Nano Materials

简介

从纳米颗粒到纳米器件，再从纳米线到纳米晶体管，我们的原位产品使您可以前所未有地看到不一样的动态微观世界。通常，表征1D，2D和3D纳米材料的大小，形态，反应性和演化仅提供感兴趣的基础过程的“快照”。而在原位透射电镜环境下，可以满足您实时动态观察纳米晶体的成核和生长，氧化或还原反应，形态演变，样品迁移，化学梯度和其他动态变化。

电子显微镜所用原位液体池，是用硅晶片和氮化硅膜制作的，在两层膜之间有一层液体薄膜。当纳米粒子在液膜中成核、生长和移动时，该过程可以实时成像。可以提取多种类型的信息，特别是如果实验得到了使用EELS、EDS或电子衍射的分析研究的帮助。通过跟踪单个粒子的生长轨迹，可以测量每个粒子的大小随时间的变化；粒子形状和小面演化；纳米粒子的运动、聚并和旋转动力学；以及每个粒子在生长过程中的组成或结构变化。

大多数报道液相TEM观察到的纳米颗粒生长都是由电子光束诱导的，即成像光束触发了粒子的形成然而，此外，加热或其他刺激被用来推动生长。首先，在原位液相中可以研究控制生长纳米颗粒形貌的因素，如电子剂量、表面活性剂、相邻粒子、溶剂和前体浓度。其次，原位液相可以直观两种生长模式，单体附着和聚并，异质纳米结构和阵列的生长，纳米颗粒扩散和相互作用的测量以及固体材料的蚀刻。原位液相扫描电镜中粒子的形核和长大是均匀的，扫描电镜中的电子束诱导沉积可以应用于多种材料，形成复杂的形貌。

应用案例

通过原位液体 TEM 追踪 Pt₃Ni-Ni(OH)₂ 核壳结构在气液界面的研究

在空气环境下，将Pt和Ni的前驱体DMF溶液一起注入芯片池中，开始以下反应：

1.核心部分为Pt₃Ni

2.壳层为Ni

3.在空气中注入前驱体，由于空气含水，水分子也被带入芯片池中，在气液界面处与壳层Ni发生反应，形成β-Ni(OH)2层。

可配图片标题TEM 图像显示 Pt₃Ni-Ni 层在前驱体溶液中的生长过

TEM 图像显示 Pt₃Ni 合金、Ni和 Ni(OH)₂ 薄片在前驱体溶液中的动态转变

核壳结构生长过程

核壳结构生长过程高分辨成像

J. Zhang, G. Li, H.-G. Liao, S.-G. Sun, Tracking the atomic pathways of Pt₃Ni-Ni(OH)₂ core-shell structures at the gas-liquid interface by in-situ liquid cell TEM. Science China Chemistry, (2020).

Pt₃Fe 纳米棒原位液体生长研究研究

之前的文献报道称通过纳米粒子附着的胶体纳米晶体结构的生长作为常规的单体附着生长的替代方法。然而，纳米粒子附着在微观上进行生长的机制仍不清楚。该研究从纳米粒子构造块的Pt₃Fe纳米棒的溶液生长的实时透射电子显微镜（TEM）成像。观察结果表明，通过定向形状的纳米粒子附着，然后进行矫直和定向以及形状校正以产生单晶纳米棒，进而可以生成缠绕多晶纳米粒子链。跟踪纳米粒子的生长轨迹使我们能够区分单个纳米粒子和纳米粒子链所施加的力场。纳米粒子相互作用的这种量化和理解生长途径对于分级纳米材料的设计和控制功能器件的纳米晶体自组装非常重要。

Pt₃Fe纳米棒的高分辨STEM图像和在结构松弛过程中动态形状和方向发生变化

TEM 图像显示 Pt₃Ni 合金、Ni和 Ni(OH)₂ 薄片在前驱体溶液中的动态转变

Pt3Fe纳米棒原位液体生长

Liao, H.-G., Cui, L., Whitelam, S. & Zheng, H. Real-Time Imaging of Pt3Fe Nanorod Growth in Solution. Science 336, 1011, doi:10.1126/science.1219185 (2012).

Pt纳米立方体原位液体生长

该研究通过具有高空间和时间分辨率的透射电子显微镜研究了铂纳米立方体在液体池中生长过程的高分辨成像。实验结果表明在 {100} 面停止生长之前，所有低指数面的增长率都相似。其余晶面的持续增长导致纳米立方体的生成。我们的计算表明，{100} 晶面上较低的配体迁移率是造成 {100} 晶面生长停滞的原因。

Pt纳米立方体原位液体生长

Hong-Gang Liao et al. Facet development during platinum nanocube growth.Science 345, 916 (2014);

Pt超晶格组装和对称性转化的原位液体TEM研究

具有精确控制结构的二维(2D)纳米晶超晶格在光子、等离子体和光电子应用中具有重要意义, 并已被广泛研究, 但在理解超晶格的形成机理和发展途径方面仍然存在挑战. 该研究采用液体池透射电镜技术原位观察了铂二维超晶格的形成和六配位到四配位的局部相转化过程. 胶体纳米晶在溶液中流动时, 通过纳米晶的收缩和重排或者纳米晶的附着形成长程有序的六配位超晶格. 当纳米晶的形貌由截角八面体转变为立方体时, 六配位超晶格重新排列为四配位立方超晶格. 此外, 我们的观察和定量分析结果表明,从六配位到四配位的相变主要是由垂直{100}面之间的强范德华相互作用引起的. 实时追踪2D立方体超晶格的形成可以为超晶格组装和稳定机制提供独特的见解.

原位 HRTEM 观察晶面生长和液体池中立方体对的自组装过程

由 Pt(acac)₂ 前体在 DMF 溶液中制备的 Pt 纳米晶体的 TEM、HRTEM、HADDF-STEM 和 EDS图像

Pt超晶格组装和对称性转化的原位液体TEM研究

Junyu Zhang, Shi-Gang Sun and Hong-Gang Liao In-situ liquid cell TEM investigation on assembly and symmetry transformation of Pt superlattice. SCIENCE CHINA Materials.