Применение ионных жидкостей в исследованиях микроструктуры диэлектриков методом сканирующей электронной микроскопии
А.И. Иванова, А.В. Дудиловская, О.Е. Журавлев, А.Д. Кафтанов
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.154
Оригинальная статья
Аннотация: В настоящей статье представлены результаты исследования непроводящих биологических, кристаллических объектов, порошков, а также образцов стеклокомпозитов с помощью ионной жидкости методом сканирующей электронной микроскопии. Ионные жидкости на основе дицианамидов N -алкилпиридиния, изученные в работе, получены по реакции метатезиса. В качестве проводящего покрытия для диэлектриков был использован раствор ионной жидкости в ацетоне. Установлено, что применение ионных жидкостей является альтернативой методам металлического и углеродного напыления на диэлектрические образцы. Представлены электронные изображения образцов, полученные такими методами микроскопии, как режим низкого вакуума, использование металлического напыления (Pt) на образцы, а также исследование образцов без проводящего покрытия. Проведен сравнительный анализ результатов, полученных традиционными методами и методом нанесения на образцы ионной жидкости. Показано, что использование электропроводящих ионных жидкостей, обладающих термической и химической стабильностью, дает возможность получать электронно-микроскопические изображения с высоким разрешением, а также позволяет визуализировать топографический и композиционный контраст исследуемых диэлектрических образцов.
Ключевые слова: ионная жидкость, пробоподготовка, диэлектрические образцы, микроструктура поверхности, сканирующая электронная микроскопия
- Иванова Александра Ивановна – к.ф.-м.н., доцент кафедры прикладной физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Дудиловская Александра Валерьевна – студентка 4 курса физико-технического факультета, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Журавлев Олег Евгеньевич – к.х.н., доцент кафедры органической химии, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Кафтанов Арсений Дмитриевич – аспирант 4 года обучения, химико-технологический факультет, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
Ссылка на статью:
Иванова, А.И. Применение ионных жидкостей в исследованиях микроструктуры диэлектриков методом сканирующей электронной микроскопии / А.И. Иванова, А.В. Дудиловская, О.Е. Журавлев, А.Д. Кафтанов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 154-163. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.154.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Goldstein, J.I. Scanning electron microscopy and X-ray microanalysis / J.I Goldstein, D.E. Newbury, J.R. Michael et al.; 4th ed. – New York: Springer, 2018. – XXIII, 550 p. DOI:10.1007/978-1-4939-6676-9.
2. Зеер, Г.М. Применение сканирующей электронной микроскопии в решении актуальных проблем материаловедения / Г.М. Зеер, О.Ю. Фоменко, О.Н. Ледяева // Журнал Сибирского Федерального университета. Химия. – 2009. – Т. 2. – № 4. – P. 287-293.
3. Kuwabata, S. Observation of ionic liquid by scanning electron microscope / S. Kuwabata, A. Kongkanand, D. Oyamatsu, T. Torimoto // Chemistry Letters. – 2006. – V. 35. – I. 6. – P. 600-601. DOI: 10.1246/cl.2006.600.
4. Выгодский, Я.С. Синтез полимеров в ионных жидкостях / Я.С. Выгодский, Е.И. Лозинская, А.С. Шаплов // Российский химический журнал. – 2004. – Т. XLVIII. – №. 6. – С. 40-50.
5. Плетнев, И.В. Новые направления применения ионных жидкостей в аналитической химии. 1. Жидкостная экстракция / И.В. Плетнев, С.В. Смирнова, Н.В. Шведене // Журнал аналитической химии. – 2019. – Т. 74. – № 7. – С. 483-526. DOI: 10.1134/S0044450219070077.
6. Tiago, G.A. Application of ionic liquids in electrochemistry – recent advances / G.A. Tiago, I.A. Matias, A.P. Ribeiro, L.M. Martins // Molecules. – 2020. – V. 25. – I. 24. – Art. no. 5812. – 27 p. DOI: 10.3390/molecules25245812.
7. Song, M.H. Ionic liquid-assisted cellulose coating of chitosan hydrogel beads and their application as drug carriers / M.H. Song, T.P. Pham, Y.S. Yun // Scientific Reports. – 2020. – V. 10. – I. 1. – Art. № 13905. – 8 p. DOI: 10.1038/s41598-020-70900-7.
