Tecnai G2 F20 S-Twin透射电镜操作规程
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离子液体辅助水热法制备纳米氧化镁罗竹溪;陈虎魁;康芳;介洋洋;常利【摘要】以MgCl2·6H20和NaOH为原料,离子液体1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([BMIM]Ac)和水为混合溶剂,采用低温水热法合成出前驱体Mg(OH)2,再通过锻烧前驱体得到纳米MgO.选用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、能量散射X射线(EDS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、热重分析(TG)和红外光谱(FTTR)等技术对产物MgO的组成、晶型、表面形貌及结构等进行表征.结果表明,该法制得的纳米MgO为面心立方晶系结构,其颗粒呈棒状,粒径分布均匀,平均直径为20nm,长度为80nm.最后通过机理分析,得出离子液体在制备过程中主要起表面活性剂的作用.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2016(000)012【总页数】5页(P1-5)【关键词】纳米氧化镁;离子液体;水热反应【作者】罗竹溪;陈虎魁;康芳;介洋洋;常利【作者单位】宝鸡文理学院化学化工学院,陕西宝鸡721013;宝鸡文理学院化学化工学院,陕西宝鸡721013;宝鸡文理学院化学化工学院,陕西宝鸡721013;宝鸡文理学院化学化工学院,陕西宝鸡721013;宝鸡文理学院化学化工学院,陕西宝鸡721013【正文语种】中文【中图分类】O614.22纳米MgO是一种新型精细无机功能材料,因纳米材料所具有的特性,使得纳米氧化镁具有与本体材料氧MgO不同的光、电、热、力学和化学特性。
同时由于纳米材料粒径的细微化,使得纳米MgO的比表面积显著增大,表面能升高,从而表现出高表面活性、强吸附性以及良好的低温烧结性。
使其在抗菌材料[1]、化学吸附剂[2]、催化剂[3]及催化剂载体[4]和等领域有重要的应用。
目前,纳米MgO的制备方法有很多,如化学沉淀法[5]、水热法[6,7]、溶胶-凝胶法[[9]和微乳液法[10]等。
水热法因其具有反应及产物晶型易控制,合成的纳米粒子纯度高、粒径小且分布均匀等优点而被广泛采用。
Tecnai G2 F20 S-Twin透射电镜操作规程一样品的安装和取出1、三种样品台的使用方法1.1 单倾台的使用方法1)将单倾样品杆放入有机玻璃管holder中,注意手不要接触样品杆前端位置;2)如图2所示,将针尖状Tool轻轻插入Spring Clamp尾部小孔中(注意一定要插到底,否则抬起时可能断裂针尖),并轻轻抬起, 露出Specimen carrier;3)将样品正面朝下放入样品杆中心圆孔台中,若位置有偏差,可用镊子轻敲样品杆,使样品落入正确位置, 然后轻轻放下Spring Clamp;4)样品安装完成后需要用手轻敲样品杆黑色塑料尾端数次,确认样品位置无变化且无掉落的危险;5)取出样品时先用针尖Tool将Spring Clamp抬起后,可将镊子尖端插入tweezer notch, 将样品取出。
如果担心碰碎样品,,旋转样品杆1800,使样品自然掉下在干净的滤纸上。
图1图21. 2、铍双倾台的使用方法1) 将铍双倾样品杆从左至右放入有机玻璃管holder(有机玻璃holder如图3所示)中,注意手不要接触样品杆前端黄铜部分和银灰色铍圈部分(这些部件均为插入真空室部分,且铍圈有毒!使用铍是为了降低使用EDS时X-Ray产生的背底);图32) 用一个长约4cm左右的不锈钢专用工具(图4)轻轻(如果用力过猛可能压坏下面的顶针)放在样品杆前端铍孔(银灰色,周围为黄铜色)上(图5),然后逆时针旋松铍固定圆环(图6)并取出。
然后旋转样品杆1800,让下面的薄环(图7)掉在干净滤纸上。
图4 图5图6 图73)将样品正面朝下放在样品杆中心圆孔台中,注意用镊子轻敲样品杆使样品放平。
然后用镊子将图7所示的薄环置于样品上也放在中心圆孔台中,并轻敲样品杆使该薄环的两个头正好卡在圆环的相应槽内。
用镊子夹图6所示的固定环放在中心圆孔台中,轻敲样品杆使该环放平,然后用图4所示的工具轻轻放在圆孔上,轻轻顺时针旋转该工具,将该环固定好。
水热法制备ZnS∶Cu纳米晶及其光致发光性能∗胡云;彭龙;李乐中;涂小强;杨航【摘要】采用水热法制备了不同掺杂浓度的ZnS∶Cu (0~0.6%(原子分数))纳米晶.结果表明,ZnS∶Cu纳米晶为立方晶系闪锌矿结构,晶粒尺寸在3~4 nm之间;相比未掺杂的 ZnS 纳米晶,掺杂ZnS∶Cu纳米晶在500 nm处产生了发射光谱(PL).这是由于发光中心位于446和468 nm 两个 PL 光谱与 ZnS 自身的缺陷有关,发光中心位于500 nm的绿光为浅施主能级(S缺陷)与铜t2能级之间跃迁而产生.并且其发光强度随掺杂浓度显著增强,当浓度为0.4%(原子分数)时达到最大值,进而发生了浓度淬灭现象.%In this paper,ZnS∶Cu (0-0.6at%)nanocrystals (NCs)were synthesized by hydrothermal method. The results show that the as-prepared NCs are confirmed to be the cubic zinc blende structure and their average size are about 3-4 pared with the non-doped ZnS NCs,the Cu-doping ZnS NCs has an additional photo-luminescence spectrum at the wavelength of about 500 nm.Two peaks centered at 447 and 468 nm are related with native defects (sulfur vacancy)ofZnS.Moreover,the PL spectra of Cu-doping ZnS NCs centered at 500 nm should be due to the recombination between the shallow donor level (sulfur vacancy)and the t2 level of Cu2+.Besides,it is found that the photoluminescence intensity of Cu-doping NCs obviously increases with the concentration of Cu and reaches maximum at 0.4at% because of concentration quenchment of Cu2+.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P6139-6142)【关键词】ZnS∶Cu;水热法;纳米晶粒;光致发光【作者】胡云;彭龙;李乐中;涂小强;杨航【作者单位】成都信息工程学院光电技术学院,成都 610225;成都信息工程学院光电技术学院,成都 610225;成都信息工程学院光电技术学院,成都 610225;成都信息工程学院光电技术学院,成都 610225;成都信息工程学院光电技术学院,成都 610225【正文语种】中文【中图分类】O611.41 引言ZnS是一种性能优越的Ⅱ-Ⅵ族发光材料,禁带宽度为3.68 eV,属于宽禁带的直接带隙半导体,被广泛应用于液晶背景照明、荧屏显示等领域。
