşebilir yeniden yapılanma. Bu gölgeleme belirli bir mikroskop-dedektör-tutucu kurulum özelliğidir ve bu nedenle caydırmak olabiliredinimi ¹¹ önce uygun bir kalibrasyon numunesinin ölçümü ile mayınlı. Tek küresel nanopartiküller, tüm eğme açılarda sabit kalması, bu örneklerden X-ışını sayısı yoğunluğu olarak ideal bir kalibrasyon numune vardır. dedektör gölgeleme sonra ya her açıda veya veri kazanılmasından sonra düzeltme katsayısı ile çarpılarak elde etme zamanı değiştirilerek telafi edilebilir. sinyal gürültü oranını maksimize ederken bu elektron dozu en aza indirir olarak eski yaklaşım kullanılmaktadır.

Protokol

1. Nanoparçacık Sentezi

1. Oda sıcaklığında, etilen glikol 75 ml Polivinil-pirolidon (PVP) (MW = 10,000 g / mol), 10 g çözülür. Bu çözeltiye AgNO ₃ 400 mg ekleyin.
2. Iyodinin _3'e kadar karıştırın Çözelti, 1 ° C dk'lık sabit bir hızda 100 ° C'ye kadar bir sıcak plaka üzerinde, daha sonra ısı çözülmüş ve ^-1. Reaksiyon, 1.5 saat boyunca 100 ° C 'de devam edelim.
3. Oda sıcaklığına kadar damıtılmış su ve serin 175 ml ilave edilir. 8,000 x g'de santrifüjleyin, damıtılmış su, 50 ml süpernatan ve yeniden disperse nano partikülleri çıkarın. üç kez tekrarlayın.
4. Oda sıcaklığında, etilen glikol, 500 ml PVP, 500 mg (55.000 g / mol) içinde çözülür. 1000 ml'lik yuvarlak tabanlı bir şişeye bir önceki adımdan bu çözüm, Ag nanoparçacık süspansiyonu 27.8 ml ekleyin. 10 dakika boyunca 100 ° C 'de balon ısıtın.
5. _(Sulu) ^- AuCl ₄ 0.2 mM çözelti oluşturmak için suda 1.000 ml hidrojen tetra trihidrat ekleme . Her bir oyuğa 100, 200, 300 ya da 0.2 mM AuCl ₄ 400 ml'lik eş payları, ^- (% olarak Au% 7 Ag 93), ortalama bir bileşim Ag93Au7 arasında AgAu nano-tanecikleri elde etmek için, önceki basamakta elde edilen çözelti, Ag82Au18 için _(sulu) damla damla ( sırasıyla% Au 18at%), Ag78Au22 (%% olarak Au 22) ve Ag66Au34 de Ag 78 (% olarak% at Ag 66 Au 18) Ag 82.
6. Oda sıcaklığına soğutun ve daha sonra 8000 x g'de, damıtılmış su, 50 ml yüzer ve dağılma çıkarılması damıtılmış su ile arka arkaya santrifüjleme mermi üç kez yıkayın. Dİ su 10 ml nanoparçacık solüsyonunun 0.05 ml ilave edilir.

2. TEM Numune Hazırlama

1. Pipet yaklaşık 0.05 ml holey / sürekli karbon TEM ızgara üzerine nanoparçacık çözümün. numunenin EDX spektrumu Cu veya Au ile herhangi bir çıkar örtüşen zirveleri yoksa bir Cu veya Au ızgara yeterli olacaktır, ancak sahte X-ışınları sınırlamak için Berilyum TEM ızgaraları için kullanılan bir metal desteği kullanın. Büyük Beni kullanınsh boyutları (örneğin, 200 mesh) ızgara gölgeleme olasılığını en aza indirmek için.
2. nanoparçacık solüsyonu kuruduktan sonra saf metanol ya da etanol içinde ızgaraları yıkanarak TEM ızgaraları temizleyin. anti-kapiller geçit cımbız kullanarak tutulurken Pipet 10-20 TEM ızgara üzerine düşer. ızgara kenarına hafifçe dokundu filtre kağıdı kullanılarak ızgara her damla sonra herhangi bir aşırı sıvı çıkarın.
3. (Tercihen vakumda) yaklaşık 80 ° C de tavlama levhasının çıkarılması ya da herhangi bir diğer bulaşma hareketsiz elektron ışını altında kirlenmesini azaltır.

