Situ Nanocrystal gravür çalışmaya Graphene sıvı hücre iletim elektron mikroskobu kullanarak

Özet

Grafen sıvı hücre elektron mikroskopi nanocrystal dynamics sıvı ortamda diğer sıvı hücre elektron mikroskobu teknikleri daha büyük uzaysal çözünürlük ile gözlemlemek için kullanılabilir. Gravür nanocrystals ve graphene sıvı hücre iletim elektron mikroskobu kullanarak onların şekli getirebilecek birini nanopartikül dönüşümleri hakkında önemli mekanik bilgi erken.

Özet

Grafin sıvı hücre elektron mikroskobu nano kimyasal dönüşümleri gözlemlemek sağlar ve dinamikleri tepkiler olarak sıvı ortamlarda görülür. Bu el yazması grafen sıvı hücre iletim elektron mikroskobu örneği ile grafen sıvı hücreleri altın nanocrystal gravür (TEM) deney yapmak için işlemini açıklar. Grafin sıvı hücreleri yapmak için protokol altın, karbon delikli TEM ızgaralar kimyasal buhar biriktirme grafen ile kaplama ve sonra iki grafen yüzeyler arasında sıvı kapsüllemek için o grafen kaplamalı Izgaralar kullanarak içerir. Sıvı, bu cepler nanomaterial ilgi ile bu durumda nano işlemi dinamikleri altın nanorods oksidatif dağlama görmek için elektron mikroskobu görüntüsü. Gravür tür sıvı hücresinde modüle, elektron ışını doz oranı kontrol ederek atomlar farklı özellikleri ve şekiller oluşturmak için nanocrystals nasıl kaldırılır temel mekanizmaları daha iyi anlaşılmaktadır. Grafin sıvı hücre TEM yüksek uzaysal çözünürlük, geleneksel TEM sahipleri ve düşük başlangıç maliyeti araştırma grupları ile uyumlu avantajları vardır. Mevcut kısıtlamaları hassas numune hazırlama, akış yeteneği ve elektron ışını tarafından üretilen radiolysis ürünleri üzerinde güven reaksiyonlar ikna etmek için eksikliği içerir. Daha da geliştirilmesi ve denetim ile grafen sıvı hücre Nanomalzemeler ve biyoloji her yerde bir teknik haline gelebilir ve bu mekanizmaları incelemek için kullanılmakta yöneten büyüme, gravür ve kendinden montajlı Nanomalzemeler sıvı içinde süreçleri üzerinde tek Parçacık düzeyi.

Giriş

Controllably nanocrystals¹ sentezleme ve nano tanecikleri daha büyük yapılar^2,3 içine montajı nasıl atomları ve nano tanecikleri etkileşim ve bağlama yöneten temel mekanizmaları gerektirir birlikte. İdeal olarak, çalışmalar bu nano süreçlerin karşılık gelen uzamsal çözünürlük faiz olayları gözlemlemek için gerekli olan kendi yerel sıvı ortamda yapılacak, ama bu gereksinimleri nanometre uzunluğu nedeniyle sorunlar teşkil ölçek üzerinde bu sistemleri çalışır. Araştırmacılar uzun elektron mikroskobu uzaysal çözünürlük bu işlemlerin görüntü kullanmak için istenen, ancak elektron mikroskobu sütun yüksek vakum kapsülleme sıvı çözüm⁴gerektirir. Bazı erken sıvı hücre elektron mikroskobu deneyler sıvı iki silikon nitrür membranlar^5,6,7,8, arasında kapsüllenir ve bu yöntem artık ticari olarak kullanılabilir hale gelmiştir Dinamik nano süreçler için yüntem.

Piyasada bulunan Silisyum nitrür sıvı hücre TEM sahipleri görmek ve nano^9,10,11,12 ilginç olayları çeşitli anlamak için gerekli çözünürlük hazırladık ^{, 13 , 14 , 15 , 16}. bazı ticari sıvı hücre TEM sahipleri Isıtma, akış, gibi ek yeteneklere sahip ve daha fazla elektrik bağlantıları genişletin soruşturma olması nano süreçler alemidir. Ancak, tüm bu özellikleri ile ticari sistemler yüksek uzaysal çözünürlük elde çevresinde optimize edilmiş değildir. Geliştirilmiş Uzaysal Çözünürlük gerek araştırmacılar için pencere kalınlığı azaltmak ve sıvı kalınlığı azaltmak daha az elektron ışını saçılması ve daha iyi çözünürlük¹⁷için iki olası yolları vardır. Silikon nitrür sıvı hücreleri kullanan bazı grupları penceresi ve sıvı kalınlıkları üzerinde daha fazla kontrol veren kendi windows imal. ¹⁸ bu ev yapımı sıvı hücreler azalmıştır saçılma elektron mikroskobu çalışmalar atomik çözünürlük çalışmalar^19,20,21de dahil olmak üzere büyük uzaysal çözünürlük ile sağlamıştır.

