Nanoscale Arrays of Graphene-Based Chambers for in-situ TEM of Liquid Samples

Abstract

본 연구에서는 양극 산화 알루미늄 막 (AAO)을 이용하여 나노 챔버를 가진 액상 투과 전자 현미경을 위한 그래핀 액체 셀의 새로운 개념을 소개한다. AAO의 상단과 하단은 그래핀으로 덮어 창으로서 있으며 이들 사이에 형성된 강한 반데르발스 힘의 상호 작용은 진공 상태에서 액체 샘플이 누출되지 않도록 해준다. AAO 막은 일정한 두께를 가진 벌집 모양의 나노 다공성 구조를 가지며 알루미늄 산화 공정 동안 치수가 조절할 수 있기 때문에, 균일 한 나노 챔버를 많이 포함하는 AAO-GLC는 쉽게 제조될 수 있다. AAO-GLC를 사용하여, 금 나노 입자 (AuNPs)의 병진 및 회전 운동을 고해상도 TEM 이미징으로 모니터링 하였다. 또한 액체에서 AuNPs의 성장 메커니즘을 연구하기 위해 실시간 나노 스케일 관찰 영상을 찍었다. 영상 분석 결과 들은 GLC를 사용한 이전 연구에서 소개된 현상과 유사한 측면을 보여주었으므로 AAO-GLC의 성능을 보장할 수 있다.; We introduce a new concept of a graphene liquid cell for in-situ liquid phase transmission electron microscopy (TEM) with a large number of highly-ordered nanochambers composed of anodic aluminium oxide (AAO) membrane, called AAO-GLC. The top and bottom of the AAO membrane are covered by graphene windows and strong van der Waals interactions formed between them enables to keep the liquid sample from any leakage in a vacuum condition. Since the AAO membrane has a honeycomb-like nanoporous structure with constant thickness and its dimension can be manipulated during aluminium oxidation process, the AAO-GLC containing plenty of controlled and uniform nanochambers can be easily fabricated. Using the AAO-GLC, the translational and rotational motions of gold nanoparticles (AuNPs) were monitored with high-resolution TEM imaging. Moreover, real-time nanoscale observation movies have been taken to study the growth mechanism of AuNPs in liquid. These result shows similar aspects with the phenomenon introduced in previous studies with GLCs and therefore ensures the performance of the AAO-GLC.