用于液态介质中原位电子显微镜的纳米水族箱

对许多发生在液体中的纳米尺度过程（如胶体晶体形成、聚集、纳米线生长、电化学沉积和生物相互作用）的理解，将极大地受益于利用透射电子显微镜（TEM）和扫描透射电子显微镜（STEM）的纳米级分辨率进行的实时、原位成像。然而，如果不解决两个实验难题：样品厚度和高真空显微镜腔室中的样品蒸发，这些成像工具无法轻易用于观察液体介质中发生的过程。为应对这些挑战，我们开发了一种纳米Hele-Shaw单元，称为纳米水族箱。该装置由一个密封的、100纳米高的、充满液体的腔室组成，该腔室夹在两个独立的、50纳米厚的氮化硅膜之间。嵌入式电极集成在装置中。这段流体动力学视频展示了悬浮在液体中的纳米颗粒在STEM原位成像过程中的颗粒运动和聚集。第一种溶液包含水中的5纳米金颗粒、50纳米金颗粒和50纳米聚苯乙烯颗粒。第二种溶液包含水中的5纳米金颗粒。成像使用FEI Quanta 600 FEG Mark II配合STEM探测器进行。在多颗粒溶液的镜头中，注意50纳米金颗粒显著地装饰了团簇，并且清晰可辨。在5纳米金颗粒的镜头中，观察到扩散限制聚集。单个颗粒和小团簇在整个视野中扩散，相互碰撞并不可逆地结合，形成分形结构。聚集速率和聚集体的分形维数与光散射测量结果一致，表明电子束并未显著改变观察到的现象。