第40卷㊀第12期2019年12月发㊀光㊀学㊀报CHINESEJOURNALOFLUMINESCENCEVol 40No 12Dec.ꎬ2019文章编号:1000 ̄7032(2019)12 ̄1546 ̄08壳聚糖衍生物基聚合物碳点对Pd2+的传感性能于淑娟∗ꎬ袁广志ꎬ汪㊀丰ꎬ鲁诗言ꎬ李媛媛(南宁师范大学化学与材料学院ꎬ广西天然高分子化学与物理重点实验室ꎬ广西南宁㊀530001)摘要:以柠檬酸与壳聚糖为主要原料ꎬ以1 ̄乙基 ̄(3 ̄二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC)和N ̄羟基琥珀酰亚胺(NHS)为偶合剂ꎬ合成了一种壳聚糖衍生物(CS ̄g ̄CA)ꎮ然后将CS ̄g ̄CA与掺杂试剂N ̄(2 ̄羟乙基) ̄乙二胺通过水热法合成了壳聚糖衍生物聚合物碳点(P(CS ̄g ̄CA)Ds)ꎮ采用荧光光谱㊁紫外光谱㊁透射电镜对P(CS ̄g ̄CA)Ds进行了表征和性能测试ꎮ结果表明该聚合物碳点具有良好的荧光性能ꎬ有较高的量子产率(54.7%)和较长的荧光寿命(13.12ns)ꎮ将P(CS ̄g ̄CA)Ds应用于金属离子检测中ꎬ发现P(CS ̄g ̄CA)Ds对Pd2+有良好的选择性ꎬ其检测极限为63.3nmol/Lꎮ通过紫外吸收光谱㊁荧光寿命以及不同温度下猝灭常数的测定研究了Pd2+对P(CS ̄g ̄CA)Ds的荧光猝灭机制ꎬ结果均表明其猝灭机制为静态猝灭ꎮ关㊀键㊀词:壳聚糖ꎻ聚合物碳点ꎻ荧光材料ꎻ离子检测ꎻPd2+中图分类号:O613.71ꎻTB383㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀DOI:10.3788/fgxb20194012.1546SensingPropertiesofChitosanDerivatives ̄basedPolymerCarbonDotstoPd2+YUShu ̄juan∗ꎬYUANGuang ̄zhiꎬWANGFengꎬLUShi ̄yanꎬLIYuan ̄yuan(GuangxiKeyLaboratoryofNaturalPolymerChemistryandPhysicsꎬCollegeofChemistryandMaterialsꎬNanningNormalUniversityꎬNanning530001ꎬChina)∗CorrespondingAuthorꎬE ̄mail:ysj2007@126.comAbstract:Inthispaperꎬachitosanderivative(CS ̄g ̄CA)wassynthesizedbyusingcitricacidandchi ̄tosanasmainrawmaterialsꎬN ̄hydroxysuccinimide(NHS)andN ̄(3 ̄dimethylaminopropyl) ̄Nᶄ ̄ethylcar ̄bodiimidehydrochloride(EDC)ascouplingagents.ThenꎬthechitosanderivativepolymerdotfluorescentmaterialP(CS ̄g ̄CA)DswassynthesizedbyhydrothermalmethodusingCS ̄g ̄CAandthedopingreagentN ̄(2 ̄hydroxyethyl) ̄ethylenediamine.TheP(CS ̄g ̄CA)Dswascharacterizedbyfluorescenceꎬultravioletspectroscopy(UV)ꎬtransmissionelectronmicroscopyꎬphotoluminescencespectra.ThequantumyieldandfluorescencelifetimeofthetestP(CS ̄g ̄CA)Dswere54.7%and13.12nsꎬrespectivelyꎬindicatingthatthepolymercarbondotshavegoodfluorescenceproperties.WhenP(CS ̄g ̄CA)DswasappliedtometaliondetectionꎬitwasfoundthatP(CS ̄g ̄CA)DshadgoodselectivitytoPd2+withadetectionlimitof63.3nmol/L.ThefluorescencequenchingmechanismofPd2+onP(CS ̄g ̄CA)DswasstudiedbyUVspectroscopyꎬfluorescencelifetimeandquenchingconstantatdifferenttemperatures.Theresultsshowthatthequenchingmechanismisstaticquenching.Keywords:chitosanꎻpolymercarbondotsꎻfluorescentmaterialꎻiondetectionꎻPd2+㊀㊀收稿日期:2019 ̄06 ̄14ꎻ修订日期:2019 ̄08 ̄24㊀㊀基金项目:广西自然科学基金(2016GXNSFAA380203)资助项目SupportedbyNaturalScienceFundofGuangxiProvince(2016GXNSFAA380203). All Rights Reserved.㊀第12期于淑娟ꎬ等:壳聚糖衍生物基聚合物碳点对Pd2+的传感性能1547㊀1㊀引㊀㊀言钯金属因具有耐高温㊁耐腐蚀以及较强的伸展性ꎬ在催化剂㊁牙科㊁医疗器械㊁珠宝㊁燃料电池㊁汽车催化转换器以及制药工业等领域中有着广泛的应用[1 ̄4]ꎮ然而ꎬ含有Pd2+的工业废物易污染生物和土壤水样ꎬ导致潜在的毒性ꎬ对人类健康产生了严重的威胁[5]ꎮ例如ꎬPd2+会引起一系列细胞毒性效应ꎬ能与蛋白质㊁DNA㊁RNA等生物大分子形成复合物而引起严重的原发性皮肤和眼睛刺激等症状[6 ̄7]ꎮ在制药工业中ꎬ钯的临界水平被限制在(5~10)ˑ10-6范围[8]ꎮ为了避免Pd2+造成的危害ꎬ开发一类能准确和痕量测定Pd2+的传感器对人类健康非常重要ꎮ各种先进的纳米结构材料在检测有害环境物质方面受到了极大的关注[9 ̄10]ꎮ特别是荧光纳米材料ꎬ例如量子点[11 ̄12]㊁半导体聚合物点[13]㊁有机荧光染料[14]和纳米团簇[15]等是具有强大传感能力以及独特光学和荧光特性的有吸引力的材料ꎮ然而ꎬ这些荧光材料存在水溶性和稳定性差等缺点ꎬ此外ꎬ这些纳米材料潜在的毒性可能引起二次环境污染ꎮ碳点(CDs)因毒性低㊁易于分子修饰㊁水溶性好㊁良好的光致发光性等优异性能ꎬ使其成为传统荧光纳米材料的理想替代品[16 ̄17]ꎮ壳聚糖是一类天然高分子氨基多糖ꎬ具有无毒㊁亲水性好㊁良好的生物相容性以及易于分子修饰等诸多优点ꎬ已经广泛应用于传感器㊁生物医用材料等方面ꎮ以壳聚糖为原料合成碳点的研究已有报道ꎮYang等[18]以壳聚糖作为碳源ꎬ通过水热法合成了表面带有氨基的碳点ꎬ荧光量子产率为7.8%ꎬ并成功应用于人体肺腺癌细胞的生物成像ꎮXiao等[19]利用壳聚糖为原料ꎬ采用微波法合成了量子产率为6.4%的壳聚糖基碳点ꎮ王霞等[20]以壳聚糖为原料合成了壳聚糖复合物碳点材料ꎬ并对其在荧光涂层及细胞成像等方面进行了应用性研究ꎮ汪雪琴等[21]合成了壳聚糖碳点ꎬ并成功应用到Fe3+离子检测中ꎬ表现出良好的传感性能ꎮ本实验组通过接枝与掺杂柠檬酸的方式合成了高量子产率壳聚糖衍生物基聚合物碳点ꎬ并将其应用到纸张的抗紫外光老化方面ꎬ表现出较好的抗紫外光老化性能[22]ꎮ鉴于先前合成的壳聚糖接枝柠檬酸衍生物聚合物碳点具有优异的荧光性能以及高量子产率等特点ꎬ本文将其应用到金属离子检测中ꎬ结果发现对Pd2+有良好的选择性ꎬ可以用于Pd2+的痕量检测ꎮ2㊀实㊀㊀验2.1㊀实验原料及主要仪器壳聚糖(CS)ꎬ脱乙酰度97%ꎬ粘度50~200ꎬ浙江奥兴生物科技有限公司ꎻ无水柠檬酸㊁硫酸奎宁(98%)㊁1 ̄乙基 ̄(3 ̄二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC)㊁N ̄羟基琥珀酰亚胺(NHS)㊁硝酸银㊁硝酸铜㊁铬标准溶液㊁氯化镁㊁氯化钾㊁氯化钙㊁硝酸镍㊁氯化锌㊁钯离子标准溶液ꎬ三氯化铁 六水合物㊁硝酸锰㊁硝酸汞㊁硝酸镉㊁硝酸铝㊁氯化亚铁均购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司ꎬ不同浓度的Pd2+通过稀释标准溶液获得ꎮ采用美国IS10型傅里叶红外光谱仪ꎬ以溴化钾压片法测定P(CS ̄g ̄CA)Ds在500~4000cm-1范围内的红外光谱(FT ̄IR)ꎻ采用日本岛津RF ̄5301PC型荧光光谱仪测试P(CS ̄g ̄CA)Ds的荧光性能ꎬ激发波长为365nmꎬ激发与发射狭缝为5nmꎬ扫描速度为240nm/minꎻ采用美国TecnaiG2F20S ̄TWIN型透射电子显微镜观察P(CS ̄g ̄CA)Ds的形貌ꎮ2.2㊀壳聚糖接枝柠檬酸(CS ̄g ̄CA)的合成采用实验室先前合成方法[22]ꎬ在三口瓶中加入质量比为1ʒ1的CS与CA㊁60mL去离子水ꎬ常温下搅拌2hꎬ然后加入0.02molEDC和0.04molNHS避光反应48hꎬ结束后透析(8000~14000u)48hꎬ冷冻干燥得到产物ꎮ2.3㊀壳聚糖衍生物基聚合物碳点(P(CS ̄g ̄CA)Ds)的制备将上述产物CS ̄g ̄CA(0.5g)㊁N ̄(2 ̄羟乙基)乙二胺(0.5mL)㊁20mL去离子水加入到四氟乙烯水热反应釜中ꎬ于180ħ反应3hꎮ结束后ꎬ产物用去离子水透析(1000u)24hꎬ得到P(CS ̄g ̄CA)Dsꎬ合成路线如图1所示ꎮ2.4㊀离子选择性及对Pd2+离子检出限的测定取2mL100μmol/L各种金属离子溶液和300μL的(CS ̄g ̄CA)Ds(1μg/mL)碳点溶液混合ꎬ摇匀静止15minꎬ记录365nm激发波长下的荧光强度ꎬ考察不同金属离子对P(CS ̄g ̄CA)Ds的荧光猝灭情况ꎮ将300μL的P(CS ̄g ̄CA)Ds(10μg/mL)加. All Rights Reserved.1548㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第40卷HOO OOHOHOCSNHCOCH 3OHOHOHO HOO OEDC/NHSHOOH OO NHCOCH 3HOOHOO NH OOOHOHOHOy CS 鄄g 鄄CAHO×y O CAH NNH 2Hydrothermal 180℃3hH 2N H 2N HOCOOHNH 2OHCOOH NH 2P(CS 鄄g 鄄CA)CDsHO×x NH 2x +图1㊀P(CS ̄g ̄CA)Ds的合成路线Fig.1㊀SynthesisrouteofP(CS ̄g ̄CA)Ds入到2mL不同浓度(0~150μmol/Lꎬ每10μmol/L梯度递增)的Pd2+中ꎬ摇匀静置15min后ꎬ测试其混合液的荧光光谱ꎬ通过线性拟合计算对Pd2+离子的检出限ꎬ其中激发与发射狭缝均设置为5nmꎬ激发波长为365nmꎮ2.5㊀不同温度下荧光猝灭常数及荧光寿命的测定将300μLP(CS ̄g ̄CA)Ds(10μg/mL)与2mL不同浓度(0ꎬ10ꎬ20ꎬ30ꎬ40ꎬ50ꎬ60ꎬ70ꎬ80ꎬ90ꎬ100μmol/L)的Pd2+溶液混合ꎬ摇匀静置15min后ꎬ在298ꎬ304ꎬ310K温度下ꎬ测试混合液的荧光发射光谱ꎬ激发和发射狭缝均为2.5nmꎬ激发波长为365nmꎮ以Fluorolog ̄3system型时间分辨荧光衰减仪测试5mg/mLP(CS ̄g ̄CA)Ds及与50μmol/LPd2+反应15min后的荧光寿命ꎮ3㊀结果与讨论测试了P(CS ̄g ̄CA)Ds的红外谱图ꎬ如图2所示ꎬ在3454cm-1处宽峰为 NH2㊁ OH的伸缩振动峰ꎮ2867cm-1处宽峰为亚甲基 CH2中C H伸缩振动吸收峰ꎬ1653cm-1和1583cm-1分别为C O和C N的不对称伸缩振动峰[23]ꎬ1428cm-1为O C NH2的弯曲振动峰[24]ꎬ1375cm-1为C N键的伸缩振动峰[25]ꎬ1087cm-1为 C O C的特征吸收峰ꎮ以上结果说明P(CS ̄g ̄CA)Ds表面含有 COOH㊁ OH㊁ CO NH2㊁ NH2等基团ꎬ正是这些基团的存在ꎬ使聚合物碳点表现出良好的水溶性ꎬ同时为金属离子结合提供位点ꎬ表现出独特的传感能力[26 ̄27]ꎮ采用TEM研究了P(CS ̄g ̄CA)Ds的形貌和尺寸ꎬ如图3所示ꎮ从图3中可以看出P(CS ̄g ̄CA)Ds呈现球形ꎬ具有良好的分散性ꎮ高斯分布曲线拟合结果显示P(CS ̄g ̄CA)Ds的粒径分布较窄ꎬ尺寸范围在2~5nm之间ꎬ平均直径约为3.2nmꎮ㊀T r a n s m i t t a n c e /a .u .1000ν/cm -13500400030002500200015005003454286716531583142813751087图2㊀P(CS ̄g ̄CA)Ds的FT ̄IR谱图Fig.2㊀FT ̄IRspectrumofP(CS ̄g ̄CA)Ds图4(a)为P(CS ̄g ̄CA)Ds的紫外吸收光谱与荧光光谱ꎮ从紫外吸收光谱可以看出P(CS ̄g ̄CA)Ds在220nm与364nm处有紫外吸收峰ꎬ其中在220nm处的强吸收峰一般认为是碳点内部碳核中的C Csp2结构的π ̄π∗跃迁引起的[28]ꎬ然而ꎬ当激发波长为220nm时ꎬ未观察到荧光信号ꎬ表明其内部的共轭结构并不是有效的荧光发射中心[29]ꎮ364nm处的紫外吸收峰为聚合物碳点表面C O的n ̄π∗跃迁[30]ꎮ从荧光光. All Rights Reserved.