8. Lei, Z. Introduction: Ionic liquids / Z. Lei, B. Chen, Y.M. Koo, D.R. MacFarlane // Chemical Reviews. – 2017. – V. 117. – I. 10. – P. 6633-6635. DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00246.
9. Singh, S.K. Ionic liquids synthesis and applications: An overview / S.K. Singh, A.W. Savoy // Journal of Molecular Liquids. – 2020. – V. 297. – Art. № 112038. – 62 p. DOI: 10.1016/j.molliq.2019.112038.
10. Armand, M. Ionic-liquid materials for the electrochemical challenges of the future / M. Armand, F. Endres, D.R. MacFarlane, H. Ohno, B. Scrosati // Nature Materials. – 2009. – V. 8. – I. 8. – P. 621-629. DOI: 10.1038/nmat2448.
11. Abbott, A.P. Why use ionic liquids for electrodeposition? / A.P. Abbott, F. Endres, D.R. Macfarlane // In book: Electrodeposition from ionic liquids. – Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, 2017. – Ch. 1. – P. 1-15. DOI: 10.1002/9783527682706.ch1.
12. Roosen, C. Ionic liquids in biotechnology: applications and perspectives for biotransformations / C. Roosen, P. Müller, L. Greiner // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2008. – V. 81. – P. 607-614. DOI: 10.1007/s00253-008-1730-9.
13. Chagas, L.G. Ionic liquid-based electrolytes for sodium-ion batteries: tuning properties to enhance the electrochemical performance of manganese-based layered oxide cathode / L.G. Chagas, S. Jeong, I. Hasa, S. Passerini // ACS Applied Materials & Interfaces. – 2019. – V. 11. – I. 25. – P. 22278-22289. DOI: 10.1021/acsami.9b03813.
14. DiCecco, L.A. Electron microscopy imaging applications of room temperature ionic liquids in the biological field: A review / L.A. DiCecco, A. D'Elia, C. Miller, K.N. Sask, L. Soleymani, K. Grandfield // ChemBioChem. – 2021. – V. 22. – I. 15. – P. 2488-2506. DOI: 10.1002/cbic.202100041.
15. Arimoto, S. Development of new techniques for scanning electron microscope observation using ionic liquid / S. Arimoto, M. Sugimura, H. Kageyama, T. Torimoto, S. Kuwabata // Electrochimica Acta. – 2008. – V. 53. – I. 21. – P. 6228-6234. DOI: 10.1016/j.electacta.2008.01.001.
16. DiCecco, L.A. Ionic liquid treatment for efficient sample preparation of hydrated bone for scanning electron microscopy / L.A. DiCecco, A. D’Elia, C. Quenneville, L. Soleymani, K. Grandfield // Micron. – 2022. – V. 153. – Art. № 103192. – 9 p. DOI: 10.1016/j.micron.2021.103192.
17. Asahi, Y. Simple observation of Streptococcus mutans biofilm by scanning electron microscopy using ionic liquids / Y. Asahi, J. Miura, T. Tsuda et al. // AMB Express. – 2015. – V. 5. – Art. № 6. – 9 p. DOI: 10.1186/s13568-015-0097-4.
18. Tsuda, T. SEM observation of wet biological specimens pretreated with room-temperature ionic liquid / T. Tsuda, N. Nemoto, K Kawakami, E. Mochizuki et al. // ChemBioChem. – 2011. – V. 12. – I. 17. – P. 2547-2550. DOI: 10.1002/cbic.201100476.
19. Zhuravlev, O.E. Preparation of samples for SEM studies using an ionic liquid / O.E. Zhuravlev, A.I. Ivanova, R.M. Grechishkin // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2015. – V. 9. – I. 5.– P. 904-907. DOI: 10.1134/S1027451015050213.
20. Пат. 2557179 Российская Федерация, МПК G01N 1/28, H01J 37/256, C23C 26/00. Способ подготовки диэлектрического образца для исследования на растровом электронном микроскопе / Журавлев О.E., Иванова А.И., Гречишкин Р.М.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет». – № 2014107757/02, заявл. 28.02.2014; опубл. 20.07.2015, Бюл. № 20. – 6 с.