创新的膜平台使分析“低至少数气体原子”

　　

　　

　　西北大学的研究人员已经开发出一种新的方法来容纳气体分子，因为它们正在被实时分析，利用自然界中发现的蜂窝结构作为超薄陶瓷膜的灵感，他们将其用于包裹样品。

　　除了通过独特的键来推断气体原子的特征外，这种封装策略还可以在高真空透射电子显微镜(tem)中使用，以增强固体纳米结构的成像。这些工具可以广泛使用，从进行基础研究的国家实验室到创造实际应用的创新型初创企业。

　　当电子在穿过样品时偏离其原始路径时，图像的分辨率和对比度就会降低。由西北大学的一组材料科学家设计的氮化硅微芯片最大限度地减少了背景散射。

　　材料科学家维纳亚克·德拉维德说:“我们的团队已经开发出一种薄膜，它非常薄，电子可以在最小的干扰下通过纳米反应器。”“我们将超薄氮化硅薄膜固定在蜂窝框架上，使我们的电池两侧都有膜。”

　　这篇论文发表在1月17日的《科学进展》杂志上。

　　该论文的作者之一德拉维德是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程的亚伯拉罕·哈里斯教授，也是进行这项工作的细微差别中心的创始主任。他还担任国际纳米技术研究所全球倡议副主任。

　　Dravid研究小组与共同通讯作者、材料科学与工程系研究副教授胡晓兵、第一作者、NUANCE中心研究助理库昆莫(Kunmo Koo)共同开发了气体电池平台，该平台使用的薄膜厚度只有商用微芯片的五分之一。

　　反应前后的对比图令人震惊。

　　“传统膜的厚度往往非常大，以便在显微镜创造的极高真空下保持机械完整性，”德拉维德说。“想象一下，我必须戴一副非常厚的眼镜来吸收大量的光线，结果我什么也看不见。用我们的发明产生的图像看起来几乎就像给眼镜去雾一样。”

　　德拉维德将其与詹姆斯·韦伯太空望远镜的不同之处进行了比较，后者将以前看不见的物体变成了焦点。重要的是，该膜允许该团队使用光谱学来进行“精确到少数气体原子”的分析，例如，识别以前看起来相同的分子之间的差异，如二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)，这在新兴的清洁能源技术中至关重要。

　　光谱学使研究人员能够看到电子是如何与他们正在成像的原子相互作用的，看到它们是如何吸收、反射或发射特定能量的，同时揭示出独特的光谱指纹。

　　开发一种方法来分析事物如何随时间、压力和温度变化，并观察流体如何与纳米颗粒相互作用，对于新兴的清洁能源和电池技术在分子水平上至关重要。有了这一新的进展，光伏和催化能源系统等应用技术可以更好地在纳米和电子长度尺度上进行分析。

　　“超薄陶瓷膜可以应用于更广泛的学科，而不仅仅局限于电子显微镜，”胡说。“例如，光或x射线表征有望获得更好的结果。该策略可广泛应用于对厚度要求低、机械强度要求高的膜片和机械部件。

　　通过这项新技术，研究人员可以看到分辨率降至1.02埃左右，而之前的实验中分辨率约为2.36埃。该团队表示，他们已经取得了迄今为止在该领域记录的最高空间分辨率和光谱能见度。

　　除了显微镜，该团队希望将他们的平台技术应用于其他问题，因为封装技术可以应用于任何微芯片或基于光学的技术。

　　“在任何领域，越薄越好，因为与内部物体本身相比，你从厚容器中获得的信息更少，”Koo说。