半导体纳米晶体的液细胞透射电子显微镜分析

2022-09-07 00:09 作者:黄先生斜杠青年 0人读过 | 我要投稿

我是斜杠青年，一个热爱前沿科学的“杂食性”学者！

LCTEM实验的插图。横截面视图显示，一个包含半导体纳米晶体的薄水层夹在一对TEM网格的两层超薄碳薄膜之间。穿过水和碳层的电子束导致水放射性溶解反应，然后触发蚀刻轨迹，用LCTEM成像。来源：科学进步（2022）。DOI：10.1126/sciadv.abq1700

不同尺寸和形状的半导体纳米晶体可以控制材料的光学和电气特性。液细胞透射电子显微镜（LCTEM）是一种新出现的方法，用于观察纳米化学转化，并为具有预期结构特征的纳米结构的精确合成提供信息。研究人员正在研究半导体纳米晶体的反应，该方法旨在研究过程中通过液体放射性溶解产生的高反应环境。

在现在发表在《科学进步》上的一份新报告中，Cheng Yan和加州大学伯克利分校化学和材料科学研究团队以及德国莱布尼茨表面工程研究所利用放射解过程取代了原型半导体纳米材料的单粒子蚀刻轨迹。工作中使用的硒化铅纳米管代表了一种各向同性结构，以保留立方形状，以便通过逐层机构进行蚀刻。各向异性箭头形硒化镉纳米棒与镉或硒原子保持极性面。透射液细胞电子显微镜的轨迹揭示了液体环境中特定方面的反应性如何控制半导体的纳米形状转换。

优化液细胞透射电子显微镜（LCTEM）

半导体纳米晶体具有广泛可调谐的光学和电气特性，这些特性取决于其大小和形状，用于各种应用。材料科学家描述了特定散装晶体面对生长和蚀刻反应的反应性，以发展自上而下的散装半导体加工中最武断的模式。纳米晶体的多个方面及其反应机制使它们具有直接研究的吸引力。胶体纳米晶体的热力学会影响定义它们的有机-无机界面。液态电池透射电子显微镜提供了观察纳米尺度动力学所需的时空分辨率，例如自组装过程。因此，该团队将一个装有纳米晶体的水袋夹在两个透射电子显微镜网格的超薄碳层之间，并使用三（羟基甲基）盐酸氨基甲烷（tris·HCl），一种有机分子来调节敏感半导体纳米晶体的蚀刻。

关于LCTEM和纳米晶体的现有研究仅限于贵金属，因为它们在放射性溶解过程中无法调节化学环境，导致活性材料降解。最近的研究表明，有可能为LCTEM设计新的环境，以观察活性纳米晶体的单粒子蚀刻轨迹。在实验中，tris·HCl添加剂调节蚀刻过程的电化学势，该团队使用动力学建模来估计液细胞中胺自由基物种的浓度和电化学势。

概念验证

作为概念证明，科学家获得了真空中硒化铅纳米立方体的代表性透射电子显微镜图像，并在逐层蚀刻硒化铅纳米晶体过程中收集了时间序列图像。LCTEM成像结果表明，作为蚀刻反应的产物，硒化铅纳米晶体周围形成了图像对比度较高的物质，在蚀刻过程中，硒似乎被氧化并分散到液体中，以促进氯化铅的形成，氯化物离子在铅袋中。与硒化铅的立方晶格相比，乌尔兹岩硒化镉具有各向异性晶格，镉和硒原子层交替。在乌尔兹石硒化镉纳米晶体生长过程中，表面活性剂配体与镉区域有利地结合，以促进硒区域的快速生长。

Yan等人介绍了在真空中通过高角度环形暗场扫描透射电子显微镜解析的硒化镉纳米棒的结构。科学家通过收集材料中原子分散到高角度的电子来生成图像，以形成质量厚度图像对比度，其中镉比硒更亮。该团队同样对箭头形硒化镉纳米棒进行了现场蚀刻实验。