㊀第12期于淑娟ꎬ等:壳聚糖衍生物基聚合物碳点对Pd2+的传感性能1549㊀谱可以看出当激发波长为365nm时ꎬ荧光发射波长为466nmꎮ图4(a)中的插图(c)㊁(d)分别是(a )Size distribution0.30.20.10F r a c t i o n /%0.42345(b )图3㊀P(CS ̄g ̄CA)Ds的透射电镜图(a)及其粒径分布图(b)Fig.3㊀TEMimage(a)ofP(CS ̄g ̄CA)CDsandtheirsizedistribution(b)0.8300姿/nmA b s o r b a n c e1.2(a )ExEmAbs(c )(d )0.4400500600200300400100040020100t /nsC o u n t s806040P(CS 鄄g 鄄CA)Ds5003002001000(b )图4㊀P(CS ̄g ̄CA)Ds的紫外吸收光谱㊁荧光激发与荧光发射光谱(a)以及它们在日光(c)和紫外光(d)下的数码照片ꎻ(b)P(CS ̄g ̄CA)Ds的荧光寿命曲线ꎮFig.4㊀FluorescenceexcitationandfluorescenceemissionspectraofP(CS ̄g ̄CA)Ds(a)ꎬandtheirdigitalphotographsunderdaylight(c)andUVlight(d).(b)FluorescencelifetimecurveofP(CS ̄g ̄CA)Ds.P(CS ̄g ̄CA)Ds在日光与365nm紫外光下的照片ꎬ可以清晰看出P(CS ̄g ̄CA)Ds在日光下为无色透明状ꎬ在紫外光下发出蓝色荧光ꎬ其荧光寿命为13.12ns(图4(b))ꎮ以硫酸奎宁为参比测得该聚合物碳点的量子产率为54.7%ꎬ与文献[18 ̄21]报道的以纯壳聚糖为原料合成的碳点相比ꎬ量子产率有明显提高ꎮ这主要归因于柠檬酸分子引入到壳聚糖分子链上ꎬ碳化后ꎬ有效增加了碳点表面杂原子氧的含量ꎬ同时壳聚糖分子中的 NH2也起到了氮掺杂的作用ꎬ与外加氮掺杂试剂N ̄(2 ̄羟乙基)乙二胺共同作用增加了聚合物碳点作为激发能量陷阱的表面缺陷[31]ꎬ从而增加了荧光发射位点ꎬ提高了荧光发光效率ꎮ溶液的酸碱度是传感系统的另一个关键因素ꎬ在之前的研究中[22]ꎬ我们考察了pH值对P(CS ̄g ̄CA)Ds荧光稳定性的影响ꎬ结果表明该聚合物碳点在pH=4~10范围内有良好的稳定性ꎬ所以离子检测均是在pH=7中性条件下进行的ꎮ此外ꎬ我们将P(CS ̄g ̄CA)Ds的弱酸水溶液于自然光下放置60dꎬ研究了其贮存稳定性ꎬ结果如图5所示ꎮ从图中可以看出荧光强度在前5d内衰减了约7%左右ꎬ分析可能是因为聚合物碳点表面含有的壳聚糖分子长链在弱酸水溶液中发生了降解ꎬ从而使P(CS ̄g ̄CA)Ds表面分子结构发生了变化ꎬ导致荧光强度减弱ꎮ而5d后P(CS ̄g ̄CA)Ds的表面分子结构趋于稳定ꎬ所以在5~60d之间荧光强度趋于稳定ꎮ此外ꎬ我们还观察到P(CS ̄g ̄CA)Ds溶液在储存过程未见沉淀生成及色泽变化ꎬ说明该聚合物碳点有相对良好的储存稳定性ꎮ将P(CS ̄g ̄CA)Ds应用到离子检测中ꎬ即将1400050t /dP L i n t e n s i t y /a .u .120010008001020304060P(CS 鄄g 鄄CA)Ds图5㊀储存时间对P(CS ̄g ̄CA)Ds荧光强度的影响Fig.5㊀EffectsofdifferentstoragetimeonthefluorescenceintensityofP(CS ̄g ̄CA)Ds. All Rights Reserved.1550㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第40卷P(CS ̄g ̄CA)Ds(10μg/mL)与100μmol/L金属离子(Ag+㊁Cu2+㊁Cr2+㊁Mg2+㊁K+㊁Ca2+㊁Ni2+㊁Zn2+㊁Pd2+㊁Fe3+㊁Mn2+㊁Hg2+㊁Cd2+㊁Al3+和Fe2+)反应15minꎬ然后测试其荧光发射光谱(激发波长为365nm)ꎮ其荧光强度变化如图6所示ꎬ从图中可以看出ꎬCu2+㊁Mg2+㊁K+㊁Ca2+4种离子对P(CS ̄g ̄CA)Ds的荧光有增强作用ꎬ分析可能是这几种金属离子与P(CS ̄g ̄CA)Ds之间发生了利于其荧光增强的分子内电荷转移过程[32]ꎮ其他离子对P(CS ̄g ̄CA)Ds的荧光均产生了不同程度的猝灭效应ꎬ其中Pd2+离子对其猝灭程度最大ꎬ这也可能是由于Pd2+与P(CS ̄g ̄CA)Ds之间形成了不能发光的配合物使其荧光猝灭[33 ̄34]ꎬ但与文献[21]报道的壳聚糖基碳点对离子选择性有所不同ꎬ这可能与碳点的内滤效应有关[35]ꎮ400Ag +P L i n t e n s i t y /a .u .300200100B la nkCu 2+Mg 2+K +Ca 2+Ni 2+Zn 2+Pd 2+Fe 3+Mn 2+Hg 2+Cd 2+Al 3+Fe2+Cr 3+图6㊀添加不同金属离子的P(CS ̄g ̄CA)Ds溶液的荧光强度变化柱状图Fig.6㊀FluorescenceintensitychangebargraphsofP(CS ̄g ̄CA)Dsaddedwithdifferentmetalions研究了P(CS ̄g ̄CA)Ds对Pd2+离子检测的灵敏性ꎬ在P(CS ̄g ̄CA)Ds溶液中加入不同浓度的Pd2+溶液ꎬ测试混合液在365nm激发波长下的荧光发射光谱ꎬ结果如图7(a)所示ꎮ从图中可以看出ꎬ随着Pd2+浓度的增加ꎬ荧光强度线性降低ꎮPd2+浓度在0~100μmol/L范围内与P(CS ̄g ̄CA)Ds的荧光强度值((F0-F)/F0)呈良好的线性关系(相关系数r=0.998)ꎬ如图7(b)所示ꎬ符合Stern ̄Volmer方程ꎮ通过线性拟合获得回归方程为y=0.0030+0.0151xꎬ根据D=3σ/k(σ是空白的标准偏差ꎬk是线性范围内的校准曲线的斜率)[36]计算P(CS ̄g ̄CA)Ds对Pd2+离子的检测限为63.3nmol/Lꎬ由此说明P(CS ̄g ̄CA)Ds可以对Pd2+离子进行灵敏检测ꎮ荧光的猝灭过程通常分为两种方式ꎬ一种是当荧光分子与猝灭剂分子的激发态碰撞后ꎬ通过400450650姿/nmF L i n t e n s i t y /a .u .5003002001000(a )0150滋mPd2+40050055060040[Pd 2+]/(滋mol ·L -1)(F 0-F )/F 00.60.40.20(b )80120160y =0.0030[Pd 2+]+0.0151R 2=0.998图7㊀Pd2+浓度对P(CS ̄g ̄CA)Ds荧光光谱的影响(a)及(F0-F)/F与Pd2+浓度在0~100μmol/L范围内的关系(b)Fig.7㊀InfluenceofdifferentPd2+concentrationonthefluo ̄rescencespectraofP(CS ̄g ̄CA)Ds(a)andrelation ̄shipbetween(F0-F)/FandPd2+concentrationintherangeof0-100μmol/L(b)电荷转移或能量转移的方式ꎬ荧光分子从激发态返回到基态引起其荧光信号消失的动态猝灭ꎻ另一种是荧光分子与猝灭剂分子由于某种作用结合而形成了不能发光的配合物的静态猝灭ꎮ为了进一步深入了解Pd2+对P(CS ̄g ̄CA)Ds的荧光猝灭机制ꎬ在298ꎬ304ꎬ310K3种温度下ꎬ测试了Pd2+(0~100μmol/L)与P(CS ̄g ̄CA)Ds作用前后的荧光强度的变化ꎬ根据Stern ̄Volmer方程F0/F-1=Ksv[Q][37]计算了荧光猝灭常数Ksv(F0和F分别为加入Pd2+前后P(CS ̄g ̄CA)Ds的荧光强度ꎬKsv是猝灭常数ꎬ[Q]是Pd2+浓度)ꎬ结果如图8所示ꎬ数据列于表1中ꎮ从图8和表1中可以明显看出ꎬ猝灭常数Ksv随着温度升高呈现下降趋势ꎬ这可能是由于温度越高导致Pd2+与P(CS ̄g ̄CA)Ds的结合能力越弱ꎬ说明荧光猝灭是由Pd2+和P(CS ̄g ̄CA)Ds形成了配合体导致的静态猝灭ꎮ此外ꎬ我们又通过紫外差谱与荧光寿命测试进一步研究了荧光猝灭机制ꎬ如图9(a)㊁(b)所示ꎮ一般静态猝灭会影响荧光物质的紫外吸收光谱ꎬ. All Rights Reserved.㊀第12期于淑娟ꎬ等:壳聚糖衍生物基聚合物碳点对Pd2+的传感性能1551㊀0.50[Pd 2+]/(滋mol ·L -1)(F 0-F )/F100806040200.60.40.30.20.10298K 304K 310K图8㊀不同温度下ꎬ(F0-F)/F对Pd2+离子浓度(0~100μmol/L范围)的线性关系ꎮFig.8㊀Linearrelationshipof(F0-F)/Fversustheconcen ̄trationofPd2+ionsovertherange0-100μmol/Latdifferenttemperatures而动态猝灭几乎对荧光物质的紫外吸收光谱没有影响[38]ꎬ根据这一理论说明Pd2+对P(CS ̄g ̄CA)Ds荧光猝灭机制属于静态猝灭ꎬ因为加入Pd2+前后的紫外吸收光谱并不重合ꎮ从荧光寿命曲线可以看出P(CS ̄g ̄CA)Ds与Pd2+复合后的荧光寿命分别为13.12ns和12.97nsꎬ说明该聚合物碳点与Pd2+作用后平均荧光寿命变化甚小ꎬ可以忽略ꎬ由此也可以证明荧光猝灭机理为静态猝灭ꎮ表1㊀不同温度下Pd2+与P(CS ̄g ̄CA)Ds相互作用后的Ksv值Tab.1㊀KsvvaluesfortheinteractionofPd2+withP(CS ̄g ̄CA)DsatavarietyoftemperaturespHT/KKsv/(103L mol-1)R27.02981.070.99127.03040.990.99237.03100.970.99460.8姿/nmA b s o r b a n c e /a .u .5004504000.60.40.2250(a )P(CS 鄄g 鄄CA)Ds+Pd 2+P(CS 鄄g 鄄CA)Ds300350500t /nsC o u n t s80604002001000(b )P(CS 鄄g 鄄CA)Ds+Pd 2+P(CS 鄄g 鄄CA)Ds 20403000100图9㊀P(CS ̄g ̄CA)Ds与Pd2+离子作用前后的紫外吸收光谱(a)和荧光寿命曲线(b)Fig.9㊀UVabsorptionspectra(a)andfluorescencelifetimecurves(b)ofP(CS ̄g ̄CA)DsbeforeandafterinteractionwithPd2+4㊀结㊀㊀论本文合成了一种壳聚糖衍生物聚合物碳点(P(CS ̄g ̄CA)Ds)荧光材料ꎬ采用红外光谱㊁紫外吸收光谱以及透射电镜对P(CS ̄g ̄CA)Ds进行了表征ꎮ该聚合物碳点具有较高的量子产率(54.7%)和较长的荧光寿命(13.12ns)以及良好的储存稳定性ꎮ将P(CS ̄g ̄CA)Ds应用在离子检测中ꎬ发现其对Pd2+有良好的传感性能ꎬ其线性范围为0~100μmol/Lꎬ检测极限为63.3nmol/Lꎮ通过测试不同温度下Pd2+与P(CS ̄g ̄CA)Ds作用前后的紫外光谱㊁荧光寿命变化以及荧光猝灭常数Kvsꎬ对其猝灭机制进行了系统研究ꎬ结果均证明荧光猝灭机制为静态猝灭ꎮ参㊀考㊀文㊀献:[1]CHENXQꎬLIHDꎬJINLYꎬetal..Aratiometricfluorescentprobeforpalladiumdetectionbasedonanallylcarbonategroupfunctionalizedhemicyaninedye[J].TetrahedronLett.ꎬ2010ꎬ55(15):2537 ̄2540.[2]SHARMARKꎬPANDEYAꎬGULATISꎬetal..Anoptimizedprocedureforpreconcentrationꎬdeterminationandon ̄linere ̄coveryofpalladiumusinghighlyselectivediphenyldiketone ̄monothiosemicarbazonemodifiedsilicagel[J].J.Hazard.Mater.ꎬ2012ꎬ209 ̄210:285 ̄292.[3]AWUALRꎬHASANMꎬZNH.Organic ̄inorganicbasednano ̄conjugateadsorbentforselectivepalladium(Ⅱ)detectionꎬseparationandrecovery[J].Chem.Eng.J.ꎬ2015ꎬ259:611 ̄619.. All Rights Reserved.1552㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第40卷[4]ZHAOYZꎬLIXMꎬSCHECHTERJMꎬetal..Revisitingtheoxidationpeakinthecathodicscanofthecyclicvoltammo ̄gramofalcoholoxidationonnoblemetalelectrodes[J].RSCAdv.ꎬ2016ꎬ6(7):5384 ̄5390.[5]VELMURUGANMꎬTHIRUMALRAJBꎬCHENSMꎬetal..Developmentofelectrochemicalsensorforthedeterminationofpalladiumions(Pd2+)usingflexiblescreenprintedun ̄modifiedcarbonelectrode[J].J.ColloidInterfaceSci.ꎬ2017ꎬ485:123 ̄128.[6]SHULTZMDꎬLASSIGJPꎬGOOCHMGꎬetal..Palladium anewinhibitorofcellulaseactivities[J].Biochem.Bio ̄phys.Res.Commun.ꎬ1995ꎬ209(3):1046 ̄1052.