CN105158517A - 一种液体环境下原位观察纳米材料生长的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体环境下原位观察纳米材料生长的方法，该方法中的原位观测纳米材料使用的液体腔采用覆盖有碳膜的金属载网对粘而成，利用移液枪将反应溶液滴在底部金属载网有碳膜的一面，用镊子将另一片金属载网覆盖有碳膜的面朝下，盖在滴有溶液的底部金属载网上，待多余的溶液蒸发掉后，金属载网之间由于碳膜上的粘附力、范德华力等作用粘在一起，从而形成密闭的腔室，将反应溶液封在里面。本发明公开的液态环境下原位观察纳米材料生长的方法具有成本低、操作简单、分辨率高等优势，使纳米材料在液态环境中的观测更为方便、快捷，有效促进了纳米材料原位观测技术的发展。

Description

一种液体环境下原位观察纳米材料生长的方法

技术领域

本发明涉及一种采用新型液体腔进行液体环境下原位观察纳米材料生长的方法，属于原位电镜观测技术中的液体腔制备方法。

背景技术

纳米材料指的是至少有一个尺度在纳米量级的材料，具有小尺寸效应、体积效应、量子效应等不同于块状材料的性能。纳米材料所具有的这些独特的物理特性使其可广泛应用在医疗器材、电子设备、涂料生物、医药等各个技术领域。然而由于纳米材料的肉眼不可见性以及光学显微镜的低放大倍数和分辨率，纳米材料的观测必须借助以电子束为成像源的电子显微镜技术。

直接观察样品的本质状态是电子显微镜自发明以来的一个重要目标，传统的电镜技术需使样品在高真空环境下观测，要求样品必须无水且无易挥发的试剂。然而很多样品(尤其是生物材料)在真空下的状态和在溶剂中的状态大为不同，制样时的干燥过程往往导致样品的结构发生很大变化，因而难以观测到样品的固有状态，原位观测溶液中的反应过程更是不可能实现。2003年，美国弗吉尼亚大学的Williamson等人提出一种制备液体腔的方法，观测到液态环境下Cu在Au表面的淀积，自此开创了液体环境下原位观测纳米材料的先河。在过去的十几年内，液态环境下观测纳米材料的技术得到了快速的发展，液体腔的制备在该技术发展的过程中起着极关重要的作用。目前制备液体腔的技术可分为两大类，第一类是采用两片对电子束透明氮化硅薄膜将液体封装，氮化硅薄膜的厚度以及液体层的厚度导致难以实现高分辨率的成像和观测。制备氮化硅液体腔需要经过旋涂、沉积、刻蚀、键合以及封装等一系列步骤，工艺复杂，且难以保证氮化硅膜的质量，目前可制备的最薄的氮化硅薄膜在13nm左右，无法进一步精确观测更小尺寸的纳米材料的性质。第二类是单层石墨烯液体腔，因单层石墨烯只有一个碳原子的厚度，故而可保证原子量级的高分辨率。然而石墨烯在高压电镜环境下易受电子束辐照出现破损，难以保证纳米材料的长时间观测，同时石墨烯薄膜的破损会导致液体泄露，进而对电镜状态产生不利的影响。同时在制备石墨烯液体腔时，需先在铜箔上长出单层石墨烯，然后将石墨烯转移到覆盖有无定型碳膜的金属载网上，再将两片负载石墨烯的金属载网对粘，使两片金属载网上的石墨烯薄膜因粘附力等作用吸在一起，最后再移除顶部的金属载网，该方法步骤繁琐且成功率难以保证。以上介绍的两种使用广泛的液体腔制备技术都具有制备复杂、耗时长且成功率低等难以忽略的缺点，严重制约了液态环境下原位观测纳米材料技术的快速发展，因而寻求一种制备方法简单、对设备要求低、成功率高、周期短的液体腔制备技术具有重要的实用价值和意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种液体环境下原位观察纳米材料生长的方法，是一种可用于电子显微镜技术中原位观测液态环境中纳米材料特性的液体腔制备技术，该技术可实现液体腔的快速、低成本制备。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种液体环境下原位观察纳米材料生长的方法，该方法包括如下步骤：

(1)将一片负载碳膜的底层金属载网水平置于滤纸或者载玻片上，底层金属载网负载碳膜的一面朝上；底层金属载网的目数为10～1000目；

(2)利用移液枪将2～5μL的反应溶液滴在碳膜上；反应溶液因其浸润性不同在底层金属载网表面的状态会有不同，但需尽量保证反应溶液在底层金属载网上平均分布；

(3)将另一片负载碳膜的顶层金属载网水平覆盖在滴有反应溶液的底层金属载网上，顶层金属载网负载碳膜的一面朝下，两层金属载网与反应溶液形成三明治夹心结构；顶层金属载网和底层金属载网的规格、材质相同，顶层金属载网覆盖在底层金属载网上时，保证各个网格、网线正对；两层碳膜的规格、材质相同，厚度为5～15nm；

(4)保证三明治夹心结构静止，待多余液体蒸发掉，两层碳膜由于粘附力和范德华力等作用粘结在一起，形成密闭的腔室，将反应溶液密封在腔室内形成液体腔；多余液体蒸发的时间具体视反应溶液的成分而定；

