Name: revealing dynamic processes of materials in liquids using liquid cell transmission electron microscopy
Uploaded: 2012-12-20T12:55:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquids Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy at JoVE.com

Чжэн благодарит профессора А. Paul Alivisatos и д-р Ульрих Дамен за полезные обсуждения в ходе раннего развития EM жидкость клетки. Она благодарна поддержке Министерства энергетики Управления науки Программа раннего научной карьеры.

1. Микротехнологий жидких клетки <ol><li> Подготовка кремниевых пластин (р-легированных, 100 мкм в толщину и 4 дюйма в диаметре) и очистить пластин с использованием стандартной ванной пластины процедуры очистки. </li><li> Депозит с низким уровнем стресса нитрида кремния тонких пленок (20 нм в тол?...

<ol>
	<li>de Jonge, N., Ross, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+microscopy+of+specimens+in+liquid.">Electron microscopy of specimens in liquid.</a> Nature Nanotechnology. 6, 695-704 (2011).</li><li>Sun, Y. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Watching+nanoparticle+kinetics+in+liquid.">Watching nanoparticle kinetics in liquid.</a> Mater. Today. 15, 140-147 (2012).</li><li>Tao, F., Salmeron, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Situ+Studies+of+Chemistry+and+Structure+of+Materials+in+Reactive+Environments.">In Situ Studies of Chemistry and Structure of Materials in Reactive Environments.</a> Science. 331, 171-174 (2011).</li><li>de Jonge, N., Poirier-Demers, N., Demers, H., Peckys, D. B., Drouin, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanometerresolution+electron+microscopy+through+micrometers-thick+water+layers.">Nanometerresolution electron microscopy through micrometers-thick water layers.</a> Ultramicroscopy. 110, 1114-1119 (2010).</li><li>Zheng, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+Single+Colloidal+Platinum+Nanocrystal+Growth+Trajectories.">Observation of Single Colloidal Platinum Nanocrystal Growth Trajectories.</a> Science. 324, 1309-1312 (2009).</li><li>Williamson, M. J., Tromp, R. M., Vereecken, P. M., Hull, R., Ross, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+microscopy+of+nanoscale+cluster+growth+at+the+solid-liquid+interface.">Dynamic microscopy of nanoscale cluster growth at the solid-liquid interface.</a> Nature Materials. 2, 532-536 (2003).</li><li>Liao, H. -. G., Cui, L., Whitelam, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-Time+Imaging+of+Pt3Fe+Nanorod+Growth+in+Solution.">Real-Time Imaging of Pt3Fe Nanorod Growth in Solution.</a> Science. 336, 1011-1014 (2012).</li><li>Mirsaidov, U. M., Zheng, H., Casana, Y., Matsudaira, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+Protein+Structure+in+Water+at+2.7+nm+Resolution+by+Transmission+Electron+Microscopy.">Imaging Protein Structure in Water at 2.7 nm Resolution by Transmission Electron Microscopy.</a> Biophysical Journal. 102, L15-L17 (2012).</li><li>Yin, Y. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+hollow+nanocrystals+through+the+nanoscale+Kirkendall+Effect.">Formation of hollow nanocrystals through the nanoscale Kirkendall Effect.</a> Science. 304, 711-714 (2004).</li><li>Kan, S., Mokari, T., Rothenberg, E., Banin, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+size-dependent+properties+of+zinc-blende+semiconductor+quantum+rods.">Synthesis and size-dependent properties of zinc-blende semiconductor quantum rods.</a> Nature Materials. 2, 155-158 (1038).</li><li>Peng, X. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+control+of+CdSe+nanocrystals.">Shape control of CdSe nanocrystals.</a> Nature. 404, 59-61 (2000).</li><li>Skrabalak, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gold+Nanocages:+Synthesis,+Properties,+and+Applications.">Gold Nanocages: Synthesis, Properties, and Applications.</a> Accounts of Chemical Research. 41, 1587-1595 (2008).</li><li>Zhang, Q. B., Xie, J. P., Yang, J. H., Lee, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monodisperse+Icosahedral+Ag,+Au,+and+Pd+Nanoparticles:+Size+Control+Strategy+and+Superlattice+Formation.">Monodisperse Icosahedral Ag, Au, and Pd Nanoparticles: Size Control Strategy and Superlattice Formation.</a> Acs Nano. 3, 139-148 (2009).</li><li>Xin, H. L., Zheng, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Situ+Observation+of+Oscillatory+Growth+of+Bismuth+Nanoparticles.">In Situ Observation of Oscillatory Growth of Bismuth Nanoparticles.</a> Nano Letters. 12, 1470-1474 (2012).</li><li>Murray, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Watching+Nanocrystals+Grow.">Watching Nanocrystals Grow.</a> Science. 324, 1276-1277 (2009).</li><li>Xin, H. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Revealing+Correlation+of+Valence+State+with+Nanoporous+Structure+in+Cobalt+Catalyst+Nanoparticles+by+In+Situ+Environmental+TEM.">Revealing Correlation of Valence State with Nanoporous Structure in Cobalt Catalyst Nanoparticles by In Situ Environmental TEM.</a> ACS Nano. 6, 4241-4247 (2012).</li><li>Daulton, T. L., Little, B. J., Lowe, K., Jones-Meehan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+environmental+celltransmission+electron+microscopy+study+of+microbial+reduction+of+chromium(VI)+using+electron+energy+loss+spectroscopy.">In situ environmental celltransmission electron microscopy study of microbial reduction of chromium(VI) using electron energy loss spectroscopy.</a> Microscopy and Microanalysis. 7, 470-485 (2001).</li><li>Mohanty, N., Fahrenholtz, M., Nagaraja, A., Boyle, D., Berry, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impermeable+Graphenic+Encasement+of+Bacteria.">Impermeable Graphenic Encasement of Bacteria.</a> Nano Letters. 11, 1270-1275 (2011).</li><li>Yuk, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Resolution+EM+of+Colloidal+Nanocrystal+Growth+Using+Graphene+Liquid+Cells.">High-Resolution EM of Colloidal Nanocrystal Growth Using Graphene Liquid Cells.</a> Science. 336, 61-64 (2012).</li><li>Zheng, H., Claridge, S. A., Minor, A. M., Alivisatos, A. P., Dahmen, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocrystal+Diffusion+in+a+Liquid+Thin+Film+Observed+by+in+Situ+Transmission+Electron+Microscopy.">Nanocrystal Diffusion in a Liquid Thin Film Observed by in Situ Transmission Electron Microscopy.</a> Nano Letters. 9, 2460-2465 (2009).</li><li>Park, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+Observation+of+Nanoparticle+Superlattice+Formation+by+Using+Liquid+Cell+Transmission+Electron+Microscopy.">Direct Observation of Nanoparticle Superlattice Formation by Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy.</a> Acs Nano. 6, 2078-2085 (2012).</li></ol>

