나노 입자의 자기 조립 추적에 대 한 액체 셀 전송 전자 현미경 검사 법

Summary

자기 집합 프로세스의 실시간 관측 실험 프로토콜 소개 액체 셀 전송 전자 현미경 검사 법을 사용 하 여.

Abstract

나노 분산 건조, 나노 입자의 자기 조립된 구조를 만들 수 있는 다양 한 방법 이지만이 과정의 메커니즘을 완전히 이해 되지 않습니다. 우리 액체 셀 전송 전자 현미경 (TEM)을 사용 하 여 어셈블리 프로세스의 메커니즘을 조사 하는 개별 나노 입자의 궤적을 추적 했습니다. 여기, 우리 존재의 액체-셀 편 연구에 대 한 사용 되는 프로토콜은 자기 조립 메커니즘. 첫째, 우리는 균일 하 게 크기의 백 금 생산 셀 렌 나노 입자를 리드 하는 데 사용 하는 자세한 합성 프로토콜을 소개 합니다. 다음, 우리는 실리콘 질 화물 또는 실리콘 윈도우 액체 셀을 생산 하 고 다음 로드 및 이미징 액체 셀 편 기술의 절차를 설명 하는 데 사용 하는 제작 프로세스를 제시. 몇 가지 메모 깨지기 쉬운 셀 창을 관리 하는 방법을 포함 하는 전체 프로세스에 대 한 유용한 정보를 제공 포함 되어 있습니다. 액체-셀 편으로 추적 하는 나노 입자의 개별 움직임 증발으로 인 한 부실 경계에 변화 영향 나노 입자의 자기 조립 과정을 공개 했다. 솔벤트 경계 주로 양식 비정 질 집계, 2 차원 (2D) 자기 조립된 구조를 생성 하는 집계의 병합 뒤 나노 입자 운전. 이러한 행동은 또한 다른 나노 입자 종류 및 다른 액체 셀 구성이 관찰 됩니다.

Introduction

자기 조립 나노 콜 로이드 입자의은 관심의 개별 나노 입자¹¹의 집단 물리적 속성에 액세스할 수 있는 기회를 제공 하기 때문에. 휘발성 용 매^6,,78, 의 증발을 통해 기판에 나노 입자의 자기 조직화는 자기 조립 실용적인 장치-스케일 응용 프로그램에서 사용의 가장 효과적인 방법 중 하나 ^{9 , 10 , 11}.이 용 매 증발 메서드는 증발 속도 및 나노-기판 상호 작용의 변화 같은 운동 요인에 의해 크게 좌우 하는 nonequilibrium 과정. 그러나, 그것은 예측 하 고 키네틱 요소를 제어 하기 어려운, 이후 용 매 증발에 의해 자기 조립 나노 기계적 이해 완전히 성숙 하지 않습니다. 앙상블 평균 정보를 제공 하는 x 선 산란 연구 현장에 는 nonequilibrium의 나노 자기 조립을^12,,1314처리,이 기술은 수 없습니다. 개별 나노 입자의 움직임을 확인 하 고 전반적인 궤도 함께 그들의 협회 쉽게 액세스할 수 없습니다.

액체-셀 편은 개별 나노 입자의 궤적을 추적 하기 위한 새로운 도구 나노 움직임의 이질성과 앙상블 동작^{15,16에 그들의 기여를 이해 하는 데 사용 17,18,19,20,21,22,23,,2425, 26}. 우리가 이전 액체 셀 편 용 경계의 움직임 유도 기판¹⁸ 에 자기 조립 나노에 대 한 주요 원동력 임을 보여주는 용 매 증발 하는 동안 개별 나노 입자의 움직임을 추적 하기 위해 사용 ^{, 19}. 여기, 우리가 어디 우리가 나노 액체-세포 가장을 사용 하 여 자기 조립의 과정을 관찰할 수 있는 실험 소개. 첫째, 우리는 백의 합성에 대 한 프로토콜을 제공 하 고 셀 렌 나노 입자, 액체-액체-세포에 나노 입자를 로드 하는 방법에 대 한 가장 셀의 제조 절차를 도입 하기 전에 리드. 대표적인 결과로 우리는 나노 자기 조립 용 매 건조에 의해 구동의 가장 영화에서 스냅숏 이미지를 보여줍니다. 이 영화에서 개별 입자를 추적, 우리 자기 조립 단일 나노 수준에서 용 매 건조 중재의 상세한 메커니즘을 이해할 수 있다. 동안 자기 조립, 실리콘 질 화물 창에 백 금 나노 입자 주로 따라 증발 용 매 앞의 운동 용 박막에 강한 모 세관 힘 때문에. 비슷한 현상 또한 다른 나노 입자 (셀 렌 리드)과 기질 (실리콘), 용 매 앞의 모 세관 힘 입자 마이그레이션 기판 근처에 중요 한 요소가 나타내는 관찰 되었다.

