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深度學(xué)習(xí)助力原位透射電鏡表征,,
揭示納米粒子表面動(dòng)態(tài)與不穩(wěn)定性
近日,亞利桑那州立大學(xué)(Arizona State University)Peter A. Crozier團(tuán)隊(duì)與紐約大學(xué)(New York University)Carlos Fernandez-Granda團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一篇名為《Visualizing nanoparticle surface dynamics and instabilities enabled by deep denoising》的研究論文,。研究通過(guò)深度學(xué)習(xí)去噪技術(shù),,顯著提升了電子顯微鏡的時(shí)空分辨率,成功觀(guān)察到了鉑納米粒子在一氧化碳環(huán)境下的表面動(dòng)態(tài)與不穩(wěn)定性,。
在這項(xiàng)研究中,團(tuán)隊(duì)采用了一種全新的無(wú)監(jiān)督深度去噪框架,,能夠在中等電子劑量下,,以10毫秒的時(shí)間分辨率觀(guān)察納米粒子的表面結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)。這一技術(shù)突破使他們能夠揭示納米粒子表面在有序和無(wú)序配置之間不斷轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象,,從而導(dǎo)致應(yīng)力場(chǎng)滲透到表面下方,,形成缺陷并使納米粒子變得不穩(wěn)定。結(jié)合這種無(wú)監(jiān)督去噪技術(shù)與原位電子顯微鏡,,研究團(tuán)隊(duì)顯著提升了時(shí)空表征能力,,開(kāi)啟了探索材料原子級(jí)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)的新窗口。
球差校正環(huán)境透射電鏡 Titan ETEM參與了表征工作,,其先進(jìn)的原位表征技術(shù)實(shí)現(xiàn)了400攝氏度樣品臺(tái)加熱,,CO和H2氣體通入,同時(shí)又提供了原子尺度下高分辨高信噪比成像,。
Pt顆粒表面的動(dòng)態(tài)變化:(a-f) 在360毫秒時(shí)間段內(nèi),CO氣氛中1.2nm Pt顆粒表面的變化 (g,h) 從無(wú)序流動(dòng)附加層轉(zhuǎn)變?yōu)閇111]晶體終止層,。
3D打印技術(shù)提升熱電材料性能,,實(shí)現(xiàn)高效制冷
近日,來(lái)自維也納工業(yè)大學(xué)的Maria Ibá?ez團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一篇題為《Interfacial bonding enhances thermoelectric cooling in 3D-printed materials》的文章,。該研究通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的擠出式3D打印技術(shù),,制備出高性能熱電材料,并組裝成熱電制冷器(TEC),,實(shí)現(xiàn)了制冷效果新突破,。
熱電制冷器是一種固態(tài)設(shè)備,,通過(guò)電流的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱量從一側(cè)向另一側(cè)的傳遞,具有精確的局部溫度控制能力,,廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室芯片設(shè)備,、中紅外傳感器和激光器、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及個(gè)人溫控服裝等領(lǐng)域,。然而,,傳統(tǒng)熱電材料的低效率、復(fù)雜制造工藝以及高成本限制了其應(yīng)用,。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化墨水配方,,確保3D打印結(jié)構(gòu)完整性,并在燒結(jié)過(guò)程中促進(jìn)顆粒間的有效結(jié)合,,制備出了室溫下zT值高達(dá)1.42的p型鉍銻碲[(Bi,Sb)2Te3]材料和1.3的n型銀硒(Ag2Se)材料,。所組裝的TEC在空氣中的制冷溫差達(dá)50°C,且具有良好的性能穩(wěn)定性,。該方法不僅大幅降低了傳統(tǒng)制造工藝中的能耗和時(shí)間成本,,還顯著減少了材料浪費(fèi),展示了3D打印技術(shù)在熱電器件生產(chǎn)中的巨大潛力,。
雙束電鏡Helios G4 PFIB和Aquilos參與了樣品制備和表征,,利用其先進(jìn)的低電壓高分辨掃描成像獲得銀硒材料的表面形貌,通過(guò)低損傷離子束切割為透射實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備橫截面樣品,。
3D打印的銀硒材料的多孔微觀(guān)結(jié)構(gòu)和熱電表現(xiàn):(a) 結(jié)構(gòu)演化示意圖 (b) SEM圖像 (c) FIB圖像 (d-f) 熱電性能測(cè)量
四維拓?fù)鋵W(xué):光學(xué)準(zhǔn)晶體中的拓?fù)潆姾上蛄?/strong>