(5)将液体腔放置在样品杆上，移至透射电子显微镜下进行液体环境下的纳米材料生长的原位观测。

一种优选方案，在底层金属载网和负载的碳膜之间设置有方华膜，在顶层金属载网和负载的碳膜之间也设置有方华膜，方华膜可进一步保证腔室的密封性。

另一种优选方案，在底层金属载网和负载的碳膜之间设置有多孔有机膜，在顶层金属载网和负载的碳膜之间也设置有多孔有机膜，多孔有机膜可进一步保证腔室的密封性。

优选的，所述顶层金属载网和底层金属载网为铜网、镍网或金网。

在本发明的实施过程中，会使用到透射电子显微镜以及与其相配套的电子显微镜样品杆等设备。

有益效果：本发明提供的液体环境下原位观察纳米材料生长的方法，制备了一种新型的液体腔，与现有的液体腔制备技术相比，本发明利用碳膜之间的强粘附力和范德华力将液体封进两片碳膜之间，形成密闭的液体腔室，可保证原位观测液态环境下的纳米材料性质；本方法无需购买其它专用的设备，仅需要两片覆盖有方华膜和碳膜的金属载网，移液枪、镊子和一台透射电子显微镜，成本低廉；同时本发明无需复杂的工艺流程，耗时短，是一种快捷、经济方便的液体环境下原位观察纳米材料生长的方法。

附图说明

图1为依据本发明获得液体腔的示意图；

图2为利用本发明液体腔封闭的Au纳米颗粒在透射电子显微镜下的图像。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1

将一片负载方华膜和碳膜的铜载网放置在载玻片上，含有膜的那面朝上。利用移液枪将3μL的含有纳米材料的溶液滴在碳膜上，采用移液枪尖端使液体在碳膜表面均匀分布。用镊子将另一片铜载网负载有方华膜和碳膜的那面朝下，覆盖在滴有溶液的底部铜载网上。保持该准液体腔系统静止。待多余溶液蒸发掉，铜载网表面的碳膜由于粘附力和范德华力等作用力粘在一起，形成密闭的腔室，将反应溶液封在里面，方华膜可进一步保证液体的密封性。待液体腔制备完毕，将其放置在样品杆上，移至电子显微镜下进行液体环境下的纳米材料性能的原位观测。

实施例2

将一片负载多孔有机膜和超薄碳膜的铜载网放置在载玻片上，含有膜的那面朝上。利用移液枪将3μL含有纳米材料的溶液滴在碳膜上，采用移液枪尖端使液体在碳膜表面均匀分布。用镊子将另一片铜载网负载有多孔有机膜和超薄碳膜的那面朝下，覆盖在滴有溶液的底部铜载网上。保持该准液体腔系统静止。待多余溶液蒸发掉，铜载网表面的碳膜由于粘附力和范德华力等作用力粘在一起，形成密闭的腔室，将反应溶液封在里面。待液体腔制备完毕，将其放置在样品杆上，移至电子显微镜下进行液体环境下的纳米材料性能的原位观测。

实施例3

将一片负载碳膜的铜载网放置在载玻片上，含有膜的那面朝上。利用移液枪将3μL含有纳米材料的溶液滴在碳膜上，采用移液枪尖端使液体在碳膜表面均匀分布。用镊子将另一片铜载网负载碳膜的那面朝下，覆盖在滴有溶液的底部铜载网上。保持该准液体腔系统静止。待多余溶液蒸发掉，铜载网表面的碳膜由于粘附力和范德华力等作用力粘在一起，形成密闭的腔室，将反应溶液封在里面。待液体腔制备完毕，将其放置在样品杆上，移至电子显微镜下进行液体环境下的纳米材料性能的原位观测。

实施例4

按照实施例1采用的负载方华膜和碳膜的铜载网进行液体腔的封装，将尺寸在10～20nm的Au纳米颗粒的水溶液封进两片碳膜粘合后形成的密闭腔室内。将封装好的液体腔放置在样品杆上，移至透射电子显微镜下进行液体环境下的纳米材料性能的原位观测。透射电子显微镜下的图像显示，水溶液在电子束的照射下发生流动，带动金纳米颗粒一起运动。如图2所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种液体环境下原位观察纳米材料生长的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)将一片负载碳膜的底层金属载网水平置于滤纸或者载玻片上，底层金属载网负载碳膜的一面朝上；底层金属载网的目数为10～1000目；

(2)利用移液枪将2～5μL的反应溶液滴在碳膜上；

(3)将另一片负载碳膜的顶层金属载网水平覆盖在滴有反应溶液的底层金属载网上，顶层金属载网负载碳膜的一面朝下，两层金属载网与反应溶液形成三明治夹心结构；顶层金属载网和底层金属载网的规格、材质相同，顶层金属载网覆盖在底层金属载网上时，保证各个网格、网线正对；两层碳膜的规格、材质相同，厚度为5～15nm；

(4)保证三明治夹心结构静止，待多余液体蒸发掉，两层碳膜粘结在一起，形成密闭的腔室，将反应溶液密封在腔室内形成液体腔；

(5)将液体腔放置在样品杆上，移至透射电子显微镜下进行液体环境下的纳米材料生长的原位观测。

2.根据权利要求1所述的液体环境下原位观察纳米材料生长的方法，其特征在于：在底层金属载网和负载的碳膜之间设置有方华膜，在顶层金属载网和负载的碳膜之间也设置有方华膜。

3.根据权利要求1所述的液体环境下原位观察纳米材料生长的方法，其特征在于：在底层金属载网和负载的碳膜之间设置有多孔有机膜，在顶层金属载网和负载的碳膜之间也设置有多孔有机膜。

4.根据权利要求1所述的液体环境下原位观察纳米材料生长的方法，其特征在于：所述顶层金属载网和底层金属载网为铜网、镍网或金网。