Até recentemente, analisamos materiais antes e depois de certos testes. No entanto, é necessário obter informações detalhadas sobre como o material sofre alterações estruturais e químicas em ambientes agressivos a temperaturas elevadas. in situ reação de gás de célula fechada, CCGR, a eletromicroscopia de transmissão de digitalização foi desenvolvida especificamente para isso.
Para estudar as mudanças dinâmicas em tempo real a temperaturas elevadas em um ambiente de gás, até a pressão atmosférica total em uma ampla gama de sistemas materiais, como catalisadores, materiais estruturais, nanotubos de carbono, e assim por diante. Além disso, as reações podem ser estudadas em diferentes escalas de comprimento, desde mícrons até o nível de escala atômica. Isso é muito importante, porque em ampliações mais baixas podemos aprender muito sobre o comportamento geral do sistema e extrair informações cinéticas.
Enquanto no nível da escala atômica, podemos aprender sobre mecanismos de reação e cinética que ocorrem na superfície, bem como as interfaces específicas do local. Isto é realmente notável, para obter imagens de resolução atômica à pressão atmosférica, e não pode ser realmente feito por quaisquer técnicas experimentais. Este protocolo destaca como realizar a reação de gás de células fechadas in situ usando eletromicroscopia in situ.
Também destaca a preparação da amostra e seus desafios para diferentes materiais. Deposição direta em pó por lançamento de uma solução coloidal. Esmague o pó se as partículas de pó forem muito grandes.
Misture uma pequena quantidade de pó e dois mililitros solventes. A quantidade é determinada por experimentos. Solução sonicate por cinco minutos para criar uma suspensão coloidal.
Coloque o E-chip no dispositivo de retenção do chip E. Solte a suspensão usando uma micro-pipeta diretamente no e-chip. Limpe o contato de ouro com um ponto de papel absorvente enquanto a visualização lança um microscópio estéreo.
Depoimento direto em pó através de uma máscara. Coloque um novo E-chip limpo na luminária de retenção do chip E. Use e mascara e coloque-o diretamente no e-chip dentro da luminária.
Use a placa superior para fixar um novo e-chip limpo e uma máscara dentro da luminária. Deposite uma pequena quantidade do pó usando uma espátula diretamente na membrana de nitreto de silício do novo e-chip limpo através da máscara. Vibre suavemente a luminária para agitar as partículas até o e-chip.
Isso poderia ser feito por unidade de sônica e colocar a luminária no béquer seco. Retire o excesso de pó, dissimule o sistema e inspecione a colocação de pó no e-chip. Métodos de deposição por evaporação do feixe de elétrons, íon ou magnetron sputtering.
Crie uma máscara de padrão usando um chip espaçador com membrana de nitreto de silício e janela TEM micro-porosa de nitreto de silício. Use cola cianoacriolato para anexar à janela tem micro-porosa de nitreto de silício de frente para baixo sobre a abertura de 50 por 250 mícrons, seguindo a recomendação do fabricante. Em seguida, repita o procedimento para preparar quantas máscaras de padrão for necessário para os E-chips.
Coloque um novo e-chip limpo na luminária E-chip. Coloque a máscara de padrão no e-chip. Cubra a placa superior e aperte-a.
Use a evaporação do feixe de elétrons, a sputtering de íons ou a técnica de deposição de sputtering magnetron. Dissimule o sistema e inspecione o e-chip com material depositado. Feixe de íons focal focado ou fresagem FIB.
Prepare uma lamella TEM usando a FIB. Coloque a lamella TEM no E-chip. Certifique-se de que, anexando a amostra ao e-chip, você não danifique a membrana de nitreto de silício.
Preparação do titular ccgr-TEM. Baixe o arquivo de calibração desejado. Verifique a resistência do E-chip.
Meça a resistência do aquecedor de carboneto de silício para garantir que ele esteja dentro da faixa de resistência para essa calibração específica do chip E, conforme fornecido pelo fabricante CCGR. Retire o grampo da parte superior do suporte. Limpe a ponta do suporte CCGR-TEM usando pontos de papel absorventes ou ar comprimido, certificando-se de que não restam detritos nos bosques do anel O.
