Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking...

来自 : www.jove.com/t/56...?language= 发布时间：2021-03-24

Protocol Log in or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. nano tanecikleri sentez

Platin nano tanecikleri sentezi amonyum hexachloroplatinate(IV) birleştirmek 17,75 mg ((NH 4) 2 Pt (IV) Cl 6), 3.72 mg Amonyum tetrachloroplatinate(II) ((NH 4) 2 Pt (II) Cl 4), tetramethylammonium bromür, poly(vinylpyrrolidone) 109 mg 115.5 mg (MW: 29.000) ve 10 mL 100 mL 3-boyun yuvarlak alt şişesi bir heyecan çizgiyle etilen glikol Kauçuk septum ile donatılmıştır. Şişeye reflü kondansatör ile donatmak ve vakum altında tasfiye. 1000 devir / dakikada bir manyetik heyecan çizgiyle tepki karışımı heyecan. 180 ° C de 10 ° C/dak argon akışı altında bir oranda Isıtma manto tepki karışıma ısı. 20 dk (180 ° C) sıcaklık sürdürmek. Çözüm koyu kahverengi renk olur. Oda sıcaklığına kadar soğumasını bekleyin için Isıtma manto şişeye kaldırmak. Ürün 50 mL santrifüj tüpü aktarın. Aseton 30 mL nano tanecikleri çökelti ve örneği \' 2.400 x g 10 dakika süreyle santrifüj kapasitesi için ürün için ekleyin
Not: güvenliğiniz için bir duman mahallede bu işlem gerçekleştirilmelidir. Süpernatant atmak ve 10 mL etanol ile siyah çökelti yeniden dağıtmak. 30 mL toluen ürünüyle çökelti ve süspansiyon 2.400 x g 10 dk. atmak için de süpernatant santrifüj kapasitesi ve 10 mL etanol ile siyah çökelti yeniden dağıtmak. 3 kez bu işlemi yineleyin. Oleylamine 5 mL için Platin nano tanecikleri ekleyin ve dispersiyon 100 mL yuvarlak alt kabı transfer. Gecede ligand Satım tepki gerçekleşmesi izin vermek için 1000 devirde manyetik karıştırma altında dağılım cezir. Ligand değiş tokuş nano tanecikleri eriyik--dan onları ayırmak 30 dk için 10.000 x g, santrifüj kapasitesi. Süpernatant atmak ve platin nano tanecikleri 10 ml toluen, hekzan veya kloroform gibi hidrofobik bir çözücü dağıtmak. Kurşun selenit nano tanecikleri sentezi kurşun oleat hazırlanması kurşun asetat trihidrat (Pb(Ac) 2 ·3H 2 O) 758 mg, oleik asitin 2.5 mL ve Difenil eter 10 mL Kauçuk septum ile donatılmış 100 mL 3-boyun yuvarlak alt şişesi bir heyecan çizgiyle. Şişeye reflü kondansatör ile donatmak. 70 ° C 2 h için vakum koşul altında karisimin degas ve 1000 rpm bir manyetik heyecan çizgiyle karıştırın. Şişeye argonla temizlemek ve sonra oda sıcaklığında soğumaya. Trioctylphosphine selenit (TOPSe) hazırlanması ayrı bir gemi içinde birleştirmek 474 mg selenyum ve trioctylphosphine (üst) bir torpido etkilenmemek reaktifleri, hava için kullanmak bir inert atmosfer altında 6 mL. Ultrasonication 110 W, 40 kHz, at tarafından top selenyum toz olur ve çözüm gözle görülür saydam hale gelene kadar bir girdap Mikser kullanarak karıştırın. Ayrı 250 mL 3-boyun yuvarlak alt şişeye Difenil eter 30 dakika süreyle 1000 devirde manyetik karıştırma ile vakum koşul altında 120 ° C\'de 15 mL degas Şişe argon ile tasfiye ve 230 Difenil eter ısı ° C. Kurşun oleat ve TOPSe çözümleri hızla Önceden ısıtılmış Difenil eter enjekte. Sıcaklık enjeksiyon üzerine bir dereceye kadar düşecek. Yaşlanma sıcaklığı ayarlamak için 170 ° C. Karışımı ile kurşun selenit nano tanecikleri gerçekleşmesi için büyüme sağlamak için güçlü karıştırarak 10 dakika 170 ° c sıcaklık sürdürmek. Oda sıcaklığına kadar soğumasını bekleyin için Isıtma manto şişeye kaldırmak. İki 50 mL santrifüj tüpleri hazırlayacak ve ürün eşit birime bölmek ve tüpler için transfer. Nano tanecikleri çökelti ve süspansiyon, 2400 x g 10 dakika süreyle santrifüj kapasitesi her tüpün 30 mL etanol ekleyin Süpernatant atmak ve 10 mL toluen ile siyah çökelti yeniden dağıtmak. 30 mL etanol ile ürün çökelti ve süspansiyon 2.400 x g 10 dk. atmak için de süpernatant santrifüj kapasitesi ve 10 mL toluen ile siyah çökelti yeniden dağıtmak. 3 kez bu işlemi yineleyin. Süpernatant atmak ve kurşun selenit nano tanecikleri 10 ml toluen, hekzan veya kloroform gibi hidrofobik bir çözücü dağıtmak.

