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最新开发的纳米温度计能够在透射电子显微镜中实现实时温度检测

本站发布时间:2024-03-12 14:35:44

UNIST化学系的Oh Hoon Kwon教授和他的研究团队开发了一种在透射电子显微镜(TEM)内测量纳米样品温度的方法

这项创新技术利用了基于阴极发光(CL)光谱的纳米温度计,为分析精细样品的热力学性质和推进高科技材料的发展开辟了新的可能性

透射电子显微镜使研究人员能够通过将短波电子束透射到样品中,以数十万倍的放大率观察样品。通过阴极射线发射光谱检测样品发出的光,研究人员可以在纳米尺度上精细分析样品的物理和光学特性

新开发的纳米温度计依赖于铕离子(Eu3+)的特定阴极射线发射带的温度相关强度变化。通过在氧化钆(Gd2O3)中合成掺有铕离子的纳米颗粒,研究团队确保了电子束的损伤最小,从而实现了长期实验

通过动态分析,该团队证实,铕离子发光带的强度比是温度的可靠指标,使用尺寸约为100纳米的纳米温度计颗粒,测量误差约为4℃。该方法的精度是传统TEM温度测量技术的两倍多,并显著提高了空间分辨率

此外,该团队通过在TEM内用激光诱导温度变化,同时实时测量温度和结构变化,证明了纳米温度计的适用性。这种能力允许响应外部刺激在纳米水平上分析热力学性质,而不干扰标准TEM分析程序

该研究的第一作者Won-Woo Park强调了温度测量过程的非侵入性,强调了透射电子束和纳米温度计颗粒之间的相互作用能够在不干扰TEM成像的情况下实现实时温度检测

他指出, “开发的纳米技术的最大优点是,温度测量过程不会干扰现有的透射电子显微镜分析。由于温度是用光测量的,光是透射电子束和纳米颗粒相互作用产生的副产品,因此可以测量透射电子显微镜的图像并实时检测温度。“

Kwon教授强调了这项研究的重要性,他说:“开发的温度测量指标与实时成像技术相结合,有助于观察局部温度对外部刺激的反应。这一进步将对二次电池和显示器等高科技材料的发展做出重大贡献。“

这项工作发表在《ACS Nano》杂志上

More information: Won-Woo Park et al, Nanoscale Cathodoluminescence Thermometry with a Lanthanide-Doped Heavy-Metal Oxide in Transmission Electron Microscopy, ACS Nano (2024). DOI: 10.1021/acsnano.3c10020

Journal information: ACS Nano

Provided by Ulsan National Institute of Science and Technology

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