İlevler malzeme kalınlığı sıvı hücre deneyleri Uzaysal Çözünürlük olumsuz etkileyen bir yönü olduğu için Grafin gibi atomik ince, düşük-Z malzemeler malzemeler^22, Kapsüllenen ideal olacaktır ²³. grafen sayfaları hala yeterli sıvı cepler sütun basınç farkı korumak için güçlü olandır. Buna ek olarak, bu grafen sıvı hücre cepler genellikle daha fazla ulaşılabilir Uzaysal Çözünürlük Geliştirme sıvı, ince katmanları içerir. Birçok ilginç nano süreçler grafen sıvı hücrelerle nanopartikül tarafı yörüngeler ve atomik çözünürlük^{23,24,25 nanopartikül dinamikleri takip çalışmaları da dahil olmak üzere araştırdık ,26,27}. Grafen sıvı hücre tekniği istenmeyen bir avantajı bu yüksek uzaysal çözünürlük farklı TEM sahibi veya özel silikon imalat satın gerek kalmadan elde edilebilir olması. Grafen sıvı hücre tarafından kazanılan Çözünürlük atomik çözünürlük için alt-2 nm nano tanecikleri²⁵sağlayabilir, ancak aynı zamanda yüksek çözünürlük elde silikon nitrür hücreleri kullanarak deneyler büyük nano tanecikleri Ağır atomları, oluşan gerekli. Ayrıca, grafin sıvı hücre grafen kapsülleme^28,29 için esnek yapısı ve graphene azaltmak yeteneği nedeniyle elektron mikroskobu ile Biyolojik örnekler eğitim için fırsatlar açtı Elektron zararlı etkileri bazıları³⁰ışınlayın. Bu avantajlar nedeniyle grafen sıvı hücre elektron mikroskobu araştırmacılar daha fazla sayıda bu teknik araştırma ve uygulama yardımcı olabilir daha iyi anladıktan sonra Nanobilim toplumda standart bir teknik haline potansiyeline sahiptir. Bu teknik.

Kimya, nanomaterial, biyolojik ve in situ dönüşümleri Uzaysal Çözünürlük isteyen diğer alanları araştırmacılar grafen sıvı hücre elektron mikroskobu tekniği istihdam üzerinden yararlanabilir. Situ görselleştirme dönüştürme sırasında gerektiren denge olmayan işlemler için özellikle önemli bir yöntemdir. Sıvı hücre TEM teknikleri bir önemli dezavantajı hangi hassas örneklerinde istenmeyen değişiklikler neden olabilir perturbative elektron ışını³¹, radiolysis türün kuşağıdır. Araştırmacılar modelleri ışın uygulamalı kimya^31,32ölçmek denemek için geliştirdik ve bu etkileri^30,32azaltmak için stratejiler geliştirilmektedir. Grafin sıvı hücre TEM kırılgan ve sık sık zor özellikle araştırmacılar yeni tekniği için yapmak olmak ek bir meydan okuma var. Bu makalenin amacı (Şekil 1) nasıl grafen sıvı hücre TEM deneyler detaylarını paylaşmak için yapılabilir, örneğin nanocrystals tek parçacık gravür gözlemleyerek deneme ve umut verici bir biçimde o grafen sıvı cep göster deneyler, bir elektron mikroskobu erişimi olan herhangi bir grup için mümkündür. Protokol ızgaralar, sıvı hücre oluşumu, TEM kullanım için grafen sıvı hücre deneyleri ve görüntü analiz teknikleri aşındırma grafen kaplama ele alınacaktır. Damlacık boyutu gibi sıvı hücreleri yapımında kritik adımlar kapsüllü, sıvı çözüm İçindekiler dikkatli bir değerlendirme ve yalnızca doğrudan transfer grafen kullanımı tuzaklar yinelenen önlemek konusunda ek tavsiye ile kaplı önceki araştırmacılar. Grafen sıvı hücre TEM nano araştırma için gelişmekte olan bir tekniktir ve bu makale bu tekniği kullanarak başlamak yeni girenler sağlayacaktır.