Все процессы изготовления были сделаны в чистом помещении, где полупроводниковые приборы сделаны. Перед нанесением индия, O 2 плазменной очистки чипов, необходимых для устранения органических остатков на поверхности. Таким образом, высокое качество Spacer индия може...

Изучение химических реакций в жидкостях в режиме реального времени и визуализации биологических материалов в их родной среде были значительные интересы всей области исследований 1-5. В связи с высоким пространственным разрешением просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), работы с изображениями через жидкость с помощью ПЭМ привлекла большое внимание 4,5. Тем не менее, это был большой вызов для изображения жидких образцов с помощью ПЭМ, так как обычный микроскоп работает в среде с высоким вакуумом. Кроме того, жидкие образцы должны быть достаточно тонким, чтобы пучок электронов, чтобы пройти. Уильямсон и др. 6. Сообщили, что изображение электрохимического осаждения меди может быть достигнуто с 5 нм разрешение с помощью электрохимической ячейки жидкость работает в ПЭМ. Де Йонг и др. 1. Удалось изображения биологических образцов через Serveral микрометра толстые воды с помощью сканирования (S) TEM. Низкая контрастность биологических образцов не былоподнят вопрос, поскольку наночастицы золота были использованы в качестве маркеров для визуализации. Толстого образца жидкость была не проблема, так как STEM режим съемки был использован и нанометровым разрешением была достигнута. Мы недавно разработали автономный жидкость клетки, которая позволяет в режиме реального времени изображение TEM коллоидных наночастиц в жидкостях с субнанометровой разрешение 5,7. Эти вновь разработанных жидкость клеток, которые обеспечивают улучшенное разрешение и быстрее TEM изображения (30 кадра в секунду, что не был достигнут высокий изображений STEM разрешение), позволило изучить динамику коллоидных наночастиц в жидкостях. Жидкость клетки помещаются в стандартный держатель ТЕА и могут работать как обычные образцы ТЕА. Небольшим количеством жидкости (около 30 пиколитра) может быть рассмотрено на месте при расширенном химической реакции. Различные изображения и аналитической (т. е. энергии рентгеновской спектроскопии) методы могут быть применены. Поскольку общая толщина окно просмотра (в том числе мембрани слой жидкости) можно управлять до 100 нм или ниже, прямой визуализации биологических образцов (например, белков) в жидкой воде без золотых наночастиц маркеров был также достигнут 8. В последние два десятилетия произошли значительные достижения по синтезу и применению коллоидных нанокристаллов 9-11. Тем не менее, понимание того, как наночастицы зарождаются, растут и взаимодействуют друг с другом в жидкости во многом эмпирические и в основном основаны на анализе ex-situ 11-13. Наше развитие жидкость в камере ПЭК предоставляет уникальную платформу для изучения динамических процессов наночастиц в жидкостях на месте 5,7,14,15. Мы изготавливаем автономные ячейки с помощью жидкого ультратонких кремниевых пластинах (100 мкм) с помощью последовательного процесса микротехнологий. Она включает в себя осаждение мембраны из нитрида кремния, фотолитографический рисунка, травление пластины, прокладка осаждения, и клеточныесвязи и т.