Dedektör Gölgeleme 3. Karakterizasyonu

1. sonra TEM destek tomografi tutucu içine ızgara ve üzerine yük nanopartiküller TEM içine yuvasını.
2. Uygun istikrarlı bir değer (aşağıda yaklaşık 1,8 x 10 ^-7 Torr) ulaşmak için mikroskop vakum bekleyin. Açık kolon valfleri ve elektron demeti sağlanması mikroskobu flüoresan SC görülebilirreen.
3. STEM hizalayın.
   Not: Burada, Titan G2 sonda tarafı sapmalarını hizalamaların açıklanan 2020 tomografi sahibiyle birlikte 200 kV çalıştırılan KÖK enstrüman düzeltildi. diğer mikroskoplar için optimal uyum prosedürleri tarif edilenlerden biraz farklı olabilir.
   1. KÖK kırınım modunda, eucentric yüksekliğe örnek getirmek için bir out-of-odak gölge resim kullanın. Bunu yapmak için, Arama sekmesinde Alpha Wobbler düğmesine basarak ± 15 ° arasında sahne eğin ve z yüksekliğini ayarlayarak numunedeki özelliklerin herhangi hareketi en aza indirmek.
   2. kiriş numune bir delik üzerinde olacak şekilde örnek hareket ettirin ve bir altındakiler açıklığın gölge merkezleme uygun kondansatör açıklık doğru hizalanmış olduğundan emin olun prob imajını duruldu. yoğunluğu sallantı ve ışın eğim hiza kontrol etmek için hareket etmiyor odaklanmış probu sağlamak.
   3. Amorf karbon alan görünümünde olduğu için örnek taşı ve odak olarakRonchigram elde etmek için kırılma modunda değilim. Yalpalama odak Ronchigram içinde sapmaları gözlemlemek ve bu (örneğin, astigmat ve eksenel komaya) gerekirse düzeltmek için.
4. 'Arama' sekmesinde 'Show Parçalar' seçerek ve görüntüleme iken ızgara kare hatlarını takip ederek ızgara kare (grid merkezine bir kapat) anahat iz. Bu basit sonraki ölçümler destek ızgara gölgeleme olasılığını azaltmak için ızgara meydanın ortasında olan nanopartiküller için yapılır sağlamak için yapar. iktisap dedektörleri bir çift tilt açılarındaki numunenin çok daha büyük bir aralığı üzerinde gölgeli olacak bir ızgara bar yakın bir parçacığa yapılırsa.
5. Izgara meydanın orta kısmı içinde bir temsilci parçacık bulun. sahibinin maksimum eğim aralığı yatırın nanoparçacık GRI tarafından gizlenmiş olmadığından emin olmak için görüntüleme iken (genellikle 70 ° ±)Büyük tutucu yatırır de d barlar.
6. 5-10 ° arasında açısal artışlarını kullanarak (genellikle 70 ° ±) tilt açıları tam kapsamlı üzerinde sabit bir kazanım süresi (örneğin, 5 dk) kullanılarak HAADF ve EDX spektrumu görüntüler elde. Birincisi, görüntüleme bölmesinde Edinme tıklayarak bir bakış HAADF görüntü kazanır. Bu görüntü ve basın Edinme üzerinde kutuyu sürükleyerek nano etrafında bir eşleme penceresini seçin.
7. (RAW dosyaları gibi) görüntü işleme yazılımı spektral datacubes açarak veri toplama için zaman aralıklarını belirlemek için EDX spektrumu görüntüleri karakteristik X-ışını sayılarını ayıklayın. Sonra, slice2D ve toplam işlevlerini kullanarak ilgi doruklarına enerji kanallara karşılık gelen datacube dilimleri yoğunluğunu Özetle, komut dosyaları gibi ek kod 1-3 dahildir.