2. Sıvı-hücre üretim

silikon Nitrür sıvı-hücre ( şekil 3a ) ifade silikon Nitrür tabakasının düşük stres silikon Nitrür film üzerine 100 depozito µm kalınlığında silikon gofret (4 inç) 835 ° C ve basınçla 100 sccm dichlorosilane ve 50 sccm amonyak akışının 140 mTorr alçak basınç kimyasal Buhar biriktirme (LPCVD) tarafından. ~ 25 yaşında silikon Nitrür tabakasının kalınlığı kontrol ifade zaman değişen tarafından nm. Birikim hızı 2.5-3.0 nm/min, ama biraz her CVD için değişir. Üst ve alt cips
Not: 25 microfabrication işleminin ayrıntılı bir açıklaması için başvurmak için lütfen bakın. Spin kat 10 mL silikon Nitrür/silikon gofret için 30 3000 rpm\'de üzerinde olumlu fotorezist s, gofret tamamen ıslak için yeterli fotorezist kullanma.
Not: Ultrathin silikon gofret iplik sırasında kolayca kırılır. Biz genellikle 500 kalınlığı ile ultrathin gofret başka bir silikon gofret üzerinde eklemek µm fotorezist kullanarak kırılma kaçının. Spin-kaplama sonra ince gofret aseton daldırma kalın gofret ayrılır. Bu teknik de aşağıdaki işlemde ultrathin silikon gofret üzerinde spin kaplama için kullanılabilir. Fırında 60 85 ° c sıcak tabakta gofret s.
Not: hazırlanan gofret sıcaklıkta fırında değil 110 ° C. kabartma yüksek sıcaklıklarda fotorezist fotorezist olumlu olumsuz bir fotorezist değiştirmek neden olur. Fotorezist kaplı gofret ultraviyole ışığa maruz (365 nm) 10 için bir krom maskesi ( Şekil 1a) aracılığıyla s. Bırakın geliştirici çözüm için 40 50 mL içine fotorezist kaplı gofret s. 50 ml deiyonize su gofret yıkamak 1 min için geliştirilmiş gofret Soak. Yıkama işlemi iki kez yineleyin. Silikon Nitrür 1dk reaktif iyon yakıcısı sülfür heksaflorid 50 sccm akışı ile kullanmak için etch. En iyi chip ve aseton fotorezist kaldırmak 2 min için alt yongasında bırakın. Çanağı hafifçe etkili fotorezist kaldırmak için tarafından tokalaş. Etch potasyum hidroksit (30 mg/mL) 85 ° c için 1.5-2 h. sulu bir çözüm ile silikon su banyosu gravür çözüm tek tip sıcaklık profili vardır emin olmak için kullanın. Düzensiz sıcaklık aşırı e olmanın bazı alanlarda götürecekbazı eksik olarak kazınmış ederken tched. Gravür bırakıp gravür çözüm hücreden penceresi tamamen çıplak gözle, kabartma olarak göründüğünde . Hücreyi yatay olarak kaldırdı oluşabilir kaldırma kuvveti tarafından kırılıyor pencere olasılığını önlemek için gravür çözümden kaldırırken eğimli. Alt küçük parça ( Şekil 1b) için bir maske ile bu yordamları yineleyin.
