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石墨烯让纳米粒子3D成像更精确

上网日期: 2015年08月17日 ?? 作者: R. Colin Johnson ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:石墨烯? 纳米粒子? 3D成像?

劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory,LBNL)的研究人员使用单层石墨烯作为一个清晰类透镜盖(Lens-like Cap)—称为石墨烯电池液(Graphene Liquid Cell,GLC)—为单个胶状纳米粒子的原子创造新的成像系统。这个过程将大大简化反复试验原子级(Atomic-scale)工程学的设计和重新设计过程,LBNL的工作人员说。

大多数电子产业使用的纳米粒子都存在于流体溶液中,且也被允许可处于干燥状态。常用的透射电子显微镜(TEM)可在纳米粒子干燥后为其成像,但是干燥的流体 往往会扭曲纳米粒子的结构,而校正结构的过程通常相当复杂,一个设计完成在之前,须经过反复多次的试验。LBNL的石墨烯可作为敏感纳米粒子的保护层。

“作为保护层,石墨烯可能是最薄的(每张纸只有1个原子厚),可保护TEM真空室里的液体样品。”LBNL暨Molecular Foundry国家电子显微镜中心(National Center for Electron Microscopy)的科学家Peter Ercius说,“纳米粒子在液体中可以自由移动和旋转,向我们展示许多不同的视角,而这些视角被组合于一台计算机中,以生成纳米粒子架构的3D模型,我们 所使用的容器只比纳米颗粒的尺寸稍大一些。”

Ercius的团队第一次使用的新技术,他们称之为“SINGLE”—由石墨烯 电池液电子显微镜鉴定的纳米粒子结构(Structure Identification of Nanoparticles by Graphene Liquid Cell Electron Microscopy)—可在计算机中显示3D模型,目的在于设计可以组合在一起的“积木”,以形成更大的特定电子和物理特性架构,满足现今许多产业需求。

SINGLE使用TEM为在GLC中自由旋转的铂纳米粒子成像,以确定个别的胶体纳米颗粒3D结构。《电子工程专辑》
SINGLE使用TEM为在GLC中自由旋转的铂纳米粒子成像,以确定个别的胶体纳米颗粒3D结构。
Source:LBNL,2015/07

“我们的作法可能会影响现有液体生成的结构,且我们确定如何透过组合较小的结构建立较大架构。这可能也会对使用纳米粒子的制程有很大的影响,如催化(Catalysis),这是由于我们能够探索在原生液体环境中的纳米粒子3D结构。”Ercius告诉EE Times。

在电子领域,纳米粒子被用在越来越多的各类新设备上,并改善现有设备的效能。例如,太阳能板(Solar Panel)和纳米电子电路都可以使用纳米粒子作为量子点,在光子到电子设备提高太阳能板的输出,以及让先进的半导体结点可接近原子等级。

Ercius并指出,量子点的原子结构,包括他们的形状、表面和内部缺陷,都是调整其性能的关键参数,我们的方法可用于确定量子点的结构特性,从而提高其设计应用,包括光电子(Photonics)。

伯克利实验室总监Paul Alvisatos在Molecular Foundry。《电子工程专辑》
伯克利实验室总监Paul Alvisatos在Molecular Foundry。
Source:LBNL Roy Kaltschmidt提供,2015/07

在LBNL,Ercius的下一步将使用更快的每秒400帧的摄影镜头,以更精确的构造出TR3D模型,精准度可超越他们现在拥有的2纳米精准度设备。

“我们的下一步是推动这项技术在粒子中使用的单个元素内,找到所有的原子。新的摄影机现在已经安装在我们的TEM上,并可以10倍的速度获得更高质量的照片,这应该可以协助我们实现此一目标。”Ercius进一步说明,“我们还计划去探索我们可以重建多大的粒子。”

最终,该技术可以用来组装完整的电子和光子材料和甚至完整的设备,使用从下而上的方法结合不同的组件,透过每个纳米粒子表面的编码,使他们自动扣在一起。

在 LNBL的SINGLE是由美国国家能源部(U.S. Department of Energy)透过一个由多机构团队资助的研究人员所发明,也是由在Molecular Foundry的伯克利实验室总监,暨科维(Kavli)伯克利分校能源纳米研究所(Energy NanoScience Institute,ENSI)所长Paul Alvisatos所主导。其他参与者包括哈佛大学(Harvard University)教授Jungwon Park、澳大利亚莫纳什大学(Australia’s Monash University)教授Hans Elmlund,以及博士后和博士生Jong Min Yuk、David Limmer、Qian Chen、Kwanpyo Kim、Sang Hoon Han、David Weitz与Alex Zettl。

Peter Ercius和TEAM I电子显微镜在Molecular Foundry的国家电子显微镜中心的合影。《电子工程专辑》
Peter Ercius和TEAM I电子显微镜在Molecular Foundry的国家电子显微镜中心的合影。
Source:LBNL Roy Kaltschmidt提供,2015/07

编译:Anthea Chuang

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载







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