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原文传递一种原位研究纳米颗粒三维分布结构的透射电镜技术

专利名称：	一种原位研究纳米颗粒三维分布结构的透射电镜技术
摘要：	本发明公开了一种原位研究合金纳米颗粒在烧结过程中的三维分布结构的透射电镜技术，通过静电纺丝技术和热处理，获得碳化处理后的纳米碳纤维；并纳米碳纤维上负载合金的前驱体盐；将金属针尖装入透射电镜的样品杆固定端，纳米碳纤维装载金针平台，金针装于样品杆活动端；装载上金属针尖和金针的样品杆插入透射电镜中，调节样品杆活动端金针高度及位置，使金针平台上的纳米碳纤维与金属针尖相接触，并在一定瞬时时间内施加一定电压，使金针平台上的负载在纳米碳纤维的前驱体盐发生瞬时碳热反应形成合金纳米颗粒，观察在电流场作用下合金纳米颗粒的分布变化和烧结情况；拍摄二维投影透射电镜照片通过软件对电镜照片进行对齐、三维重构和可视化处理。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江大学
发明人：	王宏涛;梁春园;褚雯;张奕志;刘嘉斌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-06T00:00:00+0800
申请号：	CN201910571773.8
公开号：	CN110208168A
代理机构：	杭州宇信知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	梁群兰
分类号：	G01N15/10(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
主权项：	1.一种原位研究纳米颗粒三维分布结构的透射电镜技术，其特征在于：所述纳米颗粒为负载于纳米碳纤维的多组元合金纳米颗粒，所述三维分布结构是指在电流场作用下的所述纳米颗粒的烧结过程的三维分布结构，包括步骤如下：步骤1：通过静电纺丝技术和热处理，获得直径范围在100-200 nm碳化处理后的纳米碳纤维；步骤2：配制金属前驱体盐溶液，将步骤1得到的纳米碳纤维浸泡于前驱体盐溶液中，以获得负载有前驱体盐的纳米碳纤维；步骤3：取一直径为0.2~0.25mm的镍铬金属针，通过电化学抛光法制备出金属针尖，将金属针尖剪成长度为3~5 mm，然后装入所述透射电镜的样品杆固定端，使金属针尖朝外；步骤4：取长宽分别为2 mm和1 mm的负载有前驱体盐的纳米碳纤维，将其用导电银胶粘于被夹平的直径约为0.25 mm的金针平台上，将金针装入所述透射电镜的样品杆活动端；步骤5：将装载上金属针尖和金针的样品杆插入透射电镜中，调节样品杆活动端金针高度及位置，使金属针尖与金针位于同一高度和相对的位置；步骤6：通过使金针平台上的纳米碳纤维与金属针尖相接触，并在一定瞬时时间内施加一定电压，使金针平台上的负载在纳米碳纤维的前驱体盐发生瞬时碳热反应形成合金纳米颗粒；步骤7：在形成合金纳米颗粒之后继续保持金属针尖与纳米碳纤维接触，并施加持续小电流，观察在电流场作用下合金纳米颗粒的分布变化和烧结情况；步骤8：对负载有合金纳米颗粒的纳米碳纤维进行180度旋转，每间隔2度拍摄1张附着合金纳米颗粒的纳米碳纤维的中心明场像，从而获得一系列不同角度下的二维投影透射电镜照片；步骤9：利用重构软件将步骤8中获得的一系列不同角度下的二维投影透射电镜照片进行对齐、三维重构和可视化处理。 2.根据权利要求1所述一种原位研究纳米颗粒三维分布结构的透射电镜技术，其特征在于，步骤1由以下方法实现：步骤1.1：将聚丙烯晴（PAN）与二甲基甲酰胺（DMF）按照一定比例混合后装入注射器中；步骤1.2：在接受屏放置承载纳米碳纤维的基底，使用铜箔或者碳纸作为基底；步骤1.3：调整接受屏与喷射器的相对位置，开始纺丝过程；纺丝结束后，基底上将会形成一片PAN纳米纤维；步骤1.4：将纺丝得到的PAN纳米纤维进行热处理：首先空气环境下将PAN纳米纤维放置于260℃进行5小时的预氧化处理，随后在氩气保护下将其放置于800℃下进行2小时碳化处理，即可得到纳米碳纤维。 3.