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据悉石墨烯让纳米粒子3D成像更加*

劳伦斯柏克莱*实验室的研究人员使用单层石墨烯作为一个清晰类透镜盖称为石墨烯电池液为单个胶状纳米粒子的原子创造新的成像系统。这个过程将大大简化反覆试验原子级工程学的设计和重新设计过程,LBNL的工作人员说。

劳伦斯柏克莱*实验室(LawrenceBerkeleyNationalLaboratory,LBNL)的研究人员使用单层石墨烯作为一个清晰类透镜盖(Lens-likeCap)—称为石墨烯电池液(GrapheneLiquidCell,GLC)—为单个胶状纳米粒子的原子创造新的成像系统。这个过程将大大简化反覆试验原子级(Atomic-scale)工程学的设计和重新设计过程,LBNL的工作人员说。

大多数电子产业使用的纳米粒子都存在于流体溶液中,且也被允许可处于干燥状态。常用的透射电子显微镜(TEM)可在纳米粒子干燥后为其成像,但是干燥的流体往往会扭曲纳米粒子的结构,而校正结构的过程通常相当复杂,一个设计完成在之前,须经过反覆多次的试验。LBNL的石墨烯可作为敏感纳米粒子的保护层。

“作为保护层,石墨烯可能是最薄的(每张纸只有1个原子厚),可保护TEM真空室里的液体样品。”LBNL暨MolecularFoundry*电子显微镜中心(NationalCenterforElectronMicroscopy)的科学家PeterErcius说,“纳米粒子在液体中可以自由移动和旋转,向我们展示许多不同的视角,而这些视角被组合于一台电脑中,以生成纳米粒子架构的3D模型,我们所使用的容器只比纳米颗粒的尺寸稍大一些。”

Ercius的团队*次使用的新技术,他们称之为“SINGLE”—由石墨烯电池液电子显微镜鉴定的纳米粒子结构(StructureIdentificationofNanoparticlesbyGrapheneLiquidCellElectronMicroscopy)—可在电脑中显示3D模型,目的在于设计可以组合在一起的“积木”,以形成更大的特定电子和物理特性架构,满足现今许多产业需求。

SINGLE使用TEM为在GLC中自由旋转的铂纳米粒子成像,以确定个别的胶体纳米颗粒3D结构。

“我们的作法可能会影响现有液体生成的结构,且我们确定如何透过组合较小的结构建立较大架构。这可能也会对使用纳米粒子的制程有很大的影响,如催化(Catalysis),这是由于我们能够探索在原生液体环境中的纳米粒子3D结构。”Ercius告诉EETimes。

在电子领域,纳米粒子被用在越来越多的各类新装置上,并改善现有装置的效能。例如,太阳能板(SolarPanel)和纳米电子电路都可以使用纳米粒子作为量子点,在光子到电子设备提高太阳能板的输出,以及让先进的半导体结点可接近原子等级。

Ercius并指出,量子点的原子结构,包括他们的形状、表面和内部缺陷,都是调整其性能的关键参数,我们的方法可用于确定量子点的结构特性,从而提高其设计应用,包括光电子(Photonics)。

在LBNL,Ercius的下一步将使用更快的每秒400帧的摄影镜头,以更*的构造出TR3D模型,*度可超越他们现在拥有的2纳米*度设备。

“我们的下一步是推动这项技术在粒子中使用的单个元素内,找到所有的原子。新的摄影机现在已经安装在我们的TEM上,并可以10倍的速度获得更高品质的照片,这应该可以协助我们实现此一目标。”Ercius进一步说明,“我们还计画去探索我们可以重建多大的粒子。”

最终,该技术可以用来组装完整的电子和光子材料和甚至完整的装置,使用从下而上的方法结合不同的元件,透过每个纳米粒子表面的编码,使他们自动扣在一起。

在LNBL的SINGLE是由美国*能源部(U.S.DepartmentofEnergy)透过一个由多机构团队资助的研究人员所发明,也是由在MolecularFoundry的柏克莱实验室总监,暨科维(Kavli)柏克莱分校能源纳米研究所(EnergyNanoScienceInstitute,ENSI)所长PaulAlvisatos所主导。其他参与者包括哈佛大学(HarvardUniversity)教授JungwonPark、澳大利亚莫纳什大学(Australia’sMonashUniversity)教授HansElmlund,以及博士后和博士生JongMinYuk、DavidLimmer、QianChen、KwanpyoKim、SangHoonHan、DavidWeitz与AlexZettl。

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