Protokol

1. TEM grafen kaplamalı ızgaralar yapma

1. Kes şunu bir yaklaşık 2 cm² parça grafen bakır erken ( Tablo malzemelerigörmek) hangi uygun yaklaşık 6-8 TEM ızgaralar.
   Not: 3 - 5-katmanı kullanarak grafen tek katmanlı Grafin yerine çözünürlük kaybetmeden daha yüksek başarı oranları ile sıvı cepler saklar. Grafen bir atomik ince, düşük-Z malzeme en çözünürlük kaybı grafen sıvı hücreleri için sıvı kalınlığı üzerinden olduğu için.
2. Bir aseton yıkama (Şekil 2A) kullanarak grafen temiz.
   Not: Bu adım herhangi bir kalıntı PMMA [poly(methyl methacrylate)] sol grafen yüzeyinde biriktirme işlemi sırasında Kaldır için. tasarlanmıştır. Kullanıcı kendi grafen temiz emin ise, bu adım gerekli değildir.
   1. Bir cam Petri kabına ve aseton ile doldurun grafen bakır parça yerleştirin.
      Not: PMMA aseton içinde erir çünkü aseton kullanılır.
   2. Aseton çözüm (~ 50 ° C) çözüm düzenli olarak dönen 5 min için ısı yavaşça.
      Not: aseton ve yangın önlemek için sıcaklık izlemek için emin olun. Bu duman mahallede yapılmalıdır.
   3. Grafin bakır parça aseton yıkama servisinden cımbız ile kaldırın ve aseton yeni, temiz aseton ile değiştirin.
      Not: raspa ya da aksi takdirde grafen yüzey cımbız ile zarar değil dikkatli olun.
   4. Yıkama işlemi Toplam 3 kez tekrarlayın.
   5. Let Grafin-Tarih-bakır iyice gitmeden air-dry bir sonraki adım için.
3. Herhangi bir makroskopik kırışıklıkların (Şekil 2B) kaldırmak için grafen bakır parçası dışarı pürüzsüz.
   Not: Bu düzeltme işlemi ( Tablo reçetesigörmek) delikli destek folyoların işlenmeleri için aksesuarlar-TEM ızgaralar düzgün grafen yüzeye bağ edebiliyoruz sağlamak için gerçekleştirilir. Darbe ve kırışıklıklar üzerinde grafen bakır içinde iyi temas korumak zorlaştırabilir.
   1. İki temiz cam slayt alıp katlanmış mendil yerleştirin (bkz. Tablo reçetesi) alt cam slayt üzerinde. Silme üstüne grafen bakır parça yerleştirin. Son olarak, ikinci cam slayt üstüne yerleştirin.
      Not: doku silme çizilmemesi önlemek için (dokunaklı cam slayt) kadar grafen tarafı ile grafen bakır parça yerleştirin. Katlanmış doku yavaş yavaş kırışıklıkların itmek ve yeni kırışıklıklar katlama önlemek için kullanılır.
   2. Yavaş yavaş herhangi bir kırışıklık grafen bakır parça dışarı yumuşatma üst slayt üzerinde bastırın. Doku folds sayısını azaltmak ve presleme işlemi yineleyin. Hiçbir doku bezle iki cam slaytlar arasında son bir basarak kadar işleme devam edin.
4. Yatırmak TEM ızgaralar grafen bakır parça (Şekil 2C).
   1. Yer delikli şekilsiz karbon grafen grafen temas şekilsiz karbon ile üzerinde ( Tablo malzemelerigörmek) folyo-TEM ızgaralar aşağı çekmek.
      Not: viraj veya cımbız ile aldığın zaman TEM ızgaralar deforme dikkat et. Bent TEM ızgaralar için grafen düzgün bağlamak etmeyin. Kılavuz kenar tarafından ızgaralar alacak ızgaralar deformasyon engeller. Burada, altın TEM ızgaralar bakır bakır üzerinde grafen kaldırır adım sırasında ızgaralar aşındırma önlemek için kullanılır.
   2. İsopropanol birkaç damlacıkları ızgaralar yerleştirin.
      Not: herhangi bir ızgaralar üst üste olmak, yavaşça onları bir cımbız ucu ile ızgaralar üzerinde isopropanol koyarak sonra taşıyın. Grafin yüzeyine zarar vermemeye dikkat et.
   3. İzin bağlı bulunmaktadır 2 + emin ızgaralar yapmak s düzgün için kuru. Bu kurutma işlemi daha iyi temas grafen delikli şekilsiz karbon getiriyor.
      Not: kılavuzlar için grafen yapıştırılır olup olmadığını denetlemek için yavaşça grafen bakır parçasına almak ve ters çevirin. Yerçekimi ızgaralar kaldırmazsa onlar düzgün bağlanmış.
5. Bir sodyum Persülfat çözüm (Şekil 2B) kullanarak bakır etch.
   1. Bir çözüm ile 1 g sodyum Persülfat 10 mL deiyonize su olun.
   2. Cımbız kullanarak, dikkatli bir şekilde sodyum Persülfat çözüm bakır yüzü üzerinde grafen bakır parça yerleştirin. Sodyum Persülfat çözüm (Şekil 2B) üst parça float izin.
   3. Çözüm gecede oturan grafen kaplamalı Izgaralar ile tutun. Çözüm olarak bakır etches ve gravür (Şekil 2E) sona erdiğinde hiçbir görünür bakır grafen sayfası arkasında olacak mavi olacağını unutmayın.
6. Sodyum Persülfat temizlemek için Izgaralar yıkayın.
   1. Kayan ızgaralar çözümden kaldırmak ve koyun üstüne temiz, deiyonize ( Malzemeleri tablo için süzgeç görmek) ikinci bir kabında su.
      Not: ızgaralar kadar almak için bir cam slayt kullanarak tablolara aktarmak için en kolay yöntem içerir ve sonra onları aşağı ikinci kabında yerleştirerek su ile doldurulur. Bazı ızgaralar aktarım işlemi sırasında Petri kabına altına düşecek. Bu genellikle Grafin kılavuzundaki kırık veya aksi takdirde zarar bir işaretidir.
   2. Bu işlem tüm Sodyum Persülfat kalıntı grafen kaplamalı ızgaralar kaldırmak için 3 kez tekrarlayın.
   3. Izgaralar kadar cımbızla almak, ızgaralar grafen tarafında bir filtre kağıdı yerleştirin ve koyup kuruyuncaya kadar bırakın.
      Not: kılavuzlar kez cımbız kapiller kuvvetleri nedeniyle kalan su sopa gibi bu son transferi dışında su yıkama zor olabilir.

