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Science | 电子束敏感晶体材料的原子成像

老千和他的朋友们  · 公众号  ·  · 2024-10-15 09:40

主要观点总结

本文介绍了使用高分辨透射电镜(HRTEM)对电子束敏感材料进行成像的研究进展。研究人员在面对功能材料,特别是有机-无机杂化材料对电子束敏感带来的挑战时,采取了多种策略来减轻电子束损伤,如降低电子束能量、冷冻TEM技术、开发高灵敏度相机技术等。文章重点介绍了晶带轴自动对准技术和图像对齐方法的创新,这些技术对于观察金属有机框架(MOFs)等脆弱材料的局部结构具有重要意义。此外,文章还展示了使用HRTEM在分析UiO-66等材料的结构方面的应用,并介绍了通过CTF校正技术来改善图像质量的方法。最后,文章讨论了该研究的局限性和未来发展方向。

关键观点总结

关键观点1: 功能材料结构-性能关系的重要性及HRTEM在揭示材料微观结构方面的作用。

功能材料的结构与性能关系是研究的核心,而HRTEM是一种先进的结构表征工具。然而,许多功能材料对电子束敏感,易受损,这给研究带来了挑战。

关键观点2: 金属有机框架(MOFs)在气体存储、分离和催化等领域的应用潜力及HRTEM成像的挑战。

MOFs是一类新兴的多孔材料,具有可设计的结构和优异的性能。然而,MOFs的有机配体对电子束极为敏感,给其微观结构表征带来了巨大挑战。

关键观点3: 电子束损伤机制及减轻束损伤的策略。

电子束损伤机制包括击出损伤、加热效应和辐解等。研究人员采取了多种策略来减轻束损伤,如降低电子束能量、使用冷冻TEM技术、开发高灵敏度相机技术等。

关键观点4: 晶带轴自动对准技术的开发及其在HRTEM中的应用。

研究人员最近开发了一种新颖的晶带轴自动对准技术,该技术基于电子衍射图中劳厄圆的识别和分析,实现了晶体样品晶带轴的快速、精确对准。

关键观点5: 图像对齐方法在解决电子束敏感材料HRTEM成像中的挑战中的应用。

图像对齐方法为解决电子束敏感材料在HRTEM成像中因电子束诱导样品运动导致图像模糊的问题提供了新的可能。通过整合图像堆栈中所有帧的傅里叶变换,并识别强振幅像素,可以使用“振幅过滤器”方法提高低剂量电子显微图像的质量。

关键观点6: HRTEM技术在分析MOFs及有机-无机杂化钙钛矿等材料结构方面的应用。

通过使用HRTEM技术,研究人员能够清晰地观察到UiO-66等MOFs的微观结构,包括三角形通道、金属簇和有机连接体。此外,该技术还应用于分析有机-无机杂化钙钛矿的结构,揭示了该材料中存在铁电序。


文章预览

功能材料的结构 - 性能关系是材料科学研究的核心。 高分辨透射电镜 (HRTEM) 作为一种先进的结构表征工具 , 在揭示材料微观结构方面发挥着至关重要的作用。然而 , 许多功能材料 , 特别是有机 - 无机杂化材料 , 对电子束十分敏感 , 易受损伤。 金属有机框架 (MOFs) 是一类新兴的多孔材料 , 具有可设计的结构和优异的性能 , 在气体存储、分离和催化等领域展现出巨大潜力。然而 ,MOFs 的有机配体对电子束极为敏感 , 这给其微观结构表征带来了巨大挑战。 在使用 HRTEM 对 MOFs 进行成像时 , 研究人员发现电子束损伤严重限制了成像分辨率。在多次尝试中 , 仅能观察到 MOFs 的主要孔道结构 , 而无法获得更精细的原子级分辨率信息。这一问题严重阻碍了对 MOFs 微观结构与性能关系的深入理解。 电子束损伤机制复杂多样 , 主要包括击出 ( knock-on ) 损伤、加热效 ………………………………

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