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Small Methods:石墨烯液体池电子显微学研究进展:工作原理、机遇与挑战

液相过程在众多的科学技术领域扮演着重要的角色,如细胞中的生物活动、生物矿化、纳米颗粒合成以及电化学反应储能。如何在高空间分辨率下实时观测液相反应便成为人们一直追求的目标。传统的透射电子显微学技术虽能在原子尺度提供物质的结构与成分信息,但是其所要求的高真空环境与液体较高的饱和蒸气压相抵触,仅限于固态薄膜样品的表征。近年来,微纳加工技术的进步推动了液体透射电镜技术的诞生与发展。利用微纳加工制备的微流芯片作为液体池(liquid cell),可以有效地将液体与高真空环境隔离开来。目前商业化的Si基芯片多采用SiNx作为观察窗口薄膜。由于SiNx膜的厚度较大(>50 nm)以及在高真空下易向外胀形(bulging)等问题,使得采用该类 Si 基微芯片的原位液体电镜能获到的实际分辨率有限。为此,研究人员提出利用单层石墨烯作为窗口薄膜来弥补当前Si基微流芯片的不足。单层石墨烯的高机械强度、对小分子的不渗透性,不仅可以封装液体,同时可减少电子束的散射,将分辨率提高到原子级别,为高空间分辨率下研究物质在液体环境中的动态过程提供了新的契机。

Small Methods:石墨烯液体池电子显微学研究进展:工作原理、机遇与挑战

美国伊利诺伊大学芝加哥分校生物工程系Tolou Shokuhfar博士、机械与工业工程系Reza Shahbazian‐Yassar教授和Constantine M. Megaridis教授在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201900026)上发表了题为“Advances in Graphene-Based Liquid Cell Electron Microscopy: Working Principles, Opportunities, and Challenges”的综述性文章,总结了石墨烯液体池电镜技术的工作原理以及应用进展。文章首先回顾了不同的石墨烯液体池的制备方法以及各自的优缺点。随后,讨论了液体包的几何特征如何影响石墨烯液体池内的压力和目前对于石墨烯液体池中辐照反应、缓解电子束辐照损伤机理的理解。最后,进一步评述了石墨烯液体池电镜技术在材料科学(晶体的成核与生长、腐蚀、电化学)、生命科学(细胞器与蛋白质高分辨成像)等领域的应用,并对未来可能的研究方向及相应的挑战提出了展望。

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