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  • 从左到右依次为:博士后薯粉棕褐色,研究生凯特·雷迪和教授弗朗西丝·罗斯,所有的材料科学与工程系的,坐在高真空蒸发器系统的前面。该设备在mit.nano暂时安置,而罗斯的实验室在13号楼建出来。

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    照片:丹尼斯paiste /材料研究实验室

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  • 澳门太阳城最新网站教授弗朗西丝罗斯已经设计了几种定制样品架用于在电子显微镜下的气体和液体介质检查纳米级材料。用于液体的环境中,氮化硅的薄窗包围液体但允许电子束通过。用于气体环境中,样本保持器(此处示出)必须加热,在不损害其清洁度倾斜样品。

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    照片:丹尼斯paiste /材料研究实验室

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  • 当金沉积在“脏”的石墨烯(左),金斑点周围聚集的杂质。但是当黄金生长在被加热和清洗的杂质(右)的石墨烯,它形成的金三角完美。

    当金沉积在“脏”的石墨烯(左),金斑点周围聚集的杂质。但是当黄金生长在被加热和清洗的杂质(右)的石墨烯,它形成的金三角完美。

    图像:凯特雷迪/ MIT

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  • 教授弗朗西丝罗斯(左),研究生凯特雷迪(中心),和博士后薯粉黄褐色在高真空蒸发器室是由IBM捐赠给澳门太阳城最新网站电子显微镜套件的一部分共同工作。

    教授弗朗西丝罗斯(左),研究生凯特雷迪(中心),和博士后薯粉黄褐色在高真空蒸发器室是由IBM捐赠给澳门太阳城最新网站电子显微镜套件的一部分共同工作。

    照片:丹尼斯paiste /材料研究实验室

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  • 沉积在石墨烯的顶部铌产生看起来像在冬季形成在窗的内侧上的霜的图案,或一些蕨类植物的羽毛状图案结构。他们被称为树突状结构。

    沉积在石墨烯的顶部铌产生看起来像在冬季形成在窗的内侧上的霜的图案,或一些蕨类植物的羽毛状图案结构。他们被称为树突状结构。

    图像:凯特雷迪/ MIT

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  • 沉积在石墨烯的顶部铌的电子衍射图像示出铌的某些晶面与石墨烯,其被称为外延生长的晶面对齐。当一个3-d材料生长在2 d层的顶部上,这完全对齐的原子排列通常是设备制造商重要。

    沉积在石墨烯的顶部铌的电子衍射图像示出铌的某些晶面与石墨烯,其被称为外延生长的晶面对齐。当一个3-d材料生长在2 d层的顶部上,这完全对齐的原子排列通常是设备制造商重要。

    图像:凯特雷迪/ MIT

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  • 与可见莫尔图案的二硫化钼二硫化钼金nanoislands的清洁沉积

    与可见莫尔图案的二硫化钼二硫化钼金nanoislands的清洁沉积

    图像:凯特雷迪/ MIT

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从创建纳米材料的新机遇

Left to right: Postdoc Shu Fen Tan, graduate student Kate Reidy, and Professor 弗朗西斯·罗斯, all of the 材料科学与工程系, sit in front of a high vacuum evaporat要么 system.

澳门太阳城最新网站教授弗朗西丝·罗斯是开拓新的技术来研究材料的增长,以及如何结构与性能有关。


记者联系

丹尼斯paiste
电子邮件: dpaiste@mit.edu
电话:603-479-5600
材料研究实验室

一百年前,“2D”意味着两美分,或1英寸,钉。今天,“2-d”包括宽范围的原子级薄的平面材料,许多与相同物质的体积当量没有发现,与石墨烯异国性质 - 也许是最突出的 - 碳的单原子厚的形式。而澳门太阳城最新网站的许多研究人员和其他地方正在探索的二维材料及其特殊的性质, 弗朗西斯米。罗斯中,艾伦咽下理查兹在材料科学和工程教授,有兴趣发生了什么时,这2-d材料和普通的3-d的材料走到了一起。