4. EDX Tomografi Edinme

1. Tekrarlayın ilgi nanoparçacık örnek için 3,1-3,5 adımları.
2. HAADF a EdinmeND açıları tenteli numune aralığı için önceki bölümde detektör gölgeleme karakterizasyonu belirlenen zaman aralıkları ile EDX spektrumu görüntüler adım 3.6 ile aynı şekilde, (genellikle 70 ° ±).

5. Yeniden ve Görselleştirme

1. Aşağıdaki yöntemlerden birini kullanarak mrc dosya formatına dönüştürür HAADF görüntüleri eğim serisi derleme:
   1. Bir 'Görüntü Sırası "olarak HAADF TIFS aldıktan sonra görüntü görselleştirme yazılımları ¹² (Dosya> Farklı Kaydet> MRC yazar) MRC yazar kullanın.
   2. Alternatif olarak, tomografi yazılım paketi ¹³ tif_to_mrc işlevini kullanın.
2. seçilen yazılımda Çapraz korelasyon HAADF görüntüleri tilt serisi kaba bir uyum elde etmek için. ya bir .sft dosyası olarak veya dosya xcorr.txt olarak hizalama verileri kaydetmek. tomografi yazılımı Arası Korelasyon bölmesinde keskin tepe sağlayan Kurulum Filtre penceresinde bir filtre ayarlayabilirsiniz.
   1. Hesapla Hizalama tüm eğim serisi için çapraz korelasyon gerçekleştirmek için pencereyi kaydırır sonradan, basın devam edin. Yerel kaymalar 1 pikselin altına kadar metin olarak her aşamada tüm vardiya dosyaları kaydetmek için sağlanması, uyum tekrarlayın.
      Not: çapraz korelasyon yaparken kullanılan filtrenin dikkatli kurulum eğim serisi verilerinin iyi bir uyum sağlamak için bazen gereklidir.
3. Görüntü işleme yazılımı olarak, kazanılmış spektral datacubes yüklemek ve slice3d ve toplam betik fonksiyonları kullanarak ilgi elemanlarına karşılık gelen enerji kanalları özetlenebilir dilimleri haritaları çıkarmak, scriptler ek kod 4 ve 5 olarak dahil.
4. çıkarılan EDX element haritalara HAADF görüntüleri belirlenen hizalamalarını uygulayın. "Hizalama Veri adlı Kullanım Shifts" seçerek Uygula Hizalama sekmesinde tomografi yeniden yazılımında bu gerçekleştirin.
5. Gerekirse, eğim ekseni ayarı yapmaktomografi rekonstrüksiyonu HAADF resim serisi yazılım ve "Tilt Eksen Ayarı Görev kullan düzeltmeleri" kontrol ederek HAADF görüntüleri ve EDX haritalar da uygulanır sekmesi 'Hizalama Uygula'.
6. yeniden boyutları tüm unsurları için aynı olmasının sağlanması, bir tomografi yazılım paketi içinde uygulanan eşzamanlı iteratif rekonstrüksiyon tekniği (SIRT) algoritması kullanılarak ekstre EDX element sinyallerin her biri için tomografik veri seti yeniden yapılandırma. Tomografi yeniden yazılımında, basın devam edin (hacim, 20 yineleme, vb boyutu) Yeniden İnşa Ses penceresinde parametrelerini ayarlamak. imar parametreleri, her eleman için aynı olduğundan emin olun.
7. Görüntü görselleştirme yazılımları ¹² Görüntü> Yığınlar> Dik Görüntüleme seçerek ayrı element rekonstrüksiyonlar orthoslices ayıklayın.
8. Construct ve daha fazla orthoslices, hacim ve yüzey yeniden görselleştirmekgörselleştirme yazılımı kullanarak rekonstrüksiyon gelen nderings. tüm element rekonstrüksiyon yükleyin ve bu genellikle REC dosyaları transfer değil gibi ölçek doğru ayarlanmış olduğundan emin olun.
   1. Nesne havuzu ve sağ tıklama yeniden yapılanma nesnesini seçin ve bir orthoslice ayıklamak için orthoslice modülünü seçin. Bir hacim render ayıklamak için yeniden yapılanma ve select volume rendering sağ tıklayın. yeniden yapılanma ve seçme isosurface üzerinde sağ tıklayarak bir isosurface ayıklayın.
      eşikleme üzerinden otomatik segmentasyon daha güçlü bir yöntemdir ancak sinyal gürültü oranı olduğu yoksul manuel segmentasyon isosurface görselleştirme nanoparçacık hacmi dışından gürültülü vokseller kaldırmak için gerekli olabilir: Not.