近期,以色列理工學(xué)院的Guy Bartal研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)手德國(guó)斯圖加特大學(xué),、杜伊斯堡-埃森大學(xué)等機(jī)構(gòu),,發(fā)表了一篇題為《Four-dimensional conserved topological charge vectors in plasmonic quasicrystals》的論文。該研究揭示了在二維準(zhǔn)晶體中存在的四維拓?fù)潆姾上蛄?,并展示了其守恒定律?/p>
根據(jù)Noether定理,,物理系統(tǒng)中的對(duì)稱(chēng)性與守恒量密切相關(guān)。準(zhǔn)晶體雖然沒(méi)有平移和全局旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性,,但在更高維度的空間中對(duì)稱(chēng)性重新顯現(xiàn),。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)相位分辨和時(shí)域近場(chǎng)顯微鏡對(duì)五角形等離激元準(zhǔn)晶格的拓?fù)溥M(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)其四維拓?fù)湓诙S投影中的演變過(guò)程,。
具體而言,,研究人員通過(guò)聚焦離子束加工技術(shù)在金表面上制備了五邊形耦合狹縫,用以激發(fā)表面等離激元(SPPs),。他們使用了兩種互補(bǔ)的技術(shù)——相位分辨散射掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(s-SNOM)和時(shí)間分辨雙光子光電子顯微鏡(2PPE-PEEM)來(lái)表征這些準(zhǔn)晶格的拓?fù)湫再|(zhì),。
研究結(jié)果表明,,不同相對(duì)相位配置會(huì)導(dǎo)致不同的四維拓?fù)潆姾上蛄浚@些向量遵循類(lèi)似于其它標(biāo)量系統(tǒng)的守恒定律,。此外,,研究還揭示了如何通過(guò)時(shí)間演變來(lái)控制等離激元準(zhǔn)晶格的二維投影,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同拓?fù)錉顟B(tài)的識(shí)別,。這一發(fā)現(xiàn)不僅為實(shí)驗(yàn)探測(cè)準(zhǔn)晶體的熱力學(xué)性質(zhì)和四維及以上拓?fù)湮锢韺W(xué)提供了新途徑,,還可能對(duì)未來(lái)的信息存儲(chǔ)、處理和傳輸技術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,。
雙束電鏡Helios NanoLab G3 UC參與了樣品制備的工作,,利用其精準(zhǔn)的聚焦離子束在金襯底上制備出五邊形耦合狹縫,使其具備了光學(xué)準(zhǔn)晶體的特性,。
研究準(zhǔn)晶體:(a)理論示意圖 (b) FIB制備 (c,d) 拓?fù)湫再|(zhì)表征
基于曲率介導(dǎo)的排空力構(gòu)建納米顆粒籠目超晶格
面向超晶格可編程化設(shè)計(jì)與構(gòu)建難題,,復(fù)旦大學(xué)董安鋼、李同濤團(tuán)隊(duì),,李劍鋒團(tuán)隊(duì)及新加坡南洋理工大學(xué)倪冉團(tuán)隊(duì)發(fā)表題為《Curvature-guided depletion stabilizes Kagome superlattices of nanocrystals》的論文,。
通常,研究人員利用形狀各異的納米晶體和補(bǔ)丁顆粒來(lái)構(gòu)建復(fù)雜的超結(jié)構(gòu),,但大多數(shù)研究集中在凸形狀上,。本研究第一次報(bào)道了非凸的啞鈴形納米晶體(納米啞鈴)在曲率引導(dǎo)的排空力下,表現(xiàn)出全局互鎖的自組裝行為,。通過(guò)調(diào)整納米啞鈴的局部曲率,,研究人員可以精確且靈活地控制粒子鍵合方向性,這是傳統(tǒng)凸形構(gòu)建塊難以實(shí)現(xiàn)的控制水平,。
研究發(fā)現(xiàn),,這些納米啞鈴可以長(zhǎng)程有序地組裝成各種復(fù)雜的二維超晶格,包括具有手性的Kagome晶格,。理論計(jì)算表明,,Kagome晶格是一種熱力學(xué)穩(wěn)定相,排空力在穩(wěn)定這些非緊密堆積結(jié)構(gòu)中起著至關(guān)重要的作用,。
這一研究凸顯了非凸納米晶體在創(chuàng)建復(fù)雜架構(gòu)方面的巨大潛力,。這些新型結(jié)構(gòu)在材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)中具有廣泛的應(yīng)用前景,比如在開(kāi)發(fā)具有特定光學(xué),、電子和催化性能的新材料方面,。
透射電鏡Tecnai G2利用其多樣化的表征手段提供了不同角度的高分辨結(jié)構(gòu)信息,,包括高分辨透射圖像HRTEM,高角環(huán)形暗場(chǎng)掃描透射圖像HAADF-STEM,、廣角電子衍射花樣WAED,、選區(qū)電子衍射花樣SAED和能量色散 X 射線(xiàn)能譜EDS。
2D 納米啞鈴超晶格:(a,b,c,d) 單個(gè)納米啞鈴的結(jié)構(gòu) (e,f) 配對(duì)納米啞鈴的示意圖和透射圖像 (g,h,I,j)二維超晶格的透射圖像,,電子衍射花樣和晶格結(jié)構(gòu)圖
(空格分隔,最多3個(gè),單個(gè)標(biāo)簽最多10個(gè)字符)
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