Chemistry
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液体細胞透過電子顕微鏡によるナノ粒子の核形成と成長に及ぼす温度の影響の研究
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Summary February 17th, 2021
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液体相電子顕微鏡実験における温度制御は、その形成または応用媒体を模倣した液体環境におけるナノ粒子の動的な研究の新たな視点を開く。最近開発された加熱液細胞を用いて、水中の金ナノ粒子の核生成および成長過程における温度の影響を直接観測した。
Transcript
温度制御は、液体細胞透過電子顕微鏡によるナノケミストリーの研究において、特に溶液中の金ナノ粒子の形成にさらなる自由度を提供する最近の開発である。この方法論は現実的な合成条件の下で環境の組成および温度を大きく制御する液体の個々のナノ構造の動態のイメージ投射を可能にする。興味深いことに、この方法は、液体環境における軟質または生物学的ナノオブジェクトの構造進化に対する温度の影響を、その形成または応用媒体を模倣することによって研究するために使用することができる。
液体TEM実験の主な成功要因は、クリーンなサンプル調製とナノ粒子ダイナミクスに対する電子ビーム効果の考慮です。液体細胞の調製のために、最初に1つのガラスペトリ皿にアセトンを、もう1つをフュームフードにメタノールで充填します。2分間メタノールに両方のチップを移動する前に、1つの小さなEチップと1つの大きなEチップをアセトンに2分間入れます。
メタノール洗浄後、エアピストルとピンセットを使用して細胞を乾燥させ、双眼鏡拡大鏡または光学顕微鏡を使用して窒化ケイ素の膜の完全性を検証します。チップがそのままの場合、プラズマはアルゴンと酸素ガスの混合物でEチップを2分間洗浄し、ガスケットOリングを液体セルホルダーにロードします。小さなEチップを液体セルホルダーに入れ、関心のある液体サンプルの約2マイクロリットルをチップに落とします。
鋭く切られたろ紙を使用して、液体液滴が平らなドームを形成するまでチップから余分な液体を取り除き、大きなEチップを下向きの小さなEチップ前面に置きます。蓋を液体セルホルダーに戻し、各ネジを徐々に締めます。フィルターペーパーを使用してチップから余分な液体を取り除き、液体セルホルダーを軸の周りに回転させ、液体がすべて取り込まれるようにします。
ポンプ場で液体セルの真空シーリングをテストします。ポンプの真空レベルがマイナス2パスカルに対して5倍10倍に達した場合、最後に窒化ケイ素の窓の完全性を確認し、液体セルホルダーを顕微鏡に積み込みます。フローモードを設定するには、目的の溶液で1つのシリンジをロードし、2つの外部ピークチューブをシリンジに接続します。
シリンジをシリンジポンプに置き、外部ピークチューブを液体セルホルダーのエントリに挿入します。液体セルホルダーの出力用に、外部ピークチューブを1つ追加挿入します。次に、毎分5マイクロリットルの流量で各注入口に溶液を注入する。
液体環境を加熱するには、加熱ソフトウェアを開き、電源を入れます。[デバイスチェック]ボタンをクリックし、[実験]タブを開きます。[手動]をクリックして手動加熱モードを有効にし、目的の温度を選択して実験に適した温度レートを変更します。
次に[適用]をクリックして、Eチップを目標温度に加熱します。シグナル対ノイズ比の良好な金ナノ粒子のラジオリシス駆動の形成を画像化するには、STEM-HAADFモードで、液体の厚さが最小である観察ウィンドウの隅付近のサンプルの手付かずの領域を特定します。なお、画像化条件は、スポットサイズ、凝縮器開口サイズ及び倍率を含む電子線量速度及び分析領域を照射する累積電子線量の後の較正を可能にする。
次に、同じイメージング条件を使用して、異なる温度でナノ粒子成長のビデオを取得します。単一ナノ粒子ナノディフショナルの場合、いくつかのナノオブジェクトのSTEM-HAADF画像を取得し、STEMxソフトウェアを使用して、画像内の個々のナノ粒子の回折パターンを取得します。これら2つのSTEM-HAADF画像系列で観察されるように、小さなナノ粒子の非常に密な組み立ての成長は、低温で観察することができる。
高温では、いくつかの大きく、顔のふれたナノ構造が得られます。STEM-HAADF画像のコントラストは金ナノ粒子の厚さに比例するため、これらの成長実験の間に形成された物体の2つの集団が観察され得る:高コントラスト3Dナノ粒子と三角形または六角形の形状と低いコントラストを有する大きな2Dナノ構造体。この方法で示されているように、自動ビデオ処理は、ナノ粒子の核生成および成長速度の測定を可能にする。
低温では、数十秒の観測内に800個以上のナノ粒子が形成され、高温で同じ時間に30個のナノ粒子しか形成されません。逆に、ナノ粒子の平均表面積は、25度よりも摂氏85度で40倍速く増加する。ここで、代表的なSTEM画像から直接選択された2つの金ナノ粒子の回折パターンが観察できる。
金指向の長い視野001および112のゾーン軸の面中心の立方体構造を識別することができる。液体細胞TEMによるナノ粒子の核形成と成長に対する温度の影響を研究するには、放射線の起点がナノ粒子形成にも影響を及ぼすため、同じ電子線量率で取得したビデオの比較が必要です。Ex sEMまたはTEM特性は、液体細胞を密封解除した後にナノオブジェクト構造をさらに解析するために行うことができる。
温度制御液体セルTEMは、固体と液体の界面で起こる他の多くの化学反応に対する温度の影響を調査する機会を提供し、材料、生命、地球科学の多くの道を開きます。
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