Sonuçlar

Titan G2 ChemiSTEM bir 2020 tomografi tutucu gölgeleme dedektör karakterizasyonu Şekil 1A görüntülenir. Burada kullanılan dedektörleri dört dedektörleri daha büyük 0.6 sR ¹⁴ bir detektör katı açı ile sonuçlanan, optik eksen etrafında 90 ° 'lik eşit azimutsal açılarda kullanıldıkları Super-X detektör vardır. Dedektörlerin Karakterizasyonu Şekil 1B görüntülenen kompanse tomografik edinme kez belirlenmesini sağladı. Şekil 1C'de gösterildiği gibi, bu alıcı kez uygulanmasından sonra her bir eğim açısında sayısı, tek nanopartiküller için kabaca sabit kalmalıdır.

galvanik yedek reaksiyonu ile sentezlenen Bimetalik AgAu nanopartiküller, KÖK içinde EDX tomografi kullanılarak incelenmiştir. Bu reaksiyonda, AuCl ₄ içinde bir l ^- olduğuAg nanoparçacık tohumları ilave edildi. Au, ilk tohum bimetalik bileşimi ve boşaltmalı sonuçlanan oksitlenir Ag nanopartiküllerin yüzeyi üzerinde azaltılır. Daha önce, Ag, Au, sadece bağlı boşaltmalı ve dökme bileşim değişimlerine olan katalitik ve optik özellikleri varyasyonlar bu süreç boyunca ve homojen bir alaşım oluşturduğu düşünülmektedir. Bununla birlikte, üç boyutlu bir element eşleme galvanik reaksiyon (Şekil 2) ile sentezlenir AgAu nanopartiküller olan EDX Tomografi yüzey ayrışımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Düşük Au kompozisyonlar da nanopartiküller açık Au yüzey ayrımı görüntüler. Ancak, Au içerik arttıkça bu yüzey ayrımı net Ag yüzey ayrımı (Şekil 3) var bu yüzden en yüksek Au içeriği için geçer. Yüzey ayrıştırma Bu anahtarlama farklıdır tarafından sentezlenen üç bileşenli bir birleştirme reaksiyonunda propargilamin verimle değişikliklerle ilişkilidirBu AgAu nanopartiküllerin ent bileşimler.

Elektron demetinin yönüne normal yeniden aracılığıyla Dilimler standart iki boyutlu element haritalara bir karşılaştırma sağlar. Başlangıç ​​haritaları ışın doğrultusu boyunca toplanır yapısına ilişkin bilgi içerir ve bu çoğu zaman üst ve alt dahil edilmesi, burada incelenmiştir nanopartiküller bağlı Agau durumunda, farklı bileşimlerin bölgeleri üst üste ya da yorumlamak zor olabilir çıkıntı yüzeyler (Şekil 3A-C). Rekonstrüksiyonu ve dilim alınması parçacıkların üst ve alt yüzeyleri ile ilişkili yoğunluğu kaldırılmasını sağlar ve bu nedenle, bu durumda (Şekil 3B-F) yüzey ayrımı daha net bir görüntü elde edilir.