[7]MERGETRꎬROSNERG.Evaluationofthehealthriskofplatinumgroupmetalsemittedfromautomotivecatalyticconvert ̄ers[J].Sci.TotalEnviron.ꎬ2001ꎬ270(1 ̄3):165 ̄173.[8]GARRETTCEꎬPRASADK.TheartofmeetingpalladiumspecificationsinactivepharmaceuticalingredientsproducedbyPd ̄catalyzedreactions[J].Adv.Synth.Catal.ꎬ2004ꎬ346(8):889 ̄900.[9]JIQMꎬHONMAIꎬPAEKSMꎬetal..Layer ̄by ̄layerfilmsofgrapheneandionicliquidsforhighlyselectivegassensing[J].Angew.Chem.Int.Ed.ꎬ2010ꎬ49(50):9737 ̄9739.[10]LENGYKꎬWUWJꎬLILꎬetal..Magnetic/fluorescentbarcodesbasedoncadmium ̄freenear ̄infrared ̄emittingquantumdotsformultiplexeddetection[J].Adv.Funct.Mater.ꎬ2016ꎬ26(42):7581 ̄7589.[11]JODYꎬKIMDꎬKIMJHꎬetal..TunablewhitefluorescentcoppergalliumsulfidequantumdotsenabledbyMndoping[J].ACSAppl.Mater.Interfacesꎬ2016ꎬ8(19):12291 ̄12297.[12]BUCELLASGꎬLUZIOAꎬGANNEꎬetal..Macroscopicandhigh ̄throughputprintingofalignednanostructuredpolymersemiconductorsforMHzlarge ̄areaelectronics[J].Nat.Commun.ꎬ2015ꎬ6:8394 ̄1 ̄10.[13]LIJꎬLINJꎬHUANGYꎬetal..Organicfluorescentdyessupportedonactivatedboronnitride:apromisingbluelightexcitedphosphorsforhigh ̄performancewhitelight ̄emittingdiodes[J].Sci.Rep.ꎬ2015ꎬ5:8492 ̄1 ̄7.[14]WANGCXꎬWUJPꎬJIANGKLꎬetal..StableAgnanoclusters ̄basednano ̄sensors:rapidsonochemicalsynthesisandde ̄tectingPb2+inlivingcells[J].Sens.ActuatorsB:Chem.ꎬ2017ꎬ238:1136 ̄1143.. 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All Rights Reserved.。
利用TEM鉴定爽身粉中石棉方法的研究李德辉;陈永康【摘要】利用透射电子显微镜对爽身粉进行观察,通过纤维形态、选区电子衍射谱和能谱可以判断试样中石棉的存在,并可判断石棉类型.该方法用于爽身粉中石棉的鉴定得到满意的结果.%The existence and type of asbestos in sample were determined by the method of transmission electron microscope through observation of characteristic fiber shape, selected area electron diffraction and energy spectrum.The determination method received satisfactory results for the identification of asbestos in toilet powder.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2011(025)004【总页数】3页(P4-6)【关键词】爽身粉;石棉;透射电子显微镜;能谱【作者】李德辉;陈永康【作者单位】上海市计量测试技术研究院,上海,201203;上海市计量测试技术研究院,上海,201203【正文语种】中文【中图分类】P619.271;P575滑石、金云母、粘土、白云石、淡斜绿泥石等矿物是化妆品中常用的辅料,这些矿物形成过程中常常伴生有石棉[1],如闪石石棉是滑石中最常见的矿物之一。
石棉进入人体或与皮肤直接接触,将会影响人们的身体健康[2]。
欧美及日韩对进出口产品中石棉含量都有严格的规定,并制定了相应的标准。
2009年4月,国家食品药品监督管理局组织国内专家制定了我国《粉状化妆品及其原料中石棉测定方法》的暂行标准,这对有效准确地鉴定化妆品中的石棉纤维,提高化妆品的品质,保障人们不受石棉侵害都具有重要意义。
第38卷第1期2019年2月电㊀子㊀显㊀微㊀学㊀报Journal of Chinese Electron Microscopy SocietyVol.38,No.12019-02文章编号:1000-6281(2019)01-0022-05㊀㊀透射电镜铜网上类单晶Cu 2S 枝晶的生长机理研究朱国青(浙江大学电子显微镜中心,浙江大学材料科学与工程学院,浙江杭州310027)摘㊀要㊀㊀本文利用场发射透射电子显微镜,研究了铜网上所生成枝晶的晶体结构㊂结合CrystalMaker 软件模拟电子衍射花样结果,确定该枝晶是由约5nm 的小晶粒组成的介孔类单晶材料㊂另外,结合电子显微分析结果和定向吸附理论,分别从微观和宏观上对该枝晶的生长过程进行了合理推测并提出了Cu 2S 枝晶生长模型㊂关键词㊀㊀透射电子显微镜;枝晶;介孔;晶体生长中图分类号:O76;O78;TG115.21+5.3㊀㊀文献标识码:A㊀㊀doi :10.3969/j.issn.1000-6281.2019.01.004收稿日期:2018-06-03;修订日期:2018-06-28作者简介:朱国青(1989-),女(汉族),河南人.E-mail:zhuguoqing@㊀㊀自然或人工形成的分叉式树枝状晶体(dendritic crystal),不仅以各式各样的形貌向人类展现出精妙绝伦的微观物质世界,更是以其形貌对材料宏观性能的影响以及有关其形成和生长规律,激发人们经年不息地对其探索和研究㊂在各种探索研究中,研究主题各有所向,研究成果并非彼此统一,理论研究和实验研究成果亦非相互吻合,乃至纯数学的分形学的引入和应用,更是推动结晶理论和材料科学不断创新和发展㊂在结晶理论研究中,定向吸附(orientedattachment)理论可以较好地解释枝晶的生成过程,如针对PbS㊁PbWO 4和Ag 