“我们有兴趣在2 d材料和3-d材料之间的界面,因为作为电子设备,例如要在一个应用程序,使用每2-d的材料,仍然有交谈的外部世界,这是三维的,”罗斯说。

“我们正处在一个有趣的时刻,因为在仪器仪表电子显微镜的巨大发展,并且在材料的极大兴趣非常精确控制的结构和性能,而这两个东西,一个迷人的方式穿越,”罗斯说。 

“机会是非常令人兴奋的,”罗斯说。 “我们要得到真正的改善这里的表征能力在澳门太阳城最新网站。”罗斯专门研究纳米材料如何使用电子显微镜增长,在气体和液体介质发生反应,通过记录电影。在液体反应的显微镜是理解支配的催化剂,电池,燃料电池等重要技术的性能电化学反应的机制尤其有用。 “液相显微镜的情况下,你也可以看看腐蚀那里的东西溶解掉,而在气体你可以看看单个晶体如何生长或材料如何与,比如说,氧发生反应,”她说。

罗斯 加盟 材料科学与工程(DMSE)教授去年的部门,从在IBM托马斯·纳米材料分析部移动。 Watson研究中心。 “我从我的同事IBM学到了大量的,并希望在材料的设计和新的方向延伸的增长我们的研究,”她说。

记录电影

最近访问她的实验室中,罗斯解释由IBM捐赠澳门太阳城最新网站的实验装置。超高真空蒸发器系统首先到达,后面将要直接在专门设计的透射型电子显微镜附接。 “这给了强大的可能性,”罗斯说。 “我们可以把试样中的真空,清洁,做各种东西出来,如加热和加入其它材料,然后在真空下将其传送到显微镜中,在这里我们可以做更多的实验,而我们记录图像。所以我们可以,例如,存款硅或锗,或蒸发金属,而所述样品是在显微镜和电子束被通过它的光辉,我们正在录制动画的过程“。

在等待该弹簧用于透射型电子显微镜来进行设置,罗斯七构件研究小组的成员,包括材料科学与工程博士后薯粉黄褐色和研究生凯特雷迪,制成并研究了多种自组装结构。蒸发器系统上mit.nano第五级原型空间暂时安置,而罗斯的实验室在建设13.“mit.nano有资源和空间正准备;我们很高兴能够帮助,说:”安娜osherov,用户服务mit.nano副主任。

“我们所有的人都感兴趣的材料科学这一宏伟的挑战,这就是:“你怎么做的材料将你想要的属性,特别是,你怎么用纳米尺度来调整属性,并创建新的属性, ?'”罗斯说,你不能从散装物料得到。

使用超高真空系统,研究生凯特雷迪形成在几个2- d材料的金和铌的结构。 “金爱长成的小三角形,”罗斯说。 “我们一直在谈论的人在物理学和材料科学哪些材料组合是最重要的是他们在控制结构和组件之间的接口,以便给在材料的性能有所改善的方面,”她指出。

薯粉黄褐色合成镍 - 铂纳米颗粒,并使用另一技术中,液晶单元电子显微镜来观察它们。她安排仅镍溶解,使铂高低不平骨架后面。 “液体细胞内,我们都能够看到整个过程的高时空分辨率,”谭说。她解释说,铂是贵金属和比镍反应性更低,所以在适当的条件下,镍在电化学溶解反应参与和铂留下。

铂是有机化学和燃料电池材料,黄褐色笔记公知的催化剂,但也昂贵,因此,找到更便宜的材料的组合,例如镍是理想的。

“这是你可以在使用液体cell技术的电子显微镜图像,材料反应的范围的例子”罗斯说。 “你可以长出材料;你可以蚀刻他们走;可以看,例如,气泡形成和流体运动“。

这种技术的一个特别重要的应用是研究电池材料的循环。 “很显然,我不能把一节AA电池在这里,但你可以设置这个非常小的液体细胞内的重要资料,然后可以循环来回,问,如果我充放电10次,是什么发生?它不会像以前一样好 - 它是如何失败的”罗斯问。 “某种故障分析和充电和放电的所有中间阶段的可以在液体细胞中观察到。”

