[發明專利]一種原位透射電子顯微鏡觀測納米顆粒生長的方法

有效

• 申請號: 201710953015.3
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN109668911B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 余兆豐;徐旭輝;王婷
• 申請（專利權）人: 香港理工大學
• 主分類號: G01N23/20
• 分類號: G01N23/20;C01F17/36;C01G21/16;B82Y40/00
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 馮志云;張福根

本發明提供了一種原位透射電子顯微鏡(TEM)觀測納米顆粒生長的方法，取形成玻璃的原料成分與形成納米顆粒的原料成分混合均勻，加熱至熔融，降溫以形成玻璃前驅體材料；將玻璃前驅體材料研磨成微米尺寸的顆粒，分散至TEM加熱芯片上用于原位TEM測試；在TEM環境下將加熱芯片加熱到一定溫度并保溫，以觀測納米顆粒在玻璃前驅體中的形核、生長等過程。本發明的觀測方法在原位條件下，納米顆粒可以在玻璃前驅體材料中形核結晶、生長，可實現高溫、高穩定性以及高分辨的原位TEM觀測，操作更加簡便，觀測效果優異且可對納米顆粒生長速度進行調節，對于推動、擴大納米材料的研究和應用都具有重要的價值。

技術領域

本發明涉及納米材料領域，具體涉及一種原位透射電子顯微鏡觀測納米顆粒生長的方法。

背景技術

近年來，納米材料科學逐漸興起并迅速成為材料學的研究熱點之一。有研究表明，納米結構對于材料的性質有著關鍵性的影響，因此了解納米材料的成核及生長過程對控制其物理性能至關重要。

透射電子顯微鏡(TEM)作為強有力的材料結構表征工具，可以分析得到材料原子級高分辨像、電子衍射圖、化學元素能譜等信息。TEM原位技術也是觀測晶體詳細生長動態過程的重要技術之一，目前原位TEM觀測主要是通過溶液法動態監控納米顆粒的成核及生長動力學過程。然而，以溶液作為基體材料雖然可以模擬納米顆粒的生長環境，但是在原位TEM觀測過程中，由于離子及形成的納米晶在液相中的高遷移率及較高的液相腔體厚度，導致難以實現納米顆粒的時間及空間高分辨的形核過程。此外，現有液相原位TEM芯片的可操作溫度在100℃以下，嚴重限制了原位TEM觀測納米顆粒樣品的種類，并且難以實現TEM的真空測試環境。

目前的研究中，也存在采用固態前驅體材料測試原位TEM的技術，但由于低透過率，只能在樣品邊沿處觀察到高分辨的納米顆粒，在固態材料內部難以對樣品進行高分辨觀察。

發明內容

為克服現有的納米顆粒的原位TEM觀測中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種原位TEM觀測納米顆粒生長的方法，該方法不僅可適用于高溫環境的原位TEM測試，還能實現高分辨TEM原位觀察。

本發明提供的原位TEM下觀測納米顆粒生長的方法包括以下步驟：

S1：取形成玻璃的原料成分與形成所述納米顆粒的原料成分混合均勻，加熱至玻璃熔融，降溫以形成玻璃前驅體材料(非晶)；

S2：將步驟S1所得的玻璃前驅體材料研磨成微米尺寸的顆粒，分散至用于原位TEM測試的加熱芯片上；以及

S3：將所述TEM的加熱芯片加熱并保溫，以觀測納米顆粒的形核、結晶以及生長過程。

本發明的方法中，所述納米顆粒可以為常見的金屬單質、金屬氧化物或半導體材料的納米顆粒。

進一步地，所述金屬單質包括但不限于金、銀、銅等。

進一步地，所述半導體材料包括但不限于硫化物類、非金屬氧化物類、氟化物類、硅酸鹽類、鈣鈦礦類等常見種類的半導體材料。

本發明的方法中，所述玻璃的原料成分與所述納米顆粒的原料成分的摩爾比為10﹕1～40﹕1。

本發明的方法中，所述玻璃的原料成分可以為常見種類的硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃或鋁酸鹽玻璃的原料成分。

本發明的方法中，所述步驟S1進一步包括以下步驟：

S11：取形成玻璃的原料成分與形成所述納米顆粒的原料成分混合均勻得混合料；

S12：將步驟S11所得的混合料在800～1750℃的溫度下燒結0.5～1.5h得到玻璃前驅體溶液；以及

S13：將步驟S12所得的玻璃前驅體溶液置于溫度為200～500℃的加熱板上，壓延成型，從而形成所述玻璃前驅體材料。