Not: üst ve alt çip pencereler çok gibi ince, yaklaşık 25 nm, onlar çok kırılgan. Bu nedenle, aşırı işlerken özen gösterilmelidir. Çip bir yüzeye dinlendikten pencere yan her zaman yukarı bakmalıdır. Üst ve alt fiş yapıştırma Spin kat 10 mL silikon Nitrür/silikon gofret için 30 3000 rpm\'de üzerinde olumlu fotorezist s. 60 90 ° c sıcak tabakta gofret fırında s. Fotorezist kaplı gofret ultraviyole ışığa maruz (365 nm) 10 s ile krom maske ( şekil 1 c). Bırakın geliştirici çözüm için 40 50 mL içine fotorezist kaplı gofret s. 50 ml deiyonize su gofret yıkamak 1 min için geliştirilmiş gofret Soak. Yıkama işlemi iki kez yineleyin. ~ 100 nm kalın bir tabaka indiyum termal Evaporatör kullanarak alt çip üzerine yatırın. İndiyum katman ayırıcı ve sızdırmazlık bir malzeme kullanılır. Aseton fotorezist kaldırmak 2 dk yongasında bırakın. Çanağı hafifçe etkili fotorezist kaldırmak için tarafından tokalaş. Bir aligner kullanarak alt ve üst cips hizalamak ve onları 100\'de Bono ° C. Silikon sıvı-hücre ( şekil 3b ) üst ve alt cips hazırlanması p-tipi silikon-Tarih-yalıtkan (SOI) gofret tabaka kalınlıkları ile kullanma 100 nm, 400 nm ve üst silikon için 600 µm gömülü SiO 2 ve silikon işleme katmanları sırasıyla. Gerçekleştir ıslak oksidasyon oksidasyon fırın Silisyum oksit tabakası kalınlığının 170 ile büyümeye 950-1100 ° C\'de SOI gofret nm. Etch SOI gofret tamponlu bir oksit daldırma tarafından Silisyum oksit (BOE) çözüm Silisyum oksit ıslak bir etchant 2 dk için oda sıcaklığında etch. Adım 2.2.1.2 ve 2.2.1.3 amacı SOI gofret 25 üst silikon tabakası kalınlığı azaltmak etmektir nm. Düşük stres silikon Nitrür tabakasının kalınlığının 25 ile mevduat üzerine adım 2.1.1.1 olduğu gibi aynı işlem koşulları kullanarak LPCVD tarafından SOI gofret (4 inç) nm. Aynı işlemleri kullanarak silikon Nitrür desen ve maske desenleri olduğu gibi adımları 2.1.2.1 - 2.1.2.4. Gofret aseton fotorezist kaldırmak 2 dk içinde bırakın. Çanağı hafifçe etkili fotorezist kaldırmak için tarafından tokalaş. Silisyum oksit BOE çözüm için 30 ile etch s. 7-12 h. Trimethylamine hidroksit (TMAH) sulu çözüm de silikon gravür için kullanılabilir için silikon potasyum hidroksit (500 mg/mL) 80 ° C\'de sulu bir çözüm ile etch. Etch 10 dakika süreyle 160 ° C\'de % 85 fosforik asit ile Silisyum nitrit Etch Silisyum oksit 3 dakika süreyle oda sıcaklığında BOE Çözümle Adımları 2.2.1.1 - 2.2.1.10 ( Şekil 1b) alt çip için maskesi yordamları yineleyin. Üst ve alt fiş yapıştırma Spin kat 10 mL silikon Nitrür/silikon gofret için 30 3000 rpm\'de üzerinde olumlu fotorezist s. 60 90 ° c sıcak tabakta gofret fırında s. Fotorezist kaplı gofret ultraviyole ışığa maruz (365 nm) 10 s ile krom maske ( şekil 1 c). Bırakın geliştirici çözüm için 40 50 mL içine fotorezist kaplı gofret s. 50 ml deiyonize su gofret yıkamak 1 min için geliştirilmiş gofret Soak. Yıkama işlemi iki kez yineleyin. ~ 100 nm kalın bir tabaka indiyum termal Evaporatör kullanarak alt çip üzerine yatırın. İndiyum katman ayırıcı ve sızdırmazlık bir malzeme kullanılır. Aseton fotorezist kaldırmak 2 dk yongasında bırakın. Çanağı hafifçe etkili fotorezist kaldırmak için tarafından tokalaş. Bir aligner kullanarak alt ve üst cips hizalamak ve onları 100\'de Bono ° C.