“显微镜实验,你看到的反应的每一步给你的理解发生了什么事一个更好的机会,”罗斯说。

波纹图案

研究生雷迪爱好如何控制2-d的材料,如石墨烯,二硒化钨,和二硫化钼的金的生长。当她沉积在“脏”石墨烯金,黄金斑点周围的杂质收集。但是当雷迪生长在已经加热和杂质清洗石墨金,她发现黄金完美的三角形。两个沉积金干净石墨烯的顶部和底部,在显微镜雷迪锯功能被称为 波纹图案,其中,当重叠的结晶结构不对准引起的。

金三角形可以是光子和等离子体结构是有用的。 “我们认为这可能是一个很大的应用很重要,它始终是有趣的让我们看看会发生什么,”雷迪说。她还打算延长她的清洁生长方法,以形成与各旋转角度和其它混合层结构层叠2-d材料3-d金属晶体。雷迪爱好石墨烯和六方氮化硼(HBN),其将在其2-d单层形式,二硫化钼半导体的属性,以及两种材料(MOS2)和二硒化钨(WSE2)。 “一方面这是在2 d材料界非常有趣的是2-d材料和3-d金属之间的接触,”雷迪说。 “如果他们想使一个半导体器件或石墨烯设备,接触可能是欧姆的石墨烯的情况下或用于半导体的情况下肖特基接触,而这些材料之间的界面是真的,真的很重要。”

“也可以使用石墨烯就像其他两种材料之间的间隔层想象设备,”罗斯补充道。

对于设备制造商,雷迪说成具有3-d材料生长与在下方的2-d层中的原子排列完全对准其原子排列,有时重要的。这就是所谓的外延生长。描述的与石墨烯银成长起来一个金像,雷迪解释说,“我们发现,银不外延生长,它不会使石墨烯上的那些完美的单晶我们想要说的,但首先沉积金和然后围绕它沉积银,我们几乎可以迫使银进入外延的形状,因为它要符合什么样的黄金邻居都做“。

电子显微镜的图像也可以显示在晶体缺陷,例如波纹或弯曲,雷迪注释。 “关于电子显微镜的伟大的事情之一是,它是在原子排列的变化非常敏感,”罗斯说。 “你可以有一个完美的结晶,它都会看的灰色色光不变,但如果你有在结构的局部改变,即使是细微的变化,电子显微镜可以把它捡起来。即使变化只是原子的前几名层内,而不会影响下面的其余材料,图像将显示出鲜明的特点,使我们能够找出发生了什么事情“。

雷迪也正在探索结合铌的可能性 - 这是在低温下的超导金属 - 用2-d拓扑绝缘体,碲化铋。拓扑绝缘体具有迷人的特性,其发现导致 诺贝尔经济学奖 在2016年物理学“,如果你对碲化铋的顶部沉积铌,具有很好的接口,可以使超导结。我们一直在寻找到铌沉积,而非三角形,我们看到更多的树状结构看,”雷迪说。树枝状结构看起来象在冬天形成在窗的内侧上的霜的图案,或一些蕨类植物的羽毛状图案。铌的沉积过程中改变温度和其它条件可改变该材料需要的模式。

所有的研究人员都渴望新的电子显微镜在mit.nano到达给进一步深入了解这些材料的行为。 “很多事情都会在未来一年内发生,事情都已经发生跳跃,并且我有很强的人一起工作。一个新的显微镜现在正在安装中mit.nano和另一明年将到达。整个社会将看到的改进显微镜表征功能的好处在这里,”罗斯说。