2. sıvı hücre yapma cepler

1. İki grafen kaplı TEM ızgaralar alıp bir cam slayt üzerinde yukarı grafen yan yerleştirebilirsiniz. Küçük Cerrahi neşter bıçak kullanarak, TEM ızgaralar grafen kaplı, yaklaşık 1/4 1/8 (Şekil 3A) kılavuzunun çevrenin birini kenarından kesti.
   Not: kılavuzlar biri kesme grafen iki kılavuzlar formu cepler için daha iyi grafen grafen etkileşim sağlamak için yakın temas içinde getirmek için onaylanmadığına karar.
2. Çözüm kapsüllenmiş için hazırlamak.
   Not: Deney asitle nanocrystal belirli çözümdür.
   1. Tris arabellek HCl çözüm deiyonize su ile 10-100 mM arasında bir konsantrasyon yaptırın.
      Not: Biz sulu metalik nanopartikül çözümleri hazırlamak için daha fazla çalışmaları neden Tris HCl tampon anlamak için gerekli, ancak daha yüksek bir başarı oranı istikrarlı cepler için HCl açar Tris arabellek istikrarlı cepler olun yardımcı bulduk. Tris arabellek Bankası ya da her ikisi de çok daha düşük başarı oranları cep oluşumu bu durumda var gibi hiçbir Tris tampon kullanıyor. Her solvent ve örnek büyük olasılıkla istikrarlı oluşturan koşullar cepler okudu kimya engellemeden sırasında değil bulmak için en iyi duruma getirme gerektirir. Kısa bir anket edebiyat Orto-dichlorobenzene/oleylamine (9:1 oranı),²³ 0.5 x Tris-bor-EDTA (TBE) ve 200 mM NaCl çözüm,³³ ve sulu 0.15 M NaCl çözüm³⁰ yanı sıra sulu Tris arabellek HCl ile başarı gösterir Burada sunulan sistem.
   2. 40 mM FeCl₃ çözüm HCl 1.8 µL mL su başına deiyonize su bir çözüm yapmak.
      Not: Bu gravür deneme için etchant FeCl₃ ' tür. Diğer deneyler bağlı olarak gerçekleştirilen deney farklı çözümler ekleyebilirsiniz.
   3. Altın nanorods yapmak ve nanorod örnek^1,34temizlendikten sonra konsantre.
   4. 0,01-0.1 0.15 mL karışımı mM Tris arabellek HCl, 0.1 mL HCl içinde 40 mm FeCl₃ ve nanorods 10 µL.
3. ~0.5 µL damlacık sigara kesimli grafen kaplı TEM ızgara üzerinde kapsüllenmiş çözümün koyun. Böylece kılcal kuvvetler TEM ızgarası (Şekil 3B) almak mı damlacığı yerleştirerek süre TEM kılavuz kenar tutmak için bir cımbız kullanın.
   Not: damlacığı olabildiğince küçük yapmak ve bunu olarak ızgarayı mümkün olduğunca ortasına yakın yer dikkat et.
4. Hızlı ve dikkatli bir şekilde grafen kaplı TEM kılavuz damlacığı üstüne kesmek köşe yerleştirin; Amaç ilk kılavuzunun üstünde dururlar (Şekil 3 c) sıkışmış hiçbir sıvı ile dinlenmek için gelip ikinci kılavuz sahip olmaktır.
   Not: zaten kendi kendine kapanma cımbız yerleştirilen ikinci kılavuz sahip bu süreci daha hızlı ve daha kolay yapabilirsiniz. Bu tartışmalı oluşabilir birçok olası hataları ile sıvı hücre oluşumu sürecinin en zor adımdır. Cımbız iki ızgaraları arasında sıkışır gibi üst kılavuz ayarlama cımbız kaldırılırken bir mücadeledir. Genel olarak, aşağı üst TEM kılavuz bir kenarına yerleştirerek ve sonra yavaş yavaş grid salıverme en iyi çalışır. Sıvı cam slayt üzerinde eğer, o zaman cepler muhtemelen düzgün mühür değil olduğunu unutmayın.
5. Grafin sıvı hücre cepler form izin için 5 dakika bekleyin.
   Not: Bazı buharlaşma sıvı cepler şekillendirme, ama bir kez bir hermetik mühür kurdu, hiçbir ek sıvı kaybı olasıdır oluşabilir. Her tür çözümde göreli konsantrasyonları sabit kalması gerekir.
6. Örnek için TEM görüntüleme için getir.
   Not: Araştırmacı araştırmacı sızdırmazlık için bir kenara zaman değişebilir. Deneyler aşındırma için sıvı hücre için TEM getirerek önce daha az zaman öncesi gravür önlemek için arzu edilir.

3. yükleme ve Graphene sıvı hücre görüntüleme

Not: standart prosedürler kullanım kılavuzunda bulunan transmisyon elektron mikroskobu işlemi takip. Her TEM-ecek-si olmak farklı hizalama işlemleri.

