來(lái)源: 黃先生斜杠青年百家號(hào)

LCTEM實(shí)驗(yàn)的插圖。橫截面視圖顯示，一個(gè)包含半導(dǎo)體納米晶體的薄水層夾在一對(duì)TEM網(wǎng)格的兩層超薄碳薄膜之間。穿過(guò)水和碳層的電子束導(dǎo)致水放射性溶解反應(yīng)，然后觸發(fā)蝕刻軌跡，用LCTEM成像。

不同尺寸和形狀的半導(dǎo)體納米晶體可以控制材料的光學(xué)和電氣特性。液細(xì)胞透射電子顯微鏡（LCTEM）是一種新出現(xiàn)的方法，用于觀察納米化學(xué)轉(zhuǎn)化，并為具有預(yù)期結(jié)構(gòu)特征的納米結(jié)構(gòu)的精確合成提供信息。研究人員正在研究半導(dǎo)體納米晶體的反應(yīng)，該方法旨在研究過(guò)程中通過(guò)液體放射性溶解產(chǎn)生的高反應(yīng)環(huán)境。

在現(xiàn)在發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)步》上的一份新報(bào)告中，Cheng Yan和加州大學(xué)伯克利分校化學(xué)和材料科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)以及德國(guó)萊布尼茨表面工程研究所利用放射解過(guò)程取代了原型半導(dǎo)體納米材料的單粒子蝕刻軌跡。工作中使用的硒化鉛納米管代表了一種各向同性結(jié)構(gòu)，以保留立方形狀，以便通過(guò)逐層機(jī)構(gòu)進(jìn)行蝕刻。各向異性箭頭形硒化鎘納米棒與鎘或硒原子保持JI性面。透射液細(xì)胞電子顯微鏡的軌跡揭示了液體環(huán)境中特定方面的反應(yīng)性如何控制半導(dǎo)體的納米形狀轉(zhuǎn)換。

優(yōu)化液細(xì)胞透射電子顯微鏡（LCTEM）

半導(dǎo)體納米晶體具有廣泛可調(diào)諧的光學(xué)和電氣特性，這些特性取決于其大小和形狀，用于各種應(yīng)用。材料科學(xué)家描述了特定散裝晶體面對(duì)生長(zhǎng)和蝕刻反應(yīng)的反應(yīng)性，以發(fā)展自上而下的散裝半導(dǎo)體加工中很武斷的模式。納米晶體的多個(gè)方面及其反應(yīng)機(jī)制使它們具有直接研究的吸引力。膠體納米晶體的熱力學(xué)會(huì)影響定義它們的有機(jī)-無(wú)機(jī)界面。液態(tài)電池透射電子顯微鏡提供了觀察納米尺度動(dòng)力學(xué)所需的時(shí)空分辨率，例如自組裝過(guò)程。因此，該團(tuán)隊(duì)將一個(gè)裝有納米晶體的水袋夾在兩個(gè)透射電子顯微鏡網(wǎng)格的超薄碳層之間，并使用三（羥基甲基）鹽酸氨基甲烷（tris·HCl），一種有機(jī)分子來(lái)調(diào)節(jié)敏感半導(dǎo)體納米晶體的蝕刻。

關(guān)于LCTEM和納米晶體的現(xiàn)有研究**于貴金屬，因?yàn)樗鼈冊(cè)诜派湫匀芙膺^(guò)程中無(wú)法調(diào)節(jié)化學(xué)環(huán)境，導(dǎo)致活性材料降解。研究表明，有可能為L(zhǎng)CTEM設(shè)計(jì)新的環(huán)境，以觀察活性納米晶體的單粒子蝕刻軌跡。在實(shí)驗(yàn)中，tris·HCl添加劑調(diào)節(jié)蝕刻過(guò)程的電化學(xué)勢(shì)，該團(tuán)隊(duì)使用動(dòng)力學(xué)建模來(lái)估計(jì)液細(xì)胞中胺自由基物種的濃度和電化學(xué)勢(shì)。

概念驗(yàn)證

作為概念證明，科學(xué)家獲得了真空中硒化鉛納米立方體的代表性透射電子顯微鏡圖像，并在逐層蝕刻硒化鉛納米晶體過(guò)程中收集了時(shí)間序列圖像。LCTEM成像結(jié)果表明，作為蝕刻反應(yīng)的產(chǎn)物，硒化鉛納米晶體周圍形成了圖像對(duì)比度較高的物質(zhì)，在蝕刻過(guò)程中，硒似乎被氧化并分散到液體中，以促進(jìn)氯化鉛的形成，氯化物離子在鉛袋中。與硒化鉛的立方晶格相比，烏爾茲巖硒化鎘具有各向異性晶格，鎘和硒原子層交替。在烏爾茲石硒化鎘納米晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，表面活性劑配體與鎘區(qū)域有利地結(jié)合，以促進(jìn)硒區(qū)域的快速生長(zhǎng)。

Yan等人介紹了在真空中通過(guò)高角度環(huán)形暗場(chǎng)掃描透射電子顯微鏡解析的硒化鎘納米棒的結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)家通過(guò)收集材料中原子分散到高角度的電子來(lái)生成圖像，以形成質(zhì)量厚度圖像對(duì)比度，其中鎘比硒更亮。該團(tuán)隊(duì)同樣對(duì)箭頭形硒化鎘納米棒進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)蝕刻實(shí)驗(yàn)。