Protocol

1. 나노 입자 합성 백 금 나노 입자의 합성 암모늄 hexachloroplatinate(IV)의 결합 17.75 mg ((NH 4) 2 Pt (IV) Cl 6), 3.72 mg의 암모늄 tetrachloroplatinate(II) ((NH 4) 2 Pt (II) Cl 4), 에틸 평범한 사람, poly(vinylpyrrolidone)의 109 mg의 115.5 mg (MW: 29, 000), 그리고 에틸렌 글리콜의 볶음 바 100ml 3 목 둥근 바닥 플라스 크에 10 mL 고무 심장 장착. 환류 ?…

Representative Results

액체-셀 최고 칩 및 하단 칩 25의 두께 가진 전자 빔에 투명 실리콘 질 화물 창을 갖추고로 구성 된다 nm. 최고의 칩은 샘플 솔루션 및 증발된 용 매를 저장 하기 위한 저수지. 칩25를 처리 하는 기존의 제작을 통해 만들어집니다. 그림 1a 에서 위쪽 및 아래쪽 칩에 사용 하는 마스크 표시 됩니다 및 1b, 각각. <stro…

Discussion

백 금 나노 입자 크기의 7 nm 암모늄 hexachloroplatinate (IV) 및 용 매와 원제^{27 ligand와 에틸렌 글리콜 폴 리 (vinylpyrrolidone) (PVP)를 사용 하 여 암모늄 tetrachloroplatinate (II)의 감소를 통해 합성 했다} . Oleylamine와 리간드-교환 반응에 소수 성 용 매 입자를 분산 위해 수행 되었습니다. 리드 셀 렌 나노 셀레늄 소스²⁸ (²⁹ 칼코게나이드 나노의 자세한 합성에 대…

Materials

ammonium hexachloroplatinate (IV)	Sigma-Aldrich	204021
ammonium tetrachloroplatinate (II)	Sigma-Aldrich	206105
tetramethylammonium bromide, 98%	Sigma-Aldrich	195758
poly(vinylpyrrolidone) powder	Sigma-Aldrich	234257	Mw ~29,000
ethylene glycol, anhydrous, 99.8%	Sigma-Aldrich	324558
n-hexane, anhydrous, 95%	Samchun Chem.	H0114
ethanol, anhydrous, 99.5%	Sigma-Aldrich	459836
oleylamine, 70%	Sigma-Aldrich	O7805	Technical grade
lead(II) acetate trihydrate, 99.99%	Sigma-Aldrich	467863
oleic acid, 90%	Sigma-Aldrich	364525	Technical grade
diphenyl ether, 99%	Sigma-Aldrich	P24101	ReagentPlus
selenium powder, 99.99%	Sigma-Aldrich	229865
tri-n-octylphosphine, 97%	Strem	15-6655	Air sensistive
Toluene, anhydrous, 99.9%	Samchun Chem.	T2419
acetone 99.8%	Daejung Chem.	1009-2304
potassium hydroxide, 95%	Samchun Chem.	P0925
p-type silicon-on-insulator wafers	Soitec	Power-SOI	for liquid cells with silicon windows
tetramethylammonium hydroxide, 25% in H2O	J.T.Baker	02-002-109
AZ 5214 E	AZ Electronic Materials	AZ 5214 E	Positive photorest
AZ-327	AZ Electronic Materials	AZ-327	AZ 5214 develper
indium pellets 99.98-99.99%	Kurt J. Lesker Company	EVMIN40EXEB	thermal evaporator target
1,2-dichlorobenzene, >99%	TCI	D1116
pentadecane, >99%	Sigma-Aldrich	P3406
buffered oxide etch 7:1	microchemicals	BOE 7-1 VLSI
phosphoric acid, 85%	Samchun Chem.	P0449