д. Около 50 nanoliters реакции раствор загружается в резервуар, который составляется в клетку капиллярных сил. Мы заполняем другой резервуар с еще 50 nanoliters жидкости. Впоследствии, клетка запечатана и загружается в микроскоп на месте изображения. Внутри микроскоп, жидкость зажатой между двумя нитрида кремния мембран (всего около 30 пиколитра) могут быть рассмотрены. Когда луч электронов проходит через тонкий слой жидкости, динамических процессов наночастиц в жидкостях можно отслеживать в режиме реального времени. Зарождение и рост наночастиц могут быть вызваны электронного пучка в некоторых случаях 5,7 или реакции могут быть вызваны внешним источником тепла 14,16. Когда электрон повреждения луч из озабоченность, низкий тока электронного пучка (доза) должна быть использована. Так как жидкость клетки изготавливают из кремния процессов микротехнологий и в больших партиях, изменения в мембране или жидкихТолщина между отдельными клетками жидкость может быть маленький L6. Любой исследователь, который имеет базовую подготовку микротехнологий можно успешно сделать жидкость клетки. Жидкостной обработки и в эксплуатации месте TEM также может быть освоено после практики. Следует отметить, что помимо использования мембраны из нитрида кремния, как смотровые окна, другие материалы, такие как диоксид кремния, кремний или углерод (в том числе графена) может быть использован в качестве мембраны окна, а 17-19. Так как наша жидкость клеток с использованием небольших окон просмотра, т.е. 1 х 50 мкм, не выпуклые мембраны не наблюдается. И, жидкость клетки также надежные в эксплуатации, т.е. менее 1% жидкого клетки разбитые окна во время экспериментов. Кроме того, толщина слоя жидкости можно также гибко настраивается путем изменения толщины осажденного индия прокладки. Во время подготовки проб, запечатанные ячейки жидкость может поддерживать жидкость в течение нескольких дней без утечки. Небольшое количество жидкости можетбыть рассмотрено в течение нескольких часов под пучком электронов, который позволяет изучать расширенную химической реакции в реальном времени. До сих пор, у нас есть визуализировать множество уникальных динамических процессов наночастиц в жидкостях, например, роста и коалесценции наночастиц Pt 5,15, диффузии наночастиц в жидкостях тонкие 20,21, рост колебания Bi наночастиц 14, и рост Pt 3 Fe наностержни из наночастиц строительные блоки 7 и т.д. Кроме того, мы также применили этот метод в других областях, например, визуализации белков в жидкой воде с 2,7 нм разрешение 8. Таким образом, наш жидкостной камере ПЭК было доказано, чтобы быть очень ценным развития для изучения широкого спектра фундаментальных вопросов в области материаловедения, физики, химии и биологии. Мы считаем, что есть все еще большая комната для будущих технических достижений и применения жидкого TEM и это, безусловно, будет высокой ИТПМКТ по ​​широкому спектру научных исследований.

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> Реагенты </td></tr><tr><td> Платины (II) ацетилацетонат </td><td> Aldrich </td><td> 523038 </td><td></td></tr><tr><td> Железа (II) ацетилацетонат </td><td> Aldrich </td><td> 413402 </td><td></td></tr><tr><td> пентадекана </td><td> Aldrich </td><td> P3406 </td><td></td></tr><tr><td> олеиламин </td><td> Aldrich </td><td> O7805 </td><td></td></tr><tr><td> олеиновой кислоты </td><td> Сигма </td><td> O4137 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Оборудование </td></tr><tr><td> TEM </td><td> JEOL </td><td> JEOL 3010 </td><td></td></tr><tr><td> Монохроматизированном TEM </td><td> FEI </td><td> F20 UT Tecnai </td><td></td></tr></tbody></table>

revealing dynamic processes of materials in liquids using liquid cell transmission electron microscopy