來(lái)源：科學(xué)進(jìn)步（2022）。DOI：10.1126/sciadv.abq1700

PbSe納米立方體的結(jié)構(gòu)表征和蝕刻軌跡。（A）沿著[100]區(qū)域軸方向的PbSe納米立方體的代表性靜態(tài)TEM圖像。（B）暴露不同方面截?cái)嗟腜bSe納米立方體的原子模型。（C）在蝕刻軌跡末尾捕獲的LCTEM圖像，顯示了PbSe{200}格平面的特征d間距。（D和E）以400 e- ?-2 s-1（D）和2000 e- ?-2 s-1（E）的電子通量記錄的延時(shí)LCTEM圖像。（F和G）繪制的時(shí)間間隔相等的納米晶體大綱，以說(shuō)明分別在400 e- ?-2 s-1 (F)和2000 e- ?-2 s-1 (G)下記錄的PbSe納米晶體的演變形狀和局部曲率。（H）通過(guò)梯田中間體進(jìn)行逐層蝕刻機(jī)制的方案。（I）相對(duì)蝕刻區(qū)域的時(shí)相關(guān)圖歸一化為起始框架處PbSe納米立方體的投影面積。

來(lái)源：科學(xué)進(jìn)步（2022）。DOI：10.1126/sciadv.abq1700

CdSe納米棒的結(jié)構(gòu)表征和蝕刻軌跡。（A）沿著[110]區(qū)域軸（左）投射的Wurtzite CdSe納米棒的AC-HAADF-STEM圖像。放大的插入（右上角）驗(yàn)證納米棒的JI性：桿的尖部由Se（綠色）終止，而底部由CD（粉紅色）終止。沿著[00]軸投射的陰影段（左）中HAADF-STEM強(qiáng)度的線譜包含在右下角。（B）沿c軸方向的納米棒的TEM圖像，顯示六邊形投影。（C）沿著[110]軸（左）和截?cái)嘟Y(jié)構(gòu)（右）投射的CdSe納米棒的格子模型，該結(jié)構(gòu)是通過(guò)選擇性蝕刻Se端的面形成的。（D和E）以分別400 e- ?-2 s-1（D）和2000 e- ?-2 s-1（E）的電子通量速率記錄的延時(shí)LCTEM圖像。（F）LCTEM圖像顯示了{(lán)0002}格平面的特征d間距。（G和H）繪制的時(shí)間間隔相等的納米晶體大綱，用于說(shuō)明CdSe納米棒在分別在400 e- ?-2 s-1（G）和2000 e- ?-2 s-1（H）處的演變形狀和局部曲率。（I）相對(duì)蝕刻區(qū)域的時(shí)相關(guān)圖，歸一化為起始框架處CdSe納米棒的投影面積。

來(lái)源：科學(xué)進(jìn)步（2022）。DOI：10.1126/sciadv.abq1700

沿著[000]軸觀察的Wurtzite CdSe納米晶體的蝕刻軌跡。（A）記錄在400 e- ?-2 s-1的延時(shí)LCTEM圖像。（B）CdSe納米晶體的原子模型，（000）個(gè)面朝上。（C）在LCTEM圖像的不同顏色編碼段（插入）中檢測(cè)到的平均電子通量的時(shí)間依賴圖。灰色對(duì)應(yīng)于納米晶體周圍的背景區(qū)域。（D）蝕刻過(guò)程的3D插圖表明，Se端（000）面的選擇性蝕刻導(dǎo)致尖部在納米晶體中變成凹坑。

通過(guò)這種方式，Cheng Yan及其同事使用液細(xì)胞電子顯微鏡（LCTEM）展示了在納米尺度上直接檢查膠體納米晶體的面依賴性反應(yīng)性的可能性。與經(jīng)典方法相比，該方法提供了實(shí)時(shí)、連續(xù)的結(jié)構(gòu)軌跡。現(xiàn)有研究已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了配體的夾雜或去除對(duì)LCTEM實(shí)驗(yàn)中納米晶體自組裝和蝕刻的影響。

該團(tuán)隊(duì)展示了如何使用LCTEM研究硒化鉛等敏感納米材料，并強(qiáng)調(diào)了在液態(tài)細(xì)胞電子顯微鏡中加入三-HCl等有機(jī)添加劑來(lái)調(diào)節(jié)放射性解還原環(huán)境。未來(lái)的研究有可能獲得有關(guān)使用核心/殼納米晶體以及通過(guò)無(wú)機(jī)-有機(jī)界面組裝的一系列復(fù)雜度越來(lái)越復(fù)雜的功能納米結(jié)構(gòu)陣列的實(shí)時(shí)信息。

參考資料：

Chang Yan等人，單個(gè)半導(dǎo)體納米晶體的面選擇性蝕刻軌跡，科學(xué)進(jìn)步（2022年）。DOI：10.1126/sciadv.abq1700

Yu-Ho Won等人，高效穩(wěn)定的InP/ZnSe/ZnS量子點(diǎn)發(fā)光二JI管，自然（2019）。DOI：10.1038/s41586-019-1771-5

原文章鏈接：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1743235430740077430&wfr=spider&for=pc

如果有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們刪除，謝謝~