電鏡除了用來(lái)拍照,還能做點(diǎn)更酷炫的事么?

德國(guó)埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)ErdmannSpiecker教授及其同事近日展示了一種電鏡新玩法。他們通過(guò)在掃描電鏡(SEM)及透射電鏡(TEM)裝置中加入壓電臂,實(shí)現(xiàn)了原位清潔石墨烯薄膜表面,其潔凈程度達(dá)原子級(jí)別。此外,作者們?cè)跐崈羰┍砻嫔侠锰囟ū砻嫖轿锷L(zhǎng)了石墨烯。

電鏡還能這么玩?給石墨烯“洗個(gè)澡”,實(shí)現(xiàn)原子級(jí)潔凈度

石墨烯的清洗利用了灰塵與石墨烯表面作用力微弱的特點(diǎn),其清潔過(guò)程如拖地(圖1a)。作者們?cè)赟EM裝置中加入兩條前端連有金屬鎢探針的壓電臂(圖1b)。探針上下各一個(gè),可從石墨烯膜上下兩面接近,并在表面上移動(dòng)。清潔時(shí),先小心地將探針與石墨烯膜輕輕接觸,然后在平面內(nèi)移動(dòng)。由于灰塵與石墨烯之間作用力比石墨烯層間作用力弱,因而探針可將吸附在表面的灰塵與石墨烯剝離,從而清洗石墨烯(圖1c、d)。

電鏡還能這么玩?給石墨烯“洗個(gè)澡”,實(shí)現(xiàn)原子級(jí)潔凈度
圖1.石墨烯“洗澡”的(a)概念、(b)設(shè)備結(jié)構(gòu)和(c、d)原理示意圖。

清潔石墨烯膜可通過(guò)SEM實(shí)時(shí)觀察。電鏡圖片顯示,未處理的石墨烯表面附著大量長(zhǎng)條狀灰塵顆粒(圖2a)。通過(guò)探針在石墨烯表面上移動(dòng),可在不破壞石墨烯薄膜的前提下實(shí)現(xiàn)原子級(jí)別潔凈程度(視頻及圖2b-h)。除SEM外,TEM也可同樣為石墨烯“洗澡”。

電鏡還能這么玩?給石墨烯“洗個(gè)澡”,實(shí)現(xiàn)原子級(jí)潔凈度
圖2.SEM視角下的石墨烯清潔過(guò)程。其中a-d為頂視圖,e-h為側(cè)視圖。

潔凈的石墨烯表面可作為研究二維材料生長(zhǎng)行為的平臺(tái)。例如,作者們有意向潔凈石墨烯表面引入Cu(II)-四苯基卟啉(CuTPP)分子,并通過(guò)電子束照射誘導(dǎo)這些分子在表面擴(kuò)散(圖3a)。含苯環(huán)的CuTPP分子擴(kuò)散聚攏后利用電子束的能量交聯(lián)并逐漸形成具有缺陷的單層石墨烯網(wǎng)絡(luò)(圖3b-d)。通過(guò)調(diào)控交聯(lián)時(shí)間和表面分子吸附密度,可原位合成多層石墨烯。

電鏡還能這么玩?給石墨烯“洗個(gè)澡”,實(shí)現(xiàn)原子級(jí)潔凈度
圖3.利用表面吸附的CuTPP分子制備石墨烯:(a)示意圖及(b-d)TEM視角下的生長(zhǎng)過(guò)程。

不知本工作的靈感是否來(lái)源于作者們某次的灑掃庭除。

更多信息(如石墨烯表面再污染動(dòng)力學(xué)特征等)請(qǐng)參見(jiàn)原文:

https://www.nature.com/articles/s41467-020-15255-3

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