Частицы аэрозоля, которые найдены в тумане, пыли и выхлопе транспортного средства, мере в микронах. Один микрон миллионный из метра; тонкие человеческие волосы приблизительно 30 микронов толщиной.
Частицы, говорит Сюй, среди многих материалов, химические и механические свойства которых не могут быть полностью измерены, пока ученые не разрабатывают лучший метод учащихся материалов в микромасштабе, а также намного меньшее наноразмерное (1 нм миллионный из метра).Сюй, доцент химии, разработал такой метод и использовал его, чтобы выполнить неразрушающее химическое отображение множества материалов, а также механическое отображение с пространственным разрешением 10 миллимикронов.
Техника, названная пиком, вызывает инфракрасную микроскопию (PFIR), спектроскопию объединений и просматривающий микроскопию исследования. В дополнение к проливанию света на частицы аэрозоля говорит Сюй, PFIR поможет ученым учиться микро – и наноразмерные явления во множестве неоднородных материалов.«Материалы по своей природе редко гомогенные», говорит Сюй. «Функциональные материалы полимера часто состоят из наноразмерных областей, у которых есть определенные задачи.
Клеточные мембраны включены с белками, которые являются миллимикронами в размере. Наноразмерные дефекты материалов существуют, которые затрагивают их механические и химические свойства.«Микроскопия PFIR представляет фундаментальный прорыв, который позволит многократные инновации в областях в пределах от исследования частиц аэрозоля к расследованию разнородных и биологических материалов», говорит Сюй.Сюй и его группа недавно сообщили об их результатах в статье, названной «Наноразмерное одновременное химическое и механическое отображение через пиковую силу инфракрасная микроскопия».
Статья была опубликована в Научных Достижениях, журнале Американской ассоциации содействия развитию науки, которая также издает журнал Science.Ведущий автор статьи – Ле Ван, аспирант в Лехае. Среди соавторов аспиранты Сюя и Лехая Хэомин Ван и Девон С. Джэйкоб, а также Мартин Вагнер Нано Bruker в Санта-Барбаре, Калифорния, и Ён Яня из Технологического института Нью-Джерси.«Микроскопия PFIR позволяет надежное химическое отображение, сбор широкополосных спектров и одновременное механическое отображение в одной простой установке с пространственным разрешением ~10 нм», написала группа.
«Мы исследовали три типа представительных материалов, а именно, мягких полимеров, кристаллов перовскита и нанотрубок нитрида бора, все из которых обеспечивают сильный резонанс PFIR для однозначной нанохимической идентификации. Много других материалов должны подойти также для многомодальной характеристики, которую должна предложить микроскопия PFIR.
«Таким образом, микроскопия PFIR обеспечит мощный аналитический инструмент для исследований в наноразмерном через широкие дисциплины».Сюй и Ле Ван также опубликовали недавнюю статью об использовании PFIR, чтобы изучить аэрозоли.
Названный «Наноразмерная спектроскопическая и механическая характеристика отдельных частиц аэрозоля, используя пик вызывает hinfrared микроскопию», статья появилась в «Появляющиеся Следователи» проблема Химических Коммуникаций, журнал Королевского общества Химии. Сюй был показан как один из появляющихся следователей в проблеме. Статья была создана в соавторстве с исследователями из Университета Макао и Городского университета Гонконга, обоих в Китае.PFIR одновременно получает химическую и механическую информацию, говорит Сюй.
Это позволяет исследователям проанализировать материал в различных местах и определить его химические составы и механические свойства в каждом из этих мест, в наноразмерном.«Материал не часто гомогенный», говорит Сюй. «Его механические свойства могут измениться от одного региона до другого.
Биологические системы, такие как клеточные стенки неоднородны, и так являются материалами с дефектами. Особенности клеточной стенки измеряют приблизительно 100 миллимикронов в размере, размещая их хорошо в диапазоне PFIR и его возможностей».У PFIR есть несколько преимуществ перед просмотром почти полевой оптической микроскопии (SNOM), текущим методом измерения свойств материала, говорит Сюй.
Во-первых, PFIR получает более полный инфракрасный спектр и более острое изображение – пространственное разрешение на 6 нм – более широкого множества материалов, чем делает SNOM. SNOM работает хорошо с неорганическими материалами, но не получает столь сильный инфракрасный сигнал, как метод Lehigh делает от более мягких материалов, таких как полимеры или биологические материалы.«Наша техника более прочна», говорит Сюй. «Это работает лучше с мягкими материалами, химическими, а также биологическими».
Второе преимущество PFIR состоит в том, что он может выполнить то, что Сюй называет спектроскопией пункта.«Если есть что-то вроде процента химически по поверхности», говорит Сюй, «Я поместил AFM [атомная микроскопия силы] исследование к тому местоположению, чтобы измерить пиковую силу инфракрасный ответ.«Очень трудно получить эти спектры с текущей почти областью просмотра типа рассеивания оптическая микроскопия.
Это может быть сделано, но это требует очень дорогих источников света. Наш метод использует узкополосный инфракрасный лазер и стоит приблизительно 100 000$. Существующий метод использует широкополосный источник света и стоит приблизительно 300 000$».
Третье преимущество, говорит Сюй, то, что PFIR получает механическое, а также химический ответ от материала.«Никакой другой метод спектроскопии не может сделать это», говорит Сюй. «Материал твердый или мягкий? Действительно ли это неоднородно – действительно ли это мягко в одной области и твердо в другом? Как состав варьируется от мягкого до твердых областей?
Материал может быть относительно твердым и иметь один тип химического состава в одной области и быть относительно мягким с другим типом состава в другой области.«Наш метод одновременно получает химическую и механическую информацию.
Это будет полезно для анализа материала в различных местах и определении его составов и механических свойств в каждом из этих мест в наноразмерном».Четвертое преимущество PFIR – свой размер, говорит Сюй.«Мы используем настольный лазер, чтобы получить инфракрасные спектры. Наш – очень компактный источник света, в противоположность намного большим размерам конкурирующих источников света.
Наш лазер ответственен за сбор информации относительно химического состава. Мы получаем механическую информацию от AFM. Мы объединяем два типа измерений в одно устройство, чтобы одновременно получить два источника информации».
Хотя PFIR не работает с жидкими образцами, говорит Сюй, он может измерить свойства сушеных биологических образцов, включая клеточные стенки и совокупности белка, достигнув пространственного разрешения на 10 нм, не окрашивая или генетической модификации.Работа Сюя была поддержана финансированием запуска из Lehigh, Гранта на проведение исследований Способности Lehigh и натуральной поддержки оборудования со стороны Нано Bruker.