纳米孔金结构的成像与分析

由Thermo Fisher科学电子显微镜解决方案2020年4月24日

纳米孔金的研究在过去的二十年中势头日益强劲，这种材料在众多的生物科学、传感和催化应用以及能源存储应用中显示出了前景。欧洲杯线上买球¹^，²

精确的纳米孔黄金表征对于继续发展这些技术至关重要。

Fraunhofer IFAM进行的研究表明双光束聚焦离子束和扫描电子显微镜（FIB-SEM）成像技术可与物理建模，高级图像处理和孔网络建模（PNM）一起使用，以提供彻底的定量分析纳米多孔金样品。

纳米孔金含有几十纳米量级的孔，其精确尺寸可以在制造过程中轻松调整。

随后的生物相容性、物理稳定性和纳米结构的表面使其在药物释放、生物传感和选择性催化应用方面具有特别的吸引力。^3-5其他值得注意的特性包括高电导率和等离子体特性。⁶^7.

通过利用自组装的单层（SAM）技术，易于修改纳米多孔金的表面，或者它可以直接吸附某些分子。将孔调谐到与抗体，蛋白质，酶和寡核苷酸相同的尺寸顺序，可以使得能够在结构内掺入这种生物分子以产生生物传感器。

同样，根据特定化学反应物的顺序调整孔径，可以生产出可重复使用且非常特殊的催化剂。同样的多孔结构和高比表面积也使得纳米孔金在燃料电池和超级电容器中的潜在应用得到了研究。⁸^，9

纳米孔金的成像与分析

制备的纳米孔金样品的孔结构形态变化很大，其在上述应用中的性能和行为主要取决于其孔隙的形成。

它们的特性取决于孔隙的大小、形状和分布，以及连接它们的通道。成像技术的进步能够量化孔隙度及其流动特性，如渗透率和弯曲度，这对于开发纳米多孔金基技术至关重要。

Franhofer IFAM的K Thiel博士已经证明，通过利用FIB-SEM成像和随后的图像分析，可以完成纳米多孔金样品的完整定量分析。

雇佣一个Thermo Scientific™Helios DualBeamFIB-SEM成像系统确保了它能够收集高分辨率的图像，同时，烧蚀或“磨碎”表面，以揭示内部孔隙结构。¹⁰^，¹¹

该技术可用于帮助优化纳米多孔材料的各种应用。采用Helios双光束对纳米孔金样品进行成像。最后一张图像的体素大小约为10x13x10 nm，整体成像体积约为10x11x10.41µm。

对获得的图像进行处理Thermo Scientific™Avizo™软件（图1）。首先，Avizo软件启用了抖动和未对流的伪像，该伪像经常发生在FIB-SEM成像技术中。

该算法可以根据平方和差值图像的相似性自动调整平移和旋转偏差。

数字1．通过Avizo软件完成的Thermo Scientific Helios Dualbeam获得的纳米多孔金的纳米多孔金图像。样本由K.R.提供礼貌迈尔加迪，戈特廷大学材料物理研究所。欧洲杯足球竞彩

Helios DualBeam提供了高质量的图像，具有有限的噪声，没有开放孔隙的回孔效应，消除了额外处理的需求。

但是，除了简单地对准2D堆栈的FIB-SEM图像时，Avizo软件将从定义样本孔隙度的3D数据集中计算许多密钥统计信息。¹²

包括孔隙形态、连通性、破碎指数、体积分数、平均厚度和平均孔隙间距。

也可以使用得到的样品的三维模型进行物理建模，包括计算渗透率张量和样品的绝对渗透率。

孔隙网络模型

最重要的是，Avizo软件还允许孔隙网络建模(PNM)，在该模型中，复杂孔隙网络可以精确预测孔隙结构内部的流动特性。

该分析在3D SEM数据集上进行，并且允许计算样本中的孔和喉部的总数，以及它们的体积，等效半径和协调数。

然后利用这些数据来模拟样品的流动特性，计算出流量、渗透率和弯曲度的精确值。

考虑到多孔结构在催化和传感应用中的重要性，这些指标可以用来评估材料的性能，从而告知纳米多孔材料的制造过程。

数字2．使用球形和管模型表示孔隙空间。

AVIZO软件用于孔隙度分析

Avizo软件是一个独立的分析平台，包括对多孔材料分析的相当少的专业特征。欧洲杯足球竞彩

Avizo软件兼容多种成像方法，包括microCT、SEM、FIB-SEM和TEM，有助于对微孔、大宏观孔洞、海绵型孔洞和包裹体的定量。

采购具有详细统计分析和最先进的物理建模的样本的视觉上直观的3D表示提供了具有简单方法的研究人员，以获得纳米多孔金等多孔材料的综合和彻底表征。欧洲杯足球竞彩

孔隙网络建模为确定纳米多孔金和其他多孔材料的生物传感、催化和其他应用提供了一种实用和有效的方法。欧洲杯足球竞彩

Avizo软件还专注于生物科学，纳米技术和材料研究中的多种其他应用。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球这些应用包括复合材料和内部应变映射中的纤维的表征。欧洲杯足球竞彩

无论是需要对材料的微观和宏观结构的定量分析，Avizo软件都提供了一体化的解决方案。欧洲杯足球竞彩

参考资料及进一步阅读

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聚焦离子束(FIB)仪器与扫描电子显微镜(SEM)几乎相同，但使用的是离子束而不是电子| Thermo Fisher Scientific。可以在:https://www.fei.com/introduction-to-electron-microscopy/fib/．（访问：2020年2月18日）
双束|双束FIB |可以在:https://www.thermofisher.com/uk/en/home/industrial/electron-microscopy/electron-microscopy-instruments-workflow-solutions/dualbeam-microscopes.html.．（访问：2020年2月18日）
英国Thermo Fisher科学公司。可以在:https://www.thermofisher.com/uk/en/home/industrial/electron-microscopy/electron-microscopy-instruments-workflow-solutions/3d-visualization-analysis-software/avizo-porosity-analysis.html．（访问：2020年2月18日）

这些信息来源于赛默飞世尔科学公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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哈佛大学
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