mit.nano的osherov注意到,有两种 低温透射电子显微镜 (低温TEM)的安装和运行。 “我们的目标是建立一个独特的显微镜为中心的社区。我们鼓励并希望能促进冷冻电镜研究人员之间的其他研究团体在校园内异花授粉,主要集中在生物应用和“软”材料,以及,”她说。最新加入与增强的分析能力的扫描透射电子显微镜的(超高能量分辨率单色器,4-d干检测器,超级-X EDS检测,成像,和原位支架几个)带来了通过材料科学的约翰奇普曼副教授和工程 詹姆斯米。勒博一旦安装后,将大幅提升麻省理工校园的显微镜功能。 “我们认为教授罗斯是在如何塑造原位的方法来使用,将被共享,并提供给澳门太阳城最新网站的社区内的所有研究人员和超越,先进的检测仪器测量,建议我们的巨大资源” osherov说。

小吸管

“有时你知道或多或少你要一个生长实验中看到了什么,但很多时候有什么东西,你不要指望,”罗斯说。她表明,使用锗系催化剂生长的氧化锌纳米线的一个例子。一些长晶体必须通过其中心的孔,创建它们是像小吸管,圆形之外,但与六角形的内部结构。 “这是氧化锌单晶,对于我们一个有趣的问题是,为什么做的实验条件中创建这些方面,而外面是顺利?”罗斯问。 “金属氧化物纳米结构具有许多不同的应用,并且每个新的结构可以显示出不同的性质。特别是,通过将纳米级您可以访问一组不同的属性“。

“最终,我们希望开发技术用于生长良好定义的结构进行金属氧化物的,特别是如果我们能够控制在该结构上的每个位置的组合物”,罗斯说。这种方法的关键是自我组装,在材料本身构建成你想要的结构,而不必单独调整每个组件。 “自组装非常适用于某些材料,但问题是,总有一些不确定性,一些随机性或波动。有过,你得到确切的结构差控制。这样的想法是,试图了解自组装足够好,能够控制它,并得到你想要的属性,”罗斯说。

“我们必须了解原子是如何结束他们在哪里,然后用原子的自我组装能力,使我们想要的结构。要了解事情自组装的办法是看他们做到这一点,这需要具有高空间分辨率和良好的时间分辨率的电影,”罗斯说。电子显微镜可以被用于获取结构和组成的信息,甚至可以测量应变场或电场和磁场。 “想象一下记录所有的这些事情,但在电影中,你也控制材料如何成长显微镜内。一旦你已经拍了一部电影的事情发生,你分析的成长过程中的所有步骤,并用它来了解哪些物理原理是是如何确定的结构成核并发展,最终它的道路上的关键一“。

未来发展方向

罗斯希望把在一个独特的高清晰度,高真空TEM各种功能,可以像材料生长和其它动态过程。她打算开发两种基于气水和环境的新功能。这个自定义显微镜还处于规划阶段,但将坐落在成像套件mit.nano一个房间。

“罗斯教授是这一领域的先驱,” osherov说。 “的最新多数TEM研究已经静态的,而不是动态的。与静态测量你正在观察在一个时间特定快照的样本,这样你就不会得到它是如何形成的任何信息。使用动态测量,你可以看看从状态跳跃到状态,直到他们发现最终位置的原子。以实时观察自组装工艺和生长的能力提供了宝贵的机械见解。我们期待着将这些先进的功能mit.nano。”她说。

“一旦某个技术向公众传播,促使人们关注,” osherov说。 “当结果公布,研究人员扩大其基于状态的最先进的可用能力的实验设计的视野,导致将被集中在动态应用的许多新的实验。”

客房mit.nano拥有澳门太阳城最新网站校园里最安静的空间,设计为振动和电磁干扰降低到尽可能低的水平越好。 “有可用空间教授罗斯继续她的研究,并进一步发展它,” osherov说。 “原位监测物质和接口的形成会发现在校园多个字段的应用,并导致的常规电子显微镜限制的进一步推的能力”。


主题: 材料研究实验室, 材料科学与工程, 工程学院, 纳米科学和纳米技术, 显微镜, 研究, mit.nano, DMSE, 学院, 轮廓, 2-d, 石墨烯

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