1. Yer grafen sıvı hücre tek bir geleneksel TEM eğimli tutucu (Şekil 4).
   Not: Çift gibi diğer standart sahipleri sahipleri eğimli veya sahipleri Isıtma de kullanılabilir. TEM kılavuz güvenliğini sağlamak için bir vida gibi mekanizma kullanın sahipleri grafen sıvı hücre yok eder bir kesme kuvvetleri içeriyor olabilir.
2. TEM tutucu TEM sütuna yerleştirin.
   Not: bu yana grafen sıvı hücre sıvı yok rezervuar ile küçük bir birimi içerir ve ayrı cepler vardır, titizlikle silikon nitrür sıvı hücre deneyleri gibi sızdırıyor denetlemek için gerek yoktur. Grafin sıvı hücre cep patlama olsa bile, çok az miktarda sıvı yayınlanır ve böylece TEM vakum sistemi çökme durumu vardı değil.
3. Nano tanecikleri ve şekilsiz karbon örnek düzgün TEM kiriş (silah tilt, kondansatör diyafram hizalama ve kondansatör stigmation) hizalayın ve (Z-yükseklik ayarı, nesnel stigmation, rotasyon ortaya hizalama ve sapmaları görüntü için kullanın düzeltici) varsa ayarlama. Sonra sahibi ışın yolundan kaldırın ve elektron ışını doz oranı kalibre.
   1. TEM filaman en az 20 dk önce izin vermek için kalibrasyon için tekrarlanabilir doz hızları dengelemeye açmak; Bu bekleme süresi TEM sistem ve elektron silahıyla boş türüne bağlı olarak farklı olabilir.
      Not: Seçim microscopists sık sık doz oranı birim zamanda (e^-/Ųs) başına birim alan başına teslim elektron sayısı başvurmak için kullanın. Radyasyon Kimya toplumda bu akı yoğunluğu bilinir ve doz hızı enerji birimi saat başına birim alan başına absorbe miktarı olarak tanımlanır. Enerji bir örnek tarafından emilen miktarda sıvı hücreleri bulundu karmaşık geometriler için zordur ve TEM topluluğu ile tutarlılık sağlamak için biz elektron birim saat başına birim alan başına başvurmak için doz oranı kullanmayı tercih hesaplanması beri.
   2. Işın izleme ekranı (Şekil 5A) kullanarak deney için gerekli en yoğun tutara, yüksek doz oranı, yoğunlaşmak. Okumak dışarı ve lens için Yoğunlaştırılmış ışını geçerli Kaydet.
      Not: 3.3.2 3.3.5 adımlar için ikinci kondansatör (C2) lens ile teslim edilen elektron doz oranı geçerli kalibre TEM kondansatör sisteminin kontrolü aldığı özel dijital test komut dosyası yazılmıştır. Bu araştırmacı tekrarlanarak elektron doz oranı deneme sırasında rasgele değerlere ayarlamak izin verir.
   3. Çoğu yayılma miktarı, en düşük doz oranı, görüntüleme ekranı (Şekil 5B) kullanarak deney için gerekli ışın yaymak. Okumak dışarı ve objektifin yayılan ışını için geçerli Kaydet.
   4. Kondansatör objektif akımları çeşitli 10 eşit aralıklı değerleri bölmek ve CCD kamerayla görüntüleri her kondansatör objektif değer için toplamak.
   5. CCD sayıları her lens için geçerli CCD duyarlılık ve büyütme ayarı'nı kullanarak oranı doz dönüştürün.
   6. Veri elektron akı farklı lens akımları bir kalibrasyon eğrisi olun Bu kalibrasyon eğrisi deneme geri kalanı için elektron ışını istenilen akı için kontrol etmek için kullanın.
   7. Örnek ışın yola tekrar takın.
4. Doz hızı düşük (genellikle yaklaşık 20 e^-/Ųsn) tutarken nano tanecikleri sıvı ceplerine aramaya başlar.
   Not: doz oranı düşük tutmak nano tanecikleri nano tanecikleri için arama sırasında gravür engeller.
5. Ne zaman bir nanopartikül sıvı bir cebinde buldum, düşük doz oranı korunarak nanopartikül odaklanmak ince ayar.
   Not: bir nanopartikül sıvı bir cebinde olup olmadığını belirlemek zor olabilir, ancak kabarcıklar varlığı veya parçacıkların hareketi kez kararlı bir sıvı cep iyi bir işaret. Bazen, sıvı yerine, son derece yavaş hareket kabarcıkları ile çok yoğun bir jel cepler benzer. Bu gibi durumlarda buharlaşma sıvı mühürsüz cepler veya grafen çatlaklar nedeniyle büyük olasılıkla nedeni değildir. Bu jelleri hiçbir hareket ve sıvı ortamlarda hızla hareket ve şekil değiştirme kabarcıkları ile ile birbirinden ayırt etmek oldukça kolaydır. Bazı buharlaşma iyi sıvı hücre cepler oluşumu sırasında olabilir ama Reaktanları arasındaki göreli konsantrasyonları sabit kalır.
6. Kalibrasyon eğrisi (3.3 Bunun için bkz. adım) kondansatör objektif istenen dozda hızı (Şekil 5 d) için geçerli ayarlamak için kullanın.
   Not: Şirket içinde bir komut dosyası kondansatör objektif geçerli ve görüntü edinme parametreleri ayarlamak için kullanılır
7. Zaman seri TEM doz oranı ve saat damgaları görüntü dosyasında gömülü meta veriler ile toplama başlar.
8. Parçacık bittikten sonra gravür, ışın yaymak ve diğer nano tanecikleri sıvı ceplerine arıyorum başlar.
9. Videolar aşındırma nanopartikül yeterli miktarda toplanan TEM tutucu standart TEM prosedürleri aşağıdaki TEM kaldırdığınızda. TEM tutucu grafen sıvı hücreden al.
   Not: Tipik bir görüntüleme seans yaklaşık 30 videoları alınan yaklaşık 2-3 saat sürmektedir. Kullanılabilir veri ile video sayısı cepler kalitesini ve deney aşındırma türü bağlıdır.

4. görüntü analizi hesaplama yazılımı kullanarak TEM videoları

Not: Beri TEM videoları 3 boyutlu şekillerin 2 boyutlu projeksiyonlar, dikkatli görüntü analizi gravür oranları ayıklamak için veya değişiklikleri şekil olması gerekiyor.

1. Bir AVI video dosyalarını ImageJ kullanarak biçimlendirme ve hesaplama yazılımı içine avı videoları alma yerli DM3 dönüştürmek ( Tablo malzemelerigörmek).
2. Her nanorod video her çerçevede analiz.
   1. Nanorod anahat eşik görüntü (Şekil 7A) belirlemek.
      Not: Metalik nano tanecikleri yüksek kontrast görüntü analizi kolaylaştırır. Sistemleri daha düşük kontrast ile çalışmak için ek filtreler eşik önce gerekli olabilir.
   2. Nanorod Anahattan en yakın uygun elips (Şekil 7B) birincil ve ikincil ekseni belirleyin.
      Not: birincil ve ikincil eksen belirlemek için Dahili görüntü analiz yazılımı bir elips şekli olduğunu varsayar. Bir elips değil, bir nanorod için bu değerleri nano tanecikleri boyutlandırırken kullanılmamalıdır.
   3. Nanorod anahat iki yarısı (Şekil 7C) kesmek için büyük ekseni kullanın.
   4. Her bu yarısı ile cilt ve o anahat Binbaşı ekseni etrafında döndürerek kapsıyordu şeklinin yüzey alanı belirler.
      Not: Bu diferansiyel ve integral hesap yöntemi bazen halkalar yöntemi olarak adlandırılır. Nanorod Binbaşı ekseni etrafında simetrik ise analiz bu yöntem biricik inşaat. Birimler ve yüzey alanlarını karşılaştırmak için iki yarısı sahip nanorod gerçekten dönme bazı güvence sağlar simetrik.
3. Ses ve video her çerçeve için nanorod yüzey alanı çekme sonra derlemek ve verileri yorumlamak.
   Not: Bu anahat oluşturma yöntemi aynı zamanda tanımlanmış şekilleri ile nanocrystals yönleriyle analiz sağlar.