Tek bir AgAu nanoparçacık kullanarak dedektör gölgeleme Karakterizasyonu. (A) Tek AgAu nanopartikül gelen eğim açısının bir fonksiyonu olarak Ag ve Au X-ışını zirveleri sayar bir dizi satın alma süresi (5 dakika) istihdam. (B) satın alma süreleri (A) belirlenir ve daha sonra eğim serisi elde etmek için kullanılır. (C) tek bir AgAu nanopartikül Eğim açılarının bir fonksiyonu olarak Ag ve Au X-ışını zirveleri sayısı (B) toplama zamanı kullanılarak. sayar tüm eğim açıları üzerinde kabaca sabit kalır. Slater ve ark., ¹⁵ den. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 2. yoluyla düşük Au içeriği AgAu nanoparçacık. (A) Orthoslice yeniden düzenlemesi. Ag yeniden yoluyla (B) Orthoslice. Orthoslices (A) ve bu nanopartikül açık Au yüzey ayrımı görüntüleme (B) yoluyla alınan (C) Hat profilleri. Ag ve Au rekonstrüksiyonlar (D) Yüzey görselleştirme. Slater ve ark., ¹⁵ den. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Yüksek Au içeriği AgAu Nanopartikülün Şekil 3. Yeniden. (A) 2D EDX Au haritası ve (B) Ag 2B EDX haritası. (C) Çizgi profil2B EDX haritaları (A) ve 2D bu nanopartikül yüzey ayrımı belirlenmesinde zorluk gösteren (B) aracılığıyla alınan e yalnız eşler. Au yeniden yoluyla (D) Orthoslice. Ag yeniden yoluyla (E) Orthoslice. Bu nanopartikül açık Ag yüzey ayrımı sergileyen orthoslices (D) ve (E) yoluyla alınan (F) Hat profilleri. Ag ve Au rekonstrüksiyonlar (G) Yüzey görselleştirme. Slater ve ark., ¹⁵ den. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Tartışma

Burada sunulan protokol üç boyutlu olarak bir çok eleman nanoparçacık element dağılımını belirlemek için bir yöntem sağlar. Burada sunulan AgAu nanopartiküllerin durumunda, her iki eleman yüzey ayrımı açıkça tanımlanmış ve üç bileşenli bir birleştirme reaksiyonunda katalitik verim korelasyon olduğu gösterilmiştir. Bu açıkça nanoparçacık sistemlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini açıklamak için yardımcı bu tekniğin kullanımını gösterir.

hep TEM olduğu gibi, bakım mümkün olan en iyi sonuçları elde etmek için numune hazırlama alınmalıdır. Kapsamlı yıkama ve nanoparçacık çözümü yatırma sonra şebekelerinin tavlama EDX tomografi için gereken büyük elektron dozu karbon bulaşma birikmesini önlemek için özellikle önemlidir. Kullanılan büyük bir doz da özellikle ince kesitler üzerinde ise delik arasında bulunan genellikle karbon filmleri holey ciddi hasara neden olabilirs, ancak silisyum nitrür destek filmler nanopartiküller ¹⁶ oksidasyonunu iyilik yapabilirsiniz.

dedektör formu, büyüklüğü, düzeltilmesi tekniği gelecek element dağılımları kantitatif eşleme için uygulanacak özellikle, doğru yeniden üretilmesi için önemlidir. Bu dedektör gölgeleme doğru karakterizasyonu yoluyla elde ve daha sonra nanopartikülüne elektron dozu değişen olabilir. Alternatif olarak, gölgeleme kazanılmasından sonra bir düzeltme faktörü ile spektrum görüntüleri çarpılarak telafi edilebilir. Bununla birlikte, üç boyutlu sayısal bilgi sağlamak için bu tekniği uygulayarak nedeniyle her spektrum görüntü elde X-ışını sayılarını sınırlandırmaktadır nanopartiküllerin elektron ışını hasar henüz mümkün değildir.