等枝晶结构在液态反应体系中的形成和生长所做的解析[1],利用原位透射电镜对定向吸附过程和吸附机理所做的探讨研究等[2]㊂硫和石墨烯是制备燃料电池阴极的常用材料[3]㊂笔者在使用透射电镜检测硫纳米颗粒-石墨烯复合材料的过程中,发现硫-石墨烯溶液催化电镜铜网栅局部边缘生成枝晶结构㊂本文对此结构进行分析,确认其为类单晶六方晶系Cu 2S,并结合定向吸附理论提出其枝晶生长模型㊂1㊀材料和方法将石墨烯(50mg)分散到乙醇和去离子水(10mL /100mL)的混合溶液中,超声分散15min;将硫(200mg)溶于无水乙二胺(10mL)中㊂然后,在磁力搅拌的情况下,将硫的乙二胺溶液逐滴加入到上述石墨烯混合液中㊂滴加完毕后,再持续搅拌5min 获得硫纳米颗粒-石墨烯复合材料分散液(S-GO)㊂取一滴分散在透射电镜铜网(普通碳膜)上,经红外烘干后,利用Tecnai G 2F20S-Twin 场发射透射电镜在200kV 加速电压下进行电子显微分析研究㊂2㊀观察分析2.1㊀枝晶生成位置和结构性质对滴加S-GO 分散液并经红外烘干的电镜铜网进行TEM 观测,在远离铜网栅的碳膜上,可观察到硫纳米颗粒分布在石墨烯上及四周,如图1所示㊂统计硫纳米颗粒的尺寸分布,其平均直径为20nm㊂而在铜网栅边缘,可观察到不同于S-GO 结构㊁尺度大至数微米的树枝状晶体结构,如图2a 所示㊂经对此类枝晶进行选区电子衍射成像,其中一个典型枝丫(图2a 圆圈部位)的选区电子衍射图(SAED)如图2b 所示㊂衍射点对称,虽有ʃ4ʎ松弛,衍射花样整体不失单晶电子衍射普遍呈现出的二维平移对称性,由此判定这类枝晶为类单晶结构[4]㊂2.2㊀枝晶物相鉴识图2b 的SAED 图整体还呈现六次对称性,由此可推测此单晶可能为立方晶系㊁或六方晶系㊁或三角晶系㊂检索ICDD 和ICSD 数据库,立方晶系单晶可能为Cu 7.2S 4㊁Cu 1.8S㊁Cu 1.78S㊁Cu 1.9S㊁Cu 1.95S㊁CuS 2㊁Cu 2S㊁Cu 1.78S㊁Cu㊁CuO㊁Cu 2O 等;六方晶系单晶可能为Cu 2S㊁CuS㊁Cu 9S 5㊁S 6㊁S 等;三角晶系单晶可能为Cu 1.8S㊂将铜网栅边缘枝晶SAED 图所测结构参数(晶面间距和夹角等)与这些可能的单晶参数进行逐项对比排除,铜网栅边缘枝晶最有可能为六方Cu 2S 和CuS㊂针对这两种可能,应用CrystalMaker 软件分别模拟六方Cu 2S 和CuS 两种单晶SAED 图,㊀第1期朱国青:透射电镜铜网上类单晶Cu 2S 枝晶的生长机理研究㊀㊀图1㊀硫纳米颗粒在石墨烯上及周边分布的TEM 像㊂Bar =0.5μmFig.1㊀TEM image of sulfur nanoparticles onand off graphene.如图3所示㊂它们在[0001]晶带轴的单晶衍射花样与图2b 的衍射花样都非常接近,均呈六次对称且图2㊀枝晶的TEM 像和SAED 图㊂a.枝晶与电子衍射选区(圈示部位);b.SAED 图㊂Bar =1μm Fig.2㊀TEM image and the selected area electron diffraction (SAED)pattern of dendritic crystals.a.The morphology of dendritic crystals and the SAED area shown by a circle;b.The SAED pattern.相应晶面的晶面间距也很接近㊂但模拟衍射花样为理想单晶且没有考虑样品厚度,衍射花样上没有体现出ʃ4ʎ的松弛㊂从电子衍射花样上各点的强度分析,Cu 2S 单晶电子衍射模拟花样各衍射点相对强度比值与实际测量值更为接近,如图2b 枝晶衍射花样的(0110)衍射点强度约为(0220)衍射点强度8倍,对应这两个衍射点的强度差异,Cu 2S 和CuS 的模拟强度差异分别为4倍和0.2倍㊂通过衍射花样计算晶面间距并做对比分析,如对于(1010)晶面,实际测量㊁Cu 2S 模拟结果㊁CuS 模拟结果三者数值分别是0.328nm㊁0.339nm 和0.328nm㊂CuS 模拟所得的晶面间距与图2b 衍射花样测量结果一样,Cu 2S 模拟所得的晶面间距比图2b 衍射花样测量结果大3.4%,两者与实测结果误差均在电镜实测误差允许范围之内(5.0%)㊂综上所述,基本确定铜网栅边缘所生枝晶为六方晶系Cu 2S㊂进一步对图2a 进行扫描透射成像和能谱线扫描分析㊂其形貌(图4)显示枝晶由数纳米尺寸的晶粒组成,且枝晶内部密布尺寸不均的与晶粒尺寸相当的纳米空隙缺陷(图4中箭头示例),局部较大空隙的直径亦不大于50nm,即该枝晶属于介孔材料㊂另取图2a 中局部区域做HRTEM 像,如图5所示㊂枝晶由尺寸约5nm 的小颗粒(图中黑色箭头示例)之间定向(类单晶特性)紧密衔接而成,颗粒之间密布纳米空隙缺陷(图中白色箭头示例)㊂在图4中画线位置做能谱线扫描分析(图6),硫元素和铜元素谱图整体趋势基本一致,S ʒCu 的比值在1ʒ4与1ʒ5之间浮动㊂并且图4图片中衍射较亮部分对应于能谱信号较强位置,成分比例类似㊂说明图4中明暗衬度的不同主要是样品厚度引起㊂但因为枝晶在铜网栅附近生成,能谱分析时因为铜网栅的干扰,铜的信号比实际样品中的含量高许多倍㊂综合能谱线扫描和电子衍射花样分析,可推断枝晶(图2a 中箭头所示区域)边缘或局部衬度略有差别的区域均为六方Cu 2S 纳米颗粒密排成树枝状结构,无其它杂相㊂2.3㊀Cu 2S 枝晶的生长方向观察图2a 所示铜网栅边缘的枝晶形貌,Cu 2S32㊀㊀电子显微学报㊀J.Chin.Electr.Microsc.Soc.第38卷图3㊀六方晶系Cu2S和CuS单晶电子衍射的模拟图㊂a.Cu2S;b.CuS㊂Fig.3㊀Simulation results of the single-crystal diffraction of hexagonal Cu2S andCuS.图4㊀枝晶的STEM像㊂Bar=200nmFig.4㊀STEM image of the dendritic crystals.枝晶初生于铜网栅边缘,是网栅的铜元素与S-GO 中硫元素化合反应的结果;次生的二次枝丫交替生长在一次主干两侧,三次枝丫交替生长在二次枝干两侧,次生枝丫与主干或枝干均呈近似60ʎ夹角㊂为了明确枝晶生长方向,需要考虑图2b电子衍射花样与其选区的成像几何关系㊂因电子衍射花样成像操作过程中,花样成像相对选区进行了接近90ʎ的旋转,即横贯(1120)衍射斑点和(0000)面的直线方向与一次枝晶主干近似垂直,所以与该直线相应的[0001]晶向亦即一次枝晶主干的生长方向,再根据六方晶系在[0001]晶带轴方向60ʎ对称之特征,可推断各级次生枝丫的生长方向也是[0001]㊂另在铜网栅边缘枝晶中选取一处枝晶整体轮廓呈近乎平行铜网栅界面的做透射模式形貌图,如图7所示,仅在枝晶外围生长出二次分叉粗大侧枝图5㊀枝晶的HRTEM像㊂Bar=20nmFig.5㊀HRTEM image of the dendritic crystals. (图7中箭头示例)㊂在邻近铜网栅一侧,主干根部虽有二次粗大分叉,但更高次分叉紧密并排生长,主干前端没有粗大的侧枝生成㊂对比图2a和图7枝晶形貌,可推测Cu2S枝晶生长受空间约束等环境因素限制,即二次/高次枝晶之间的生长相互制约,在空间和原材料(S和Cu)充分的情况下生长成类似图2a结构枝晶㊂2.4㊀Cu2S枝晶生长机理Cu2S枝晶分布在铜网栅边缘,是硫与铜化学反应的结果㊂因硫与铜反应时,空气中的氧对此反应具有竞争作用[5],故能生成Cu2S枝晶的区域应该是没有被氧化的洁净铜表面㊂通常,Cu2S初生时,会有多个胞晶长出㊂由前述分析枝晶生长方向为[0001]之判断,可推论胞晶生长方向亦为[0001]㊂42㊀第1期朱国青:透射电镜铜网上类单晶Cu 2S 枝晶的生长机理研究㊀㊀图6㊀Cu 2S 枝晶S 和Cu 元素的能谱线扫描谱图㊂Fig.6㊀The EDS line scan results of S and Cu from the Cu 2S dendriticcrystals.