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《胶体晶体的Ptychographic x射线成像》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2017-12-08

  • 应用Ptychographic相干x射线成像技术对胶体晶体的电子密度进行了预测，这是一种很有前景的纳米材料用于光电应用和重要的模型系统。采用混合态的入射x射线波场，通过ptychography得到高分辨率和高对比度的胶体晶体结构。重建的胶体晶体显示域平均结构域2µm大小。由基本封闭结构形成的域的比较，使我们可以在没有纯六角形密集的区域的情况下得出结论，并证实在胶体晶体膜的分析部分中，以面为中心的立方体结构存在随机的六角形密闭层。ptychography重构表明，最终结构复杂，可能包含局部位错，导致横向上叠加序列的变化。在这项工作中，x射线ptychography被扩展到高分辨率的晶体样品成像。

    ——文章发布于2017年11月24日

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  • 《硬x射线成像成为焦点。》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2018-03-21
    • 一种新的多模态硬x射线扫描显微技术可以在材料科学研究中应用到10纳米以下的图像。它的发明者说，这项技术是通过将双交叉多层劳埃透镜和光栅扫描一种样品聚焦在硬x射线上的，已经准备好用于常规测量。 扫描硬x射线显微镜(SHXM)用于成像纳米结构，因为x射线可以解决比可见光更细微的细节。他们的穿透力也允许进入一个样品的更深层次，这对于三维成像的结构如生物细胞，半导体芯片，电池和许多其他功能材料是有用的。但是这种高的穿透也意味着x光通过传统的透镜而不被弯曲或聚焦。 除了x射线反射镜，它们的收敛性很有限，需要机械抛光，这使得它们昂贵，另一种弯曲x射线的方法就是使用晶体。为了做到这一点，今天的研究人员利用特制的人造晶体，由不同的材料层组成，以使x射线聚焦。这些晶体被称为多层劳埃透镜(MLLs)，以德国物理学家马克斯·冯·劳(Max von Laue)的名字命名，他在100年前发现了晶格衍射x射线。 两个交叉mll 由布鲁克海文国家实验室的Hanfei Yan和他的同事开发的新的硬x射线成像技术，由于两个交叉的MLLs，空间分辨率接近10nm。 “由于吸收、相位和荧光对比，我们在多模式下对样品进行了成像，”Yan解释说。“我们光栅扫描样品的纳米光束应用于它的表面。当我们这样做的时候，我们分别用能量色散和像素阵列的二维探测器记录激发的荧光和发射信号，在样本的每个位置上。前者为我们提供了样本中构成元素的定量图像，后者提供了样本的电子密度图。 ——文章发布于2018年3月19日
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  • 《强大的x射线光束解开了纳米晶体形成的秘密》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2019-01-08
    • 高能x射线和巧妙的实验装置使研究人员得以观察高压、高温的化学反应，从而首次确定是什么控制了金属钴中两种不同纳米级晶体结构的形成。这项技术使得钴纳米颗粒能够从数十个原子的团簇生长到5纳米大小的晶体，从而进行持续的研究。 高能x射线和巧妙的实验装置使研究人员得以观察高压、高温的化学反应，从而首次确定是什么控制了金属钴中两种不同纳米级晶体结构的形成。这项技术使得钴纳米颗粒能够从数十个原子的团簇生长到5纳米大小的晶体，从而进行持续的研究。 这项研究为实时研究晶体形成的新技术提供了原理证明，并有可能应用于其他材料，包括合金和氧化物。研究数据生成了“纳米相图”，显示了钴纳米晶体形成时控制其结构的条件。 这项研究于11月13日发表在《美国化学学会杂志》(Journal of The American Chemical Society)上，由美国国家科学基金会(National Science Foundation)赞助，使用了美国能源部(Department of energy)在布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)和阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)资助的同步加速器x射线束流。 “我们发现，我们确实可以控制这两种不同晶体结构的形成，而调节因素是溶液的pH值，”佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)乔治w伍德拉夫机械工程学院(George W. Woodruff School of Mechanical Engineering)助理教授陈海龙(Hailong Chen)说。“调整晶体结构使我们能够控制这些材料的功能和性能。我们相信这种方法也适用于合金和氧化物。 在大块钴中，晶体的形成倾向于六角形紧密包裹(HCP)结构，因为它能使能量最小化，从而形成稳定的结构。然而，在纳米尺度上，钴也形成面心立方(FCC)相，具有更高的能量。这是稳定的，因为小纳米团簇的高表面能影响总晶体能量，陈说。 “当簇很小时，我们有更多的调节效果，这是由OH -基团或其他配体的表面能量控制的，”他补充说。“我们可以调整溶液中OH -基团的浓度，这样我们就可以调整表面能量，从而调整整个簇的能量。” 陈和研究生助理马学田(音)与来自两个国家实验室和马里兰大学材料科学系的研究人员合作，利用理论、实验和计算建模技术对这些多态结构进行了研究。 在实验中，研究人员用氢氧化钾改变溶液的pH值，还原了乙二醇溶液中的氢氧化钴。这种反应发生在高压下——大约1800磅每平方英寸——200摄氏度以上。 在实验室里，研究人员使用了一个沉重的钢制安全壳，只允许他们分析反应结果。为了追踪反应是如何发生的，他们需要实时观察它，这就需要开发出一种足够小的安全壳，以便在处理高压和高温的同时进行x射线的传输。 其结果是一种反应容器，由直径约1毫米、长约2英寸的高强度石英管制成。加入氢氧化钴溶液后，旋转管，既方便了化学反应，又平均了x射线信号。一个小加热器提供必要的热能，热电偶测量温度。 在布鲁克海文的国家同步加速器光源II和阿贡国家实验室的高级光子源上，马和陈分别在四次不同的旅行中使用了这种装置。x射线通过反应室进入二维探测器，对化学反应进行连续监测，耗时约两小时。 “当它们开始形成可检测的光谱时，我们捕获了x射线衍射光谱，并继续观察，直到钴晶体形成，”马解释说。“我们能够一步一步地观察从初始成核到反应结束发生了什么。” 通过改变反应的pH值得到的数据生成了纳米相图，显示了不同的组合产生了这两种结构。 x射线衍射结果证实了马里兰大学詹姆斯·克拉克工程学院助理教授莫一飞的理论预测和计算模型。Mo和他的同事Adelaide Nolan和Shuo Zhang利用密度泛函理论描述了晶体在不同条件下如何成核。 陈说，钴的成功表明，这种方法可以用于为其他材料(包括更复杂的合金和氧化物)生成纳米相图。 他说:“我们的目标是建立一个模型，系统地了解纳米尺度上晶体材料的形成。”到目前为止，研究人员一直依靠经验设计来控制材料的生长。现在我们可以提供一个理论模型来系统地预测在不同条件下可能存在的性质 下一步，佐治亚理工学院的研究人员计划研究合金，进一步完善理论模型和实验方法。 ——文章发布于2019年1月7日
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