Kalibrasyon belirli bir mikroskop-dedektör-tutucu kombinasyonu için eğim açısının bir fonksiyonu olarak EDX dedektör gölgeleme telafi etmek için gereklidir. shadowing ilk olarak bileşimin eğim elde etmek için gerekli süre boyunca elektron ışını altında stabil olduğu zaman, bu kriteri yerine getirmek zorundadır farklı numune tilt açıları ve bireysel küresel nanopartiküller için x-ışını sayısında herhangi bir varyasyon veren bir örnek kullanarak belirlenmelidir dizi. Buna ek olarak, kristalin nanopartiküller için, istenen eğim hangi elektron ışını nanoparçacık büyük bir bölgesi ekseni çıkarılmalıdır boyunca yönlendirilmiş olan ve nanoparçacık önemli bir X-ışını emilimini önlemek için yeterince küçük olmalıdır açıları. Tek bir Nanopartikülün EDX spektrumu görüntüleri sabit bir kazanım süresi kullanılarak olası örnek eğim açılarının tam aralığında elde edilir, bu nedenle, ölçülen karakteristik X-ışını yoğunluğu herhangi bir varyasyon yalnız gölgelendirme detektör nedeniyle olacaktır. satın alma süreleri ve bu nedenle doz, daha sonra toplam sinyal sayısı con yaklaşık olarak yani gölgelendirme telafi etmek için sonraki alımlar değiştirilmektedirtilt serisinde edinilmiş tüm spektrum görüntüler için olsun.Parçalarımın.

görüntüleme modları HAADF karşılaştırıldığında veya yılan, EDX tomografik veri toplama onun çok erken aşamalarda devam etmektedir. yüksek katı açıları ile X-ışını dedektörleri tanıtımı, genellikle iki boyutlu EDX görüntüleme için olduğu gibi EDX tomografisinin önemli bir sınırlama rağmen, düşük sinyal olduğunu. Buna rağmen, EDX spektroskopisi bazı nanoparçacık sistemleri için yılanbalığı üzerinde tutulabileceği bir avantaj oldukça büyük nanopartiküller ağır elementlerin küçük miktarlarda tespitinde bulunuyor. Büyük çok bileşenli nanopartiküller (> 100 nm) daha fazla sayar sağlamak ve daha az sorunlar spektral çakışmaları dekonvolüsyonuna ile olduğu gibi genellikle iyi EDX çalışmalara uygundur, ancak bakım küçük emilimini geçmesi yüksek enerjili X-ışını zirveleri kullanmaya dikkat edilmelidir.

Genel olarak, EDX tomografi üç boyutlu nanopartiküller içinde element dağılımları belirleme mükemmel bir yöntemdir, bussesöf önemli hasar vermeden nispeten yüksek elektron dozu dayanabilir nanopartiküller ile sınırlıdır. KÖK ve tomografik numune sahiplerinin daha fazla optimizasyon içinde X-ışını dedektörleri katı açıları daha da artar bu tekniğin daha da ilerletmek ve bireysel nanopartiküllerin karakterizasyonu önemli bir yöntem haline sağlayacaktır.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
Super-X dedektörlü	Titan G2 80-200 STEM	FEI
2020 tomografi tutucu	Fischione
200 gözenekli bakır ızgara üzerinde karbon film	Agar Scientific	AGS160
EDX Edinme yazılımı	Bruker		Esprit
Tomografik hizalama ve rekonstrüksiyon yazılımı	FEI		Inspect3D, alternatifler mevcut
Tomografik hizalama ve rekonstrüksiyon yazılım paketi	Colorado		IMOD, alternatifler mevcut
Görselleştirme yazılımı	FEI		Avizo, alternatifler mevcut
Görüntü işleme yazılımı	Gatan		Digital Micrograph, alternatifler mevcut
Görüntü görselleştirme yazılımı	Açık Kaynak		Fiji, Mevcut alternatifler
Polivinil-pirolidon	Sigma-Aldrich	856568
Etilen glikol	Sigma-Aldrich	V900208
Gümüş nitrat	Sigma-Aldrich	209139
Tezgah Üstü Santrifüj	Thermo Scientific	75007200
Yuvarlak tabanlı şişe	Sigma-Aldrich	Z41,452-2	1.000 ml
Hidrojen tetrakloroarate trihidrat	Sigma-Aldrich	520918