勞倫斯柏克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LawrenceBerkeleyNationalLaboratory，LBNL）的研究人員使用單層石墨烯作為一個(gè)清晰類(lèi)透鏡蓋（Lens-likeCap）—稱(chēng)為石墨烯電池液（GrapheneLiquidCell，GLC）—為單個(gè)膠狀納米粒子的原子創(chuàng)造新的成像系統(tǒng)。這個(gè)過(guò)程將大大簡(jiǎn)化反覆試驗(yàn)原子級(jí)（Atomic-scale）工程學(xué)的設(shè)計(jì)和重新設(shè)計(jì)過(guò)程，LBNL的工作人員說(shuō)。 

 

    大多數(shù)電子產(chǎn)業(yè)使用的納米粒子都存在于流體溶液中，且也被允許可處于干燥狀態(tài)。常用的透射電子顯微鏡（TEM）可在納米粒子干燥后為其成像，但是干燥的流體往往會(huì)扭曲納米粒子的結(jié)構(gòu)，而校正結(jié)構(gòu)的過(guò)程通常相當(dāng)復(fù)雜，一個(gè)設(shè)計(jì)完成在之前，須經(jīng)過(guò)反覆多次的試驗(yàn)。LBNL的石墨烯可作為敏感納米粒子的保護(hù)層。 

 

    “作為保護(hù)層，石墨烯可能是最薄的（每張紙只有1個(gè)原子厚），可保護(hù)TEM真空室里的液體樣品。”LBNL暨M(jìn)olecularFoundry國(guó)家電子顯微鏡中心（NationalCenterforElectronMicroscopy）的科學(xué)家PeterErcius說(shuō)，“納米粒子在液體中可以自由移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，向我們展示許多不同的視角，而這些視角被組合于一臺(tái)電腦中，以生成納米粒子架構(gòu)的3D模型，我們所使用的容器只比納米顆粒的尺寸稍大一些。” 

 

    Ercius的團(tuán)隊(duì)第一次使用的新技術(shù)，他們稱(chēng)之為“SINGLE”—由石墨烯電池液電子顯微鏡鑒定的納米粒子結(jié)構(gòu)（StructureIdentificationofNanoparticlesbyGrapheneLiquidCellElectronMicroscopy）—可在電腦中顯示3D模型，目的在于設(shè)計(jì)可以組合在一起的“積木”，以形成更大的特定電子和物理特性架構(gòu)，滿(mǎn)足現(xiàn)今許多產(chǎn)業(yè)需求。 

 

    SINGLE使用TEM為在GLC中自由旋轉(zhuǎn)的鉑納米粒子成像，以確定個(gè)別的膠體納米顆粒3D結(jié)構(gòu)。 

 

    “我們的作法可能會(huì)影響現(xiàn)有液體生成的結(jié)構(gòu)，且我們確定如何透過(guò)組合較小的結(jié)構(gòu)建立較大架構(gòu)。這可能也會(huì)對(duì)使用納米粒子的制程有很大的影響，如催化（Catalysis），這是由于我們能夠探索在原生液體環(huán)境中的納米粒子3D結(jié)構(gòu)。”Ercius告訴EETimes。 

 

    在電子領(lǐng)域，納米粒子被用在越來(lái)越多的各類(lèi)新裝置上，并改善現(xiàn)有裝置的效能。例如，太陽(yáng)能板（SolarPanel）和納米電子電路都可以使用納米粒子作為量子點(diǎn)，在光子到電子設(shè)備提高太陽(yáng)能板的輸出，以及讓先進(jìn)的半導(dǎo)體結(jié)點(diǎn)可接近原子等級(jí)。 

 

    Ercius并指出，量子點(diǎn)的原子結(jié)構(gòu)，包括他們的形狀、表面和內(nèi)部缺陷，都是調(diào)整其性能的關(guān)鍵參數(shù)，我們的方法可用于確定量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特性，從而提高其設(shè)計(jì)應(yīng)用，包括光電子（Photonics）。 

 

    在LBNL，Ercius的下一步將使用更快的每秒400幀的攝影鏡頭，以更精確的構(gòu)造出TR3D模型，精準(zhǔn)度可超越他們現(xiàn)在擁有的2納米精準(zhǔn)度設(shè)備。 

 

    “我們的下一步是推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)在粒子中使用的單個(gè)元素內(nèi)，找到所有的原子。新的攝影機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)安裝在我們的TEM上，并可以10倍的速度獲得更高品質(zhì)的照片，這應(yīng)該可以協(xié)助我們實(shí)現(xiàn)此一目標(biāo)。”Ercius進(jìn)一步說(shuō)明，“我們還計(jì)畫(huà)去探索我們可以重建多大的粒子。” 

 

    最終，該技術(shù)可以用來(lái)組裝完整的電子和光子材料和甚至完整的裝置，使用從下而上的方法結(jié)合不同的元件，透過(guò)每個(gè)納米粒子表面的編碼，使他們自動(dòng)扣在一起。 

 

    在LNBL的SINGLE是由美國(guó)國(guó)家能源部（U.S.DepartmentofEnergy）透過(guò)一個(gè)由多機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)資助的研究人員所發(fā)明，也是由在MolecularFoundry的柏克萊實(shí)驗(yàn)室總監(jiān)，暨科維（Kavli）柏克萊分校能源納米研究所（EnergyNanoScienceInstitute，ENSI）所長(zhǎng)PaulAlvisatos所主導(dǎo)。其他參與者包括哈佛大學(xué)（HarvardUniversity）教授JungwonPark、澳大利亞莫納什大學(xué)（Australia’sMonashUniversity）教授HansElmlund，以及博士后和博士生JongMinYuk、DavidLimmer、QianChen、KwanpyoKim、SangHoonHan、DavidWeitz與AlexZettl。