Последнее развития на местах просвечивающей электронной микроскопии, которая позволяет изображений через жидкости с высоким пространственным разрешением, привлекла значительные интересы на исследования области материаловедения, физики, химии и биологии. Ключевой технологией является жидкостью клетки. Мы изготавливаем жидкость клеток с тонкими окна просмотра через последовательный процесс микротехнологий, в том числе мембраны из нитрида кремния осаждением, фотолитографический рисунка, травление пластин, сотовый связи, и т.д. жидкостная ячейка с размерами регулярной сетки TEM может поместиться в любой стандартный держатель образца ТЕА . Около 100 nanoliters реакционный раствор загружают в резервуары и около 30 пиколитра жидкость втягивается в просмотр окон капиллярных сил. Впоследствии, клетка запечатана и загружается в микроскоп на месте изображения. Внутри ТЕМ, пучок электронов проходит через тонкий слой жидкости между двумя мембранами нитрида кремния. Динамические процессыцессов наночастиц в жидкостях, таких как зарождение и рост нанокристаллов, распространение и сборки наночастиц и т.д., были отражаться в реальном времени с суб-нанометровым разрешением. Мы также применили этот метод в других областях исследований, например, изображения белков в воде. Жидкие камере ПЭК готова играть важную роль в выявлении динамических процессов материалов в рабочей среде. Он также может принести большое влияние в исследовании биологических процессов в их родной среде.

С помощью метода жидкостной камере ПЭК, мы визуализировали решение росту Pt 3 Fe наностержни из блоков наночастиц здания. Рисунке 2 показаны последовательные изображения изображающие траекторию роста из Pt 3 Fe наностержней в различных условиях решение. Ложные процесс...

Watch this Scientific Journal Video about Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquids Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy at JoVE.com

Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquids Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy

Мы разработали автономный жидкость клетки, что позволяет изображений через жидкостей с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Динамические процессы наночастиц в жидкостях могут быть выявлены в режиме реального времени с суб-нанометровым разрешением.

Выявление динамических процессов в жидкостях материалов с использованием жидкого сотовых просвечивающей электронной микроскопии

The recent development for in situ transmission electron microscopy, which allows imaging through liquids with high spatial resolution, has attracted ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Динамический Поры масштабе пластового состояние визуализации реакции в карбонатных коллекторах с использованием синхротронного Fast томографии

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Исчерпывающая характеристика протяженных дефектов в полупроводниковых материалах на растровом электронном микроскопе

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Изучение динамических процессов наноразмерных объектов в жидкости с помощью сканирующего просвечивающего электронного микроскопа

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

Влагоотведение тесты для однонаправленных материалов: Измерения капиллярных параметров для оценки капиллярного давления в жидких Композитный процессов формования

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...

Characterization of Ultra-fine Grained and Nanocrystalline Materials Using Transmission Kikuchi Diffraction

Характеристика Ультра мелкозернистый и нанокристаллических материалов с помощью просвечивающей Кикучи дифракции

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and ...

A Method for Obtaining Serial Ultrathin Sections of Microorganisms in Transmission Electron Microscopy

Метод для получения последовательного ультратонких разделы микроорганизмов в просвечивающей электронной микроскопии

Observing cells and cell components in three dimensions at high magnification in transmission electron microscopy requires preparing serial ultrathin ...

An Analog Macroscopic Technique for Studying Molecular Hydrodynamic Processes in Dense Gases and Liquids

Аналоговый макроскопических методика для изучения молекулярных гидродинамические процессы в плотных газов и жидкостей

An analog, macroscopic method for studying molecular-scale hydrodynamic processes in dense gases and liquids is described. The technique applies a ...

Measuring Magnetically-Tuned Ferroelectric Polarization in Liquid Crystals

Измерения в жидких кристаллов сегнетоэлектриков поляризации, магнитно настроенный

Materials showing coupling phenomena between magnetism and (ferro)electricity, i.e., magnetoelectric effects, have attracted a great deal of attention due ...

In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication of Asymmetric Crossbars Based on Mixed-Phased a-VOx

In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication of Asymmetric Crossbars Based on Mixed-Phased a-VOx

В Situ передачи электронной микроскопии с смещения и изготовление асимметричных перекладин на основе смешанных фаз -VOх

Resistive switching crossbar architecture is highly desired in the field of digital memories due to low cost and high-density benefits. Different ...

Performing In Situ Closed-Cell Gas Reactions in the Transmission Electron Microscope

Performing In Situ Closed-Cell Gas Reactions in the Transmission Electron Microscope

Выполнение газовых реакций in situ с закрытыми ячейками в просвечиваемом электронном микроскопе

Gas reactions studied by in situ electron microscopy can be used to capture the real-time morphological and microchemical transformations of materials at ...