3. Sıvı-hücre TEM

5 mL içine nanopartikül dispersiyonu (Protokolü 1.1 ve 1.2) Ekle 20 µL Çözüm yükleme flakon ve kuru havada 10 dk. dağılın solvent karışımı (o-dichlorobenzene, 1 mL nano tanecikleri için Pentadecane 250 µL ve oleylamine 10 µL).
Not: aşırı koşullarda, yüksek sıcaklık, düşük basınç gibi ve uzun süreler için kurutma zavallı nanopartikül insanlara neden olabilir. Dinamik ligand parçacık etkileşimleri olduğu parçacıklar Aglomerasyon ligand dekolmanı aşırı koşullarda sonra yüksek bir olasılık. O-dichlorobenzene, pentadecane ve oleylamine farklı buharı basınç beri kurutma işlemi solvent oranı sabit tutmak için hemen yükleme işleminden önce yapılmalıdır. İncelemek bir optik mikroskop kullanarak sıvı hücre.
Not: herhangi bir sıvı hücre pencerelerini kırık ise, hücre kullanmayın. Yük ~ 100 nL içine rezervuarlar nanopartikül dispersiyonu ( şekil 2a ve 2b) sıvı hücre. Ultrathin kılcal damar ( Şekil 2 c) ile donatılmış bir enjektör dağılım az miktarda sıvı hücre rezervuar etkin bir şekilde yüklemek için kullanılabilir.
Not: genel olarak, enjekte nanopartikül dağılım havzanın kapasitesini aşıyor. Dispersiyon havzanın taşarsa, sıvı hücre tamamen mühür değil. Bu nedenle, havzanın dışına taşan herhangi bir dağılım bir fan şekil içine kesti bir filtre kağıdı ucu tarafından absorbe gerekir. Emme sırasında belgili tanımlık pencere ile temasından sakının. O-dichlorobenzene kuru için 10 dakika için hava sıvı hücreye maruz. Bakır diyafram kılavuz bir tarafında bir boyutu 2 mm ve delik boyutunu 600 µm ile vakum yağ uygulamak ve yağlanmış yüzü kapalı bir ortam oluşturmak için diyafram kılavuzunun sıvı hücre kapak.
Not: TEM çözünürlüğü büyük ölçüde üstünde belgili tanımlık pencere yatırılır vakum yağ azaltır. Böylece, bakır diyafram kılavuz delik hücre ilk denemesinde pencere ile eşleşecek şekilde hata düzeltilmesi gerektiğini değil; Bunun yerine, hücreyi atılmalıdır ve yeni bir hazır. TEM ölçüm sıvı-standart bir TEM tutucuya yerleştirin. Sıvı hücre standart yuvasına uyacak şekilde tasarlanmıştır.
Not: TEM sahibinin kirlenmesini önlemek için eldiven kullanın. TEM sürekli görüntü alma modunda ayarlayın. TEM çekim 200 bir ivme voltaj, akım yoğunluğu ile kV / ~ 700 A/m 2.
Not: Sık TEM basınç seviyesini kontrol edin. Basınç seviyesi anormal ise, hemen Imaging durdurmak ve tutucu TEM odasından mümkün olduğunca hızlı bir şekilde kaldırın. Sıvı-hücre TEM düşük kontrast görüntü odaklanarak zorluk neden olur. İyi hizalama ve odaklanan bir ilk kaba odağı pencerenin kenarında tarafından kolayca gerçekleştirilir. Kurutma kuru akım yoğunluğu değiştirerek kontrol edilebilir. 2D kurutma oranı gelişen kurutma düzeltme eklerinin boyutunu izleme tarafından ölçülebilir. Ancak, quanti için zordurkurutma fy oranı hacmi açısından. ImageJ yazılım paketi kullanarak özgün TEM görüntüleri açın. Programın çok noktalı simgesini seçin ve bireysel nano tanecikleri görüntü, ve o zaman hulâsa x ve y koordinatları seçili parçacıkların merkezlerinden atayın. Hesaplamak Radyal dağılım fonksiyonu (RDF):

r interparticle mesafe olduğu N parçacıkları sayısı, A olan moleküller tarafından bölgeyi, ρ 2D alansal yoğunluğu parçacıklar (N / A), parçacık j pozisyon öğesinden parçacık k ve δ (r) Dirac delta fonksiyonudur. Kullandığımız nerede bir 0.8 = nm olarak gerçekçi hesaplama Dirac delta fonksiyonudur.