Coloque o chip espaçador no suporte CCGR-TEM. Coloque o E-chip, com os contatos do aquecedor fazendo conexões adequadas aos contatos elétricos com o cabo flex no suporte. Em seguida, torque os parafusos do conjunto.
Meça novamente a resistência do aquecedor de carboneto de silício após a montagem do suporte CCGR-TEM para garantir que ele esteja dentro da faixa de resistência para essa calibração específica do e-chip, conforme fornecido pelo fabricante CCGR. Preparação de configuração experimental. Asse e bombeie o sistema durante a noite, com ou sem o suporte conectado.
Carregue o suporte e conecte a tubulação. Para o experimento, bombeie e purgue o sistema com o gás inerte. Por exemplo, duas vezes de 100 Torr para 0,5 Torr.
Préforme uma bomba final e purga de 100 Torr a 0,001 Torr. Analisador de gás residual. Durante o procedimento de bomba e purga, ligue o sistema RGA para aquecer o filamento.
A integração de um RGA com um sistema de reator de gás celular fechado in situ em uma haste, fornece as medidas críticas para correlacionar a composição do gás com a evolução dinâmica da superfície dos materiais durante as reações. O monitoramento contínuo do gás é essencial para a realização de reações em catalisadores e materiais estruturais com gases mistos ou enquanto alterna gases e pressões alternadas, e especialmente quando o vapor de água é incorporado na mistura de gás. Coloque o gás de purga ao VDS e gire o botão da alavanca para o escapamento e vire para a posição do parque.
Pressione o VDS fluindo gás inerte três vezes, ou até que não haja mais líquido. Gire o botão para a posição do parque e conecte VDS ao coletor. Gire o botão para preencher a posição e, em seguida, remova a linha de gás de purga.
Coloque a pressão de vapor em 18,7 Torr no software de controle de gás. Bombeie o VDS para aspirar, que é 0.1 Torr. Encha o VDS com água, que é de 2 milímetros através de seringa e tubos.
Observe que, se for necessário vapor de pureza mais alto, são necessárias etapas adicionais de purga. Comandando a reação. Certifique-se de que todos os gases estão conectados ao coletor.
Usando o software de atmosfera sob nomeação, defina os gases corretos para a reação e salve o arquivo de linha. Em configuração do chip E, selecione o arquivo de calibração correto para o chip E e execute a calibração. Sob bomba e expurgo, veja a preparação da configuração experimental.
Sob controle de gás, selecione a composição do gás. Em temperatura, selecione a taxa de aquecimento e a temperatura-alvo. Comece a experiência.
Comece a fluir gás. Comece a imagem. Composição de gás recorde.
Resultados representativos. Exemplo dos resultados in situ CCGR-STEM. Imagens STEM de campo brilhante mostram um exemplo dessa evolução superficial de uma nanopartícula de platina em um suporte de titânio quando exposta ao vapor de água.
Mudanças estruturais na partícula de platina mostram rearranjo da estrutura associada a pequenas mudanças de forma durante o monitoramento da composição do gás. Acabe com o experimento. Desligue a temperatura.
Pare de fluir gás. Fim da sessão. resumo. O CCGR-STEM, por exemplo, é benéfico para o desenvolvimento acelerado de catalisadores de próxima geração com alta durabilidade, que são importantes para uma série de processos de conversão catalítica, como uma conversão de pirólise rápida catalítica de etanol para N-butano e para combustível a jato ou hidrogenação CO2 e assim por diante.
Além disso, o CCGR-STEM pode ser usado para investigar o comportamento de oxidação de alta temperatura de materiais estruturais em ambientes agressivos, para imitar o comportamento de materiais semelhante, por exemplo, aos ambientes de motores de turbina a gás ou à próxima geração de reatores de fissão ou fusão.