图7㊀枝晶整体轮廓呈近乎平行铜网栅界面的透射模式形貌图㊂Bar =2μmFig.7㊀TEM image of the dendritic crystal parallel to copper grid.且由原始的胞晶长大的一次枝晶主干叫胞晶,与二次枝晶侧枝的生长过程中相互影响㊁竞争生长㊂只有当枝晶长大空间不受限时,二次枝晶可以获得与一次枝晶相似的生长环境而得以长大,并可进一步形成更高次枝晶㊂结合笔者关于Cu 2S 枝晶分形维数的计算结果[6],本文所得枝晶属于二维类分形结构㊂另外,因Cu 2S 单晶微观为六方晶系具有六次对称性,且前述铜网栅边缘枝晶择优生长方向为[0001],所以在胞晶沿着[0001]长大为一次枝晶主干之同时,自然会以倾斜60ʎ夹角方向次生二次枝晶侧枝,依次类推,二次侧枝次生三次枝晶侧枝等㊂进一步观察在铜网栅边缘经充分成长的枝晶末端,随处可见衬度较暗的小颗粒(如图2a 箭头所指),又据前述图2b 选区电子衍射花样为类单晶结构,由此现象和结构,假设材料体系无其他杂相,则可结合定向吸附理论[2]推测Cu 2S 枝晶的生长或是继最早期初生胞晶在铜网栅边缘生成㊁并长大为数纳米尺寸的小晶粒推动初生胞晶沿着[0001]方向向外延伸拓展,且各晶粒之间定向吸附,逐渐形成整体呈现类单晶的微米级尺度的枝晶形貌㊂这种推动生长过程,因为受到外场(与铜网上碳膜的摩擦作用㊁重力作用等)或本身结晶动力的不均衡作用,导致枝晶内部密布纳米空隙(图4和图5)㊂3 结语滴加硫纳米颗粒-石墨烯复合材料分散液在电镜铜网上生成的Cu 2S 枝晶属于类单晶介孔材料㊁微观六方晶系,初生于富铜的铜网栅边缘;初生晶胞可以不受空间约束沿[0001]晶面方向择优长大和分叉;或由最早初生的胞晶长大为一定的微米尺度52㊀㊀电子显微学报㊀J.Chin.Electr.Microsc.Soc.第38卷的颗粒后,沿[0001]晶面方向定向吸附后续产生的胞晶长大㊁分叉为枝晶结构;受外场或本身结晶动力不均匀作用,导致枝晶内部密布纳米空隙㊂参考文献:[1]㊀ZHANG Q,LIU S J,YU S H.Recent advances inoriented attachment growth and synthesis of functionalmaterials:concept,evidence,mechanism,and future[J].Journal of Materials Chemistry,2009,19(2):173-207.[2]㊀LI D S,NIELSEN M H,LEE J R,et al.Direction-specific interactions control crystal growth by orientedattachment[J].Science,2012,336(6684):1014. [3]㊀YANG Z,YAO Z,LI G F,et al.Sulfur-doped grapheneas an efficient metal-free cathode catalyst for oxygenreduction[J].ACS Nano,2012,6(1):205-211. [4]㊀卢艳,王立华,邓青松,等.体心立方金属Mo纳米线拉伸塑性行为的原位透射电子显微镜观察[J].电子显微学报,2014,33(4):289-294.[5]㊀HAN Q F,SUN S S,LI J S,et al.Growth of coppersulfide dendrites and nanowires from elemental sulfur onTEM Cu grids under ambient conditions[J].Nanotechnology,2011,22(15):155607. [6]㊀ZHU G Q,WANG C H,SHI L,et al.Fractal growth ofporous Cu2S nano-crystals[C].In:18th InternationalMicroscopy Congress.Prague,Czech Republic:International Federation of Societies for Microscopy,2014.MS-1-P-2625.Research on fractal growth of single-crystal-like Cu2Sdeveloped from copper gridZHU Guo-qing(Center of Electron Microscopy,and Department of Materials Science and Engineering,Zhejiang University,Hangzhou Zhejiang310027,China)Abstract㊀㊀In this paper,transmission electron microscope equipped with a field emission gun is applied to study the microstructure of the fractal crystals on TEM grid.Furthermore,with the simulation results of the single-crystal diffraction via the software named CrystalMaker,those crystals are indexed as mesoporous single-crystal-like hexagonal Cu2S composed of numerous nano-crystals in size bining the electron microscopy analysis with oriented attachment theory,the growth progress of those fractal crystals is speculated microscopically and macroscopically,and hence the dendritic growth model is proposed.Keywords㊀㊀transmission electron microscope;dendritic crystal;mesoporous;crystal growth62。