根据权利要求1所述一种原位研究纳米颗粒三维分布结构的透射电镜技术，其特征在于，步骤2中，将具有合金成分的前驱体盐混合于乙醇溶液中，得到前驱体乙醇盐溶液；将碳化后得到的纳米碳纤维浸泡于前驱体乙醇盐溶液中使其充分浸湿后取出置于玻璃皿中等待其自然干燥，即获得负载有前驱体盐的纳米碳纤维。 4.根据权利要求1所述一种原位研究纳米颗粒三维分布结构的透射电镜技术，其特征在于，步骤3中通过电化学抛光法制备金属针尖的过程为：步骤3.1：配置腐蚀液，装入玻璃容器中，在玻璃容器旁放置一塑料支架；步骤3.2：将两根末端连接铜片的导线与电源两端相连接，并将与负极相连的铜片浸入玻璃容器的腐蚀液中，与正极相连的铜片固定于塑料支架上，置于腐蚀液上方；步骤3.3：将需要腐蚀的金属圆棒套上两塑料套即上塑料套与下塑料套，圆棒一端与固定在塑料支架上的铜片相连接；上塑料套与下塑料套之间露出0.5~1.0 mm的小缝；上塑料套上端位于液面之上，下塑料套下端位于圆棒下端之下；步骤3.4：布置完成后，打开电源，调整电压值为5~20 V，腐蚀反应发生；步骤3.5：两塑料套中间小缝发生断裂，圆棒下端掉落到腐蚀液中后关闭电源，从腐蚀液中取出掉落的圆棒，使用镊子将塑料套从圆棒尾部取出，获得纳米级金属针尖。 5.根据权利要求1所述一种原位研究纳米颗粒三维分布结构的透射电镜技术，其特征在于，步骤4由以下方法实现：步骤4.1：用镊子在负载有前驱体盐的纳米碳纤维上撕下长宽分别为2 mm和1 mm的小片，并在撕的过程中使其形成一小尖端，以便容易在透射电镜中实现与样品杆固定端的金属针尖的接触；步骤4.2：取长度约为3 mm，直径约为0.25 mm的金针，利用金属延展性好的优点，使用平嘴钳将其一段夹平，以获得一厚度约为0.05 mm的小平台，以便能够通过导电银胶将步骤4.1中撕下的纳米碳纤维牢固地固定在平台上，使纳米碳纤维尖端朝外；步骤4.3：将粘上纳米碳纤维的金针装入样品杆活动端。 6.根据权利要求1所述一种原位研究纳米颗粒三维分布结构的透射电镜技术，其特征在于，步骤5由以下方法实现：步骤5.1：将装载上金属针尖和金针的样品杆插入电镜中，通过调节电镜Z轴高度，使样品杆固定端处的金属针尖处于正焦状态。 7.根据权利要求1所述一种原位研究纳米颗粒三维分布结构的透射电镜技术，其特征在于，步骤6由以下方法实现：步骤6.1：通过调节活动端高度，使需要进行瞬时碳热反应的金针上的纳米碳纤维的局部处于正焦状态，并调节样品杆活动端的前后和左右使处于正焦状态的纳米碳纤维的局部与样品杆固定端的金属针尖接触；步骤6.2：在一定的瞬时时间内，在固定端和活动端间施加一定的瞬时电压，原位观察金针上与金属针尖接触部分的纳米纤维的碳热反应过程，观察合金纳米颗粒的形成过程；步骤6.3：移动其他部位的纳米纤维重复步骤5使其与金属针尖接触，通过改变瞬时时间和瞬时电压，观察和研究不同时间和电压对合金纳米颗粒形成的影响。 8.根据权利要求1所述一种原位研究纳米颗粒三维分布结构的透射电镜技术，其特征在于，步骤7由以下方法实现：当前驱体盐在瞬时碳热作用下形成合金纳米颗粒之后，继续保持纳米碳纤维与金属针尖的接触状态，在样品杆固定端和活动端间施加小电流，改变电流形式及大小，使用脉冲电流或恒定电流，原位观察在电流场的持续作用下合金纳米颗粒的分布和烧结情况。 9.根据权利要求1所述一种原位研究纳米颗粒三维分布结构的透射电镜技术，其特征在于，步骤8由以下方法实现：步骤8.1：为防止在后面的选择过程中由于运动的不稳定造成两端相撞，需要先将样品杆活动端往后运动远离样品杆固定端；步骤8.2：对已形成合金纳米颗粒的纳米碳纤维进行旋转拍摄前，先通过样品杆的对轴操作将该纳米碳纤维利用位移补偿移至轴线上，使其在旋转过程中不产生较大的漂移，造成偏离视野；步骤8.3：对轴之后，通过调节电镜高度Z，使该纳米碳纤维处于正焦状态，随后进行180度旋转，每间隔2度拍摄一张附着合金纳米颗粒的纳米碳纤维的中心明场像，从而获得一系列不同角度下的二维投影透射电镜照片。 10.根据权利要求1所述一种原位研究纳米颗粒三维分布结构的透射电镜技术，其特征在于，步骤9由以下方法实现：使用三维重构软件，将获得的电流场作用前后的同一根纳米碳纤维经过图像预处理、对轴、重构和可视化处理后获得电流场作用前后纳米碳颗粒的真实分布情况。
所属类别：	发明专利