Sonuçlar

Bir nanorod altında 800 bir elektron ışını doz oranı aşındırma temsilcisi bir video kareleri e^-/ Ųs Şekil 6' da gösterilmiştir. Yaklaşık 20 çözüm gerektirir s oksidatif gravür geçiren nanorod başlamadan önce ışın aydınlatma. Gravür nanorod başladıktan sonra nanorod da sabit bir en boy oranını korur sırada kaldırma atom oranı sabit kalır. Nanorods genellikle bu boyutu²⁴nano tanecikleri kullanarak önceki sıvı hücre TEM çalışma ile tutarlı olan önemli hareketi sırasında videolar var mı. Bu yana nano tanecikleri çok hareket etmiyor, kabarcık üretimi ve kabarcık hareketi genellikle bir nanopartikül sıvı bir cebinde olup olmadığını belirlemek için en iyi yolu değildir. Nanorod küçük hale geldikçe, dönen nanorod başlar ve bu teyit odak düzlem nanorod ve dışarı hareket içinde sıvı bir ortamdır.

En yaygın grafen sıvı hücreleri sıvı istikrarlı cepler kapsüllemek için yetersizlik başarısızlıktır. Bazen bu hava kabarcığı yok ve hiçbir nanopartikül hareket veya boyut değişikliği tarafından karakterize cepler tamamen kurumaya yol açabilir. Ayrıca, bir cep sıvı ve kabarcıklar ile başlayan ancak daha sonra tamamen nanopartikül etches önce kurumasına. Genellikle iyi bir sıvı hücre için her cep için yaklaşık 2-3 dk gravür doz oranı az kararlı ve cep kurutma sadece büyük nano tanecikleri veya yavaş gravür işlemleri için bir sorun haline gelir. Bazen, sıvı bir cebinden buharlaşır ve jel gibi çözüm bir çok yüksek tuz konsantrasyonu ile geride. Bu jellerin genellikle ne zaman çözüm yüksek karşıtlık nedeniyle Imaging kolayca belirgin olduğu ve son derece yavaş hareketi kabarcıklar ve parçacıklar. Bu jel benzeri çözümler toplanan verileri güven olmaz.

Sıvı hücre TEM veri topladıktan sonra videolar nanopartikül aşındırma ile analiz edilir. Birimler, yüzey alanlarını ve esaslarını (varsa) elde edilebilir ve daha fazla (Şekil 7) değerlendirilir. Bir kurutma bir cep gravür zamanla oranı birim zamana karşı komplo cep kararlılığını ve verilerin güvenilirliği ile kontrol etmek için etkili bir yöntem olabilir bu yüzden yavaş aşağı önemli göstergesidir. Diğer suboptimal sonuçlar simetrik olmayan gravür gösterge inhomogeneous cep içindekiler ve demir hidroksit türlerin Demir klorür etchant gelen istenmeyen yağış içerir. Genel olarak, en önemli başarılı grafen sıvı hücreleri tekrarlanabilir nanocrystal dynamics için birden fazla nano tanecikleri ve sıvı cepleri üzerinde yol açar kararlı bir sıvı ortam anahtarıdır.

Resim 1 . Şematik grafen sıvı hücre TEM tekniği. (A) graphene sıvı hücre bir araya getirmek için bir damlacık çözüm bir grafen kaplı delikli karbon TEM ızgara üzerinde yer alıyor. İkinci kılavuz grafen kaplı bir cep oluşturmak için damlacık üstüne yerleştirilir. Bu görüntü ölçek ve sıvı damlacık olmadığına dikkat edin yaklaşık % 33 çok büyük olduğunu. (B) şeması altın nanorods TEM görüntüleme sırasında sıvı bir cep vınlamak içinde. Bu çizgi film değil ölçekli da sağlar. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Resim 2 . Grafin yapmak için işlem kaplı TEM ızgaralar çıkarma makroskopik kırışıklıkları grafen üzerinde bakır iki cam slayda düzleştirme tarafından sıcak aseton (B) üzerinde grafen bakır yıkama (A) parça. Bir doku yeni kırışıklıkların kat değil böylece grafen bakır parça altında yer alıyor. (C) amorf delikli karbon TEM ızgaralar grafen dokunmadan TEM ızgaralar şekilsiz karbon tarafı ile grafen üzerinde bakır yerleştirerek. (D) bakır/grafen/TEM ızgaralar sodyum Persülfat etchant üzerinde yüzer. Bu ızgaralar bakır kaldırır. (E) grafen gravür bakır kapalı sonra TEM ızgaralar kaplı. Mavi bir çözümdür ve kalmadı bakır grafen kaplamalı ızgaralar. Boyutu başvuru için cam Petri kabına çapı yaklaşık 6 cm ve cam slayt 7.5 cm 2,5 cm. tarafından Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 3 . İşlem grafen sıvı hücreleri (A) yapmak için bir cam slayt üzerinde bir kenar ile hazırlanan iki grafen kaplı TEM ızgaralar kesmek bir kapatın. Kılavuz kesmek için kullanılan cerrahi neşter üzerine ise şu görüntünün. (B) çözüm üzerinde bir grafen kapsüllemenin damlacık kılavuz kaplı. Üst kılavuz üzerinde damlacık büyüklüğü çok uygun ve güzel bir boncuk grafen üzerinde yaptı. Alt ızgara üzerinde damlacık grafen bir çatlak yüzünden Grafin üzerinden kanadı. (C) ikinci grafen kaplı ızgara damlacık çözüm ile ilk ızgara üzerine yerleştirilir. Bu grafen sıvı hücre şimdi bir TEM yüklemek hazırdır. Boyut için cam slayt 7.5 cm 2,5 cm. tarafından başvurudur Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 4 . Grafin sıvı hücre Standart tek tilt TEM yuvasına yükleniyor. Aynı şekilde normal TEM kılavuz içinde sahibinin uygun standart bir tek-tilt TEM sahibi grafen sıvı hücre uyuyor. Boyutu başvuru için TEM kılavuz 3 mm. çapında Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 5 . TEM ışını denetim. (A) yoğunlaştırılmış elektron ışını floresan ekran kullanarak doz oranı kalibrasyon için. (B) doz oranı kalibrasyon için genişletilmiş elektron ışını floresan ekran kullanarak izlendi. Bu nedenle elektron ışını çok zayıf olduğunu elektron alan birim zamanda ücret azaltmak gibi yoğunluğu azalır. (C) kalibrasyon eğrisi elektron ışını doz oranı geçerli kondansatör lens ile ilgili. Bu kalibrasyon eğrisi görüntüleme sırasında ışın doz oranı kontrol etmek için kullanılır. (D) nano tanecikleri grafen sıvı hücrelerdeki TEM videoları toplarken parametreler kullanıldığında. Her parametre için kullanılan belirli değerleri yansıma malzeme bağlı olarak değişebilir ve çözünürlük gerekli. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 6 . Altın nanorod bir grafen sıvı hücre cebinde aşındırma. 800 doz sıklığı altında aşındırma bir altın nanorod bir temsilcisi TEM video karelerinin e^-/ Ųs. Hiçbir gravür ilk bir süre sonra nanorod sabit bir oranda etches. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 7 . Video karelerinin analiz yöntemi (A) eşik görüntü analiz yazılımı kullanarak nanorod özetleyen. (bkz. Tablo malzemeleri) Bu arka plandan nanopartikül ayıran ve kantitatif analiz için bir şekil sağlar. (B) nanorod birincil ve ikincil eksenleri belirleniyor. (C) her açılan 2B anahat yarısı Binbaşı ekseni boyunca kesin. Bu ana hatlarını kullanarak, 3-b şekil anahattı x ekseni çevresinde döndürerek yeniden. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Tartışma

