Новое устройство позволяет наблюдать с высоким разрешением за динамическими процессами в жидкой фазе в наномасштабе (с видео)

03 февраля 2023 г. (Новости Наноуэрк) На месте Наблюдение и регистрация важных электрохимических реакций в жидкой фазе в энергетических устройствах имеет решающее значение для развития науки об энергетике. Исследовательская группа под руководством ученого из Городского университета Гонконга (CityU) недавно разработала новое крошечное устройство для хранения жидких образцов для наблюдения с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), открыв дверь для прямой визуализации и регистрации сложных электрохимических реакций в наномасштабе. в реальном времени с высоким разрешением (Протоколы природы, “Fabrication of Liquid Cell for In-Situ Transmission Electron Microscopy of Electrochemical Processes”). Исследовательская группа считает, что этот инновационный метод прольет свет на стратегии создания мощного исследовательского инструмента для раскрытия тайн электрохимических процессов в будущем. Схематическое изображение электрохимической жидкостной ячейки. (Изображение: Ян, Р. и др.) Использование обычного ПЭМ ограничено тонкими, стабильными и твердыми образцами из-за вакуумной среды (вакуумная среда предотвращает поглощение или отклонение электронов на их пути и влияние на наблюдение) в камера для хранения образцов. Жидкие образцы несовместимы с вакуумом, поэтому их нельзя исследовать напрямую в традиционной ПЭМ. К счастью, с появлением более совершенных на месте «жидкостная ячейка ПЭМ» позволяет изучать динамические процессы в жидкой фазе на месте, такие как наблюдение за зарождением и ростом кристаллов в растворе, электрохимическими реакциями в энергетических устройствах и жизнедеятельностью живых клеток. «Жидкая ячейка» является основным компонентом ПЭМ для удержания образцов для прохождения электронного луча, что позволяет на месте наблюдение. Но изготовить высококачественную жидкостную ячейку для ТЭМ сложно, потому что это включает в себя включение электродов и инкапсуляцию электролитов в крошечную «закрытую» жидкостную ячейку, чтобы предотвратить утечку и одновременно подключить ее к внешнему источнику питания. Исследовательская группа под руководством д-ра Цзэн Чжиюань, доцента кафедры материаловедения и инженерии CityU, и профессора Ли Цзю из Массачусетского технологического института (MIT) успешно разработала эффективный и новый метод изготовления «закрытых» электрохимических материалов. жидкие ячейки, которые могут значительно улучшить разрешение ПЭМ с жидкими образцами. «Недавно разработанная закрытая жидкостная ячейка выполняет две основные задачи: 1) заключает жидкие образцы в закрытый контейнер, тем самым отделяя их от вакуумной среды микроскопа; и 2) ограничение жидких образцов достаточно тонким жидким слоем с использованием двух электронно-прозрачных нитридов кремния (SiNx) окна, чтобы электроны могли проходить через слой жидкости и отображать реакции», — пояснил доктор Цзэн. Для производства высокопроизводительных «закрытых» электрохимических жидких ячеек в этом протоколе исследовательская группа использовала передовые методы нанопроизводства, включая фотолитографию, для изготовления основного компонента на месте жидкий ТЭМ – жидкая ячейка. Фотолитография — это процесс, в котором используется ультрафиолетовый свет для переноса геометрического рисунка с оптической маски на светочувствительное химическое вещество (фоторезист), нанесенное на подложку. Команда изготовила нижний и верхний чип отдельно, а затем собрала их вместе. В процессе напыления металла на нижний чип наносились золотые или титановые электроды. Затем электролит загружали и герметизировали внутри жидкостной ячейки. Используя эту инновационную жидкостную ячейку с трансмиссионным электронным микроскопом, динамические электрохимические реакции жидкого образца на поверхности электрода можно регистрировать в режиме реального времени с высоким разрешением с помощью операционной системы ТЕМ, встроенной в камеру с высоким пространственно-временным разрешением. «Электрохимическая жидкая ячейка, разработанная с использованием нашего индивидуального метода нанопроизводства, имеет более тонкие окна изображения SiNx (35 нм), чем коммерческие (50 нм)», — пояснил д-р Цзэн. «Он также имеет более тонкий жидкий слой (150 нм), чем у коммерческих (1,000 нм). Более тонкие окна изображения SiNx и более тонкий слой жидкости гарантируют, что наша изготовленная жидкостная ячейка может регистрировать электрохимические реакции с лучшим пространственным разрешением ПЭМ, чем коммерческие».

[Встраиваемое содержимое]

Процесс изготовления электрохимической жидкостной ячейки. Команда считает, что много возможностей и приложений для на месте Наблюдение за электрохимическими реакциями с помощью ПЭМ появится вскоре после разработки электрохимической жидкой ячейки с выбором узорчатых металлических электродов и инкапсулированных жидких электролитов в жидкой ячейке. Этот недавно предложенный протокол изготовления также может быть использован в других на месте методы помимо TEM. Например, правильная корректировка этого протокола подходит для изготовления электрохимических жидких ячеек для на месте Рентгеновские характеристики электрохимических реакций (рентгеновская абсорбционная спектроскопия, рентгеноструктурный анализ и др.).

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62306.php