小型、快速和高对比度

由于目前美国科学家研发出了一种用于动态透射电子显微镜(dynamic transmission electro microscope, DTEM)的新显像模式,微量催化剂材料参与的各种超快物理和化学进程现在可以更精确地得到显示。“我们课题组研发了一种用于DTEM的暗场成像(dark field)模式,该模式是到目前为止所能实现的纳米粒子成像,其最高程度地复合了空间和时间分辨率”本文的主要作者,来自加利福尼亚大学(University of California,Davis)的Daniel Masiel如是说。根据Masiel所说的环形暗场DTEM(annular dark-field, ADF-DTEM)首次实现了在纳秒时间内对纳米线生长、催化剂中毒和奥斯特瓦尔德成熟(Ostwald ripening)等过程进行直接观测。

DTEM是一种透射电子显微镜,在经过改造后,DTEM中加入了一个激光驱动光电阴极,该光电阴极可在15纳秒的时间内生成单强脉冲。尽管该仪器可直接实现高空间和瞬时分辨率成像,从而观测纳米颗粒催化剂的动态特性。然而可获得的信噪比仍有局限性,使得难以在最佳分辨率下进行此等研究。为了克服这些限制,Masiel及其同事们装配了一种环形物镜光驱使所得图像的信噪比可增加三倍。此种环形暗场成像模式提高了在15纳秒脉冲电子镜像中可获得的对比度,并且使得可以观测到直径小到30纳米的颗粒(参见图片:分散在多孔碳膜上的金颗粒,单脉冲暗场DTEM图,15纳秒分辨率)。

尽管相干光衍射成像(使用相干X射线)或同步透射电镜成像等其他技术提供了直接成像数据,但是牺牲了空间或时间分辨率。研究人员说:ADF-DTEM就不存在这种问题,并且他们确信这种新方法将在重要的研究领域得到应用。“通过在纳秒时间间隔内,实现科学界对纳米级系统的表现进行直接的试验观测,ADF-DTEM承诺,将为工程师和科学家提供一种对目前和将来一些最关键能源系统进行探索的有力方式”,Masiel说道。

D. J. Masiel et al., ChemPhysChem; DOI: 10.1002/cphc.201000274.