Grafin sıvı hücre elektron mikroskopi nanocrystal büyüme hakkında mekanik bilgi sağlayabilir ve grafen sıvı hücreleri yapmak zor ve hassas olabilir, ama yüksek uzaysal çözünürlük ile aşındırma, teknik detay için dikkat gerektirir kullanılabilir veri ayıklamak. Grafen sadece yarım çeyrek yapılmış sıvı hücre için sıvı hücreleri başarıyla yapmak bile geniş antrenmandan sonra sıvı çözüm kapsüller. Sıvı hücre şekillendirme kritik adımı üstünde tepe-in sıvı damlacık ikinci kılavuz çiziyor. İkinci kılavuz çok çok uzakta-merkezi ve çok büyük bir damlacık başlayarak bırakarak iki ızgaraları arasında sıkışmış cımbız almak yaygın hataları içerir. Grafin sıvı hücreleri Meclisi hassas ve ince motor becerileri gerektirir beri genellikle başarılı bir şekilde sıvı cepler yapmak için pratik ister. Grafin kaplı TEM ızgaralar gider nedeniyle, yeni grafen sıvı kullanıcılar ilk uygulama verme sürecinde para kazanmak için geleneksel bakır, amorf karbon TEM ızgaralar sıvı hücre hücre önerilir.

Bir araştırmacı her adım vasıl belgili tanımlık son örnek Imaging kadar başarılı olmuştur ve graphene tırmalamak gibi hatalar, fark edilmeden gidebiliriz bilmiyorum çünkü sıvı hücreleri için başarısızlık nedenleri belirlemek zor olabilir. Araştırmacı hemen sıvı grafen sıvı hücreden dışarı sızıntı göreceksiniz çünkü tanımlamak için en kolay hata yanlış bir derlemedir. Grafin çatlama gibi bakır ızgaralar grafen yapma ile ilgili sorunlar kesin olarak belirlemek zor olabilir. Grafen kalitesini öncesi ve sonrası Raman spektroskopisi kullanılarak TEM ızgaralar kaplama kontrol edilebilir, ama grafen genellikle bu test ettikten sonra kullanılamaz. Ayrıca, araya koymak ediliyor grafen iki yüzü düzgün bir mühür Van der Waals kuvvetleri aracılığıyla oluşturmak için temiz olması gerektiğinden doğrudan transfer grafen kullanılması önemlidir. Grafin kaplamalı ızgaralar polimer transfer yöntemleri yapma polimer kalıntı birlikte bağ bekleniyor grafen tarafında bırakabilir. Doğru prosedür doğru TEM Izgaralar kullanarak izlediyseniz, başarı grafen sıvı hücre ile genellikle grafen ve Izgaralar montaj ve üretim sırasında ilgilenmedikleri nedeniyle olmaması.

Grafin sıvı hücre olabilir bir çok ince kapsülleme malzeme kullanarak mevcut sıvı hücre TEM teknikleri TEM gelişmeler yüksek çözünürlüklü ve faset yörünge izleme deneyleri çok daha kolay hale herhangi bir geleneksel TEM tutucu kullanılan. Ticari silikon nitrür membran sıvı hücreleri çözünürlüğü ile model ve nanocrystals graphene sıvı hücresinde aşındırma tarafından elde edilebilir kinetik bilgi çoğunu kaybettim olurdum. Sıvı hücre TEM deneyler da varolan tek üzerinde gerçekleştirilebilir grafen TEM tutucular pahalı yeni özel sahipleri ihtiyacını inkâr eğ. Ayrıca, grafin sıvı hücre içinde gerçekleştirilecek sıvı hücre deneyleri için izin veren standart TEM kılavuz örnekleri nerede sahipleri (Isıtma, tilt, soğutma, soguk, cathodoluminescence) gelişmiş kabul eden herhangi bir sahibi koyabilirsiniz silikon nitrür sıvı hücreleri tasarlanmıştır değil. Buna ek olarak, grafin sıvı hücreleri cepler gibi diğer sıvı hücre TEM teknikleri rüptürü Eğer TEM sütun vakum çökmesini riski teşkil. Grafin sıvı hücre nanocrystal alanlarındaki her yerde bir teknik henüz olmasa da, onun rahatlık-in kullanma ve uzaysal çözünürlük-ecek yapmak o içinde belgili tanımlık gelecek çok daha yaygın olarak kullanılan.

Onun pek çok avantajı ile grafen sıvı hücre TEM gerçekleştirilen deneyler türleri üzerinde kısıtlamalar bulunmaktadır. Bazı sıvı çözümünde, konsantrasyon bile elektron ışını etkileri dikkate almadan tam olarak belirlemek zordur formu, cepler gibi buharlaşır. Silikon nitrür akışı hücreleri daha fazla ölçülebilir öncesi ışın konsantrasyonları ve büyük, tek sıvı katmanları avantajı var ve bu yüzden grafen sıvı hücreleri de rasgele boyutları, yükseklikleri ve küçük cepler, dağılımları var. Bu çalışmada açıklandığı gibi yalnızca önceden yüklenmiş örnekleri kimyasal reaksiyonlar tetiklemek için başka çözümler akmasını mümkün değildir bu yüzden TEM grafen sıvı hücre kullanılarak görüntülenebilir. Elektron ışını etkileşim sıvı çözüm tarafından oluşturulan radiolysis bir tepki başlatmak için kullanılan tetiği tek türdür. Her ne kadar henüz gösterdi değil, termal olarak başlatılan işlemler standart Isıtma sahipleri kullanarak grafen sıvı hücreleri tetiklenen olabilir. Elektron ışını kaynaklı radiolysis etkileri hala tam anlaşılır ve kontrol etmek zor olabilir. Araştırmacılar ışın etkileşim^31,32sonra sıvı hücre cepler içeriğini belirlemek için kinetik modelleri geliştirdik ama doğruluklarını model ve herhangi bir bilinmeyen toplama dahil reaksiyonlar sayısı sınırlıdır kurutma nedeniyle değişiklikleri. FeCl₃, Tris arabellek ve hatta grafen³⁰, gibi birçok tepki tür karmaşık ilk cep içeriğiyle tam olarak kinetik bir modeli kullanarak anlamak zor olabilir. Bir diğer dezavantajı sıvı hücre elektron mikroskobu dinamik süreçler sırasında oluşan kristaller bileşimi karakterize zor olmasıdır. Örneğin, uygulamasının sistemleri büyüme deneylerde yeni nanocrystals amorf veya bölge ekseninde değil ise ne aşama veya tür büyüyor ayırt etmek mümkün olmayabilir. Bu neden bir bilinen bölge ekseninde oturan bilinen bir kompozisyon önceden biçimlendirilmiş nanocrystals asitle arzu edilir bir başka nedendir. Son olarak, hala bazı argümanlar kiriş kaynaklı tepkiler grafen sıvı hücrede ex situ reaksiyonlar bir balonun içinde koşullarını yansıtmaz vardır.

Gelecekteki grafen sıvı hücre deneyleri de yeni TEM kullanma için daha da ilerler iken bazı bu endişeleri hafifletmeye yardımcı olacaktır sonda nanocrystals temel gizemleri. Bağdaşık ex situ nanocrystal sentezi ve gravür deneyler sıvı hücre TEM deneylerde görülen mekanizmalarına corroborating önemli olacaktır. Ayrıca, araştırmacılar akış yetenekleri grafen sıvı hücre TEM³⁵ ' e ekleyerek çalışmaya başladık ve graphene dizileri de dahil olmak üzere daha fazla kontrollü cepler³⁶ yapma sıvı hücreleri lithographically kullanarak delik³⁷hazırladı. Elektron mikroskobu çözünürlük ve kamera hız gelişmeler grafen sıvı hücre atomik dynamics nanocrystal dönüştürmeler sırasında eğitim daha da güçlü hale getirecek. Sıvı küçük cepler grafen gibi atomik ince bir malzeme elektron mikroskobu kullanmak için potansiyel uygulamalar vardır ve hiç şüphesiz bir elyaf Nanobilim araştırma gelecekte olacak.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
2-propanol (İzopropanol)	Sigma Aldrich	190764-4L
Aseton	Fisher	Kimyasal A949-4 HPLC Sınıfı
FeCl3	Sigma Aldrich	44944-250g
Altın Kantifioil, Amorf Karbon TEM Izgaraları	SPI Malzemeleri	4230G-XA	300 Mesh Altın, R1.2 / 1.3- Genellikle geri sipariş
Grafen	ACS Malzemeleri	GnVCu3 ~ 5L-4x2in	Bunu sadece bir tarafta grafen elde etmek için özel olarak sipariş ediyoruz. Çift taraflı ürün numarası CVCU3022'dir. Genellikle, Grafen Sıvı Hücreleri yapmak için 3-5 katmanlı grafen kullanırız. Araştırmacıların sıvı hücreleri için tek katmanlı grafene ihtiyaçları varsa, son zamanlarda Grolltex kullanıyoruz
Hot Plate	IKA	C-MAG HS 7 Dijital
Hidroklorid Asit	Fisher Chemical	7647-01-0
Kimwipe Dokular	Kimberly-Clark	34120
Matlab	Mathworks
Millipore Su Filtresi	Kırlangıç
Sodyum Persülfat	Sigma Aldrich	71890-500g
Cerrahi Neşter Bıçağı	Swann-Morton	No. 6
TEM	FEI	Tecnai T20 S-Twin	TEM'in doz oranı kalibrasyon prosedürlerine izin vermek için kamera edinme yazılımına bağlanması gerekir.
Yerinde veri toplama için TEM Cameara	Gatan	Orius SC200	C2 lens değerini doz oranına göre kalibre etmek ve yerinde veri kümelerini toplamak için özel dijital mikrograf komut dosyaları (evde yazılmıştır)
TEM Tek Eğimli Numune Tutucu	FEI
Tris(hidroksimetil)aminometan hidroklorür (Tris Tamponu HCl)	Fisher Biotech	1185-53-1
Cımbız	Excelta	7-SA