制造比特:12月28日

测量microdroplets
美国国家标准与技术研究所(NIST)发现了一种新的方法使显微镜测量微滴的体积。

使用这种技术，NIST测量了小于100万亿分之一升的单个液滴的体积，不确定度小于1%。据NIST称，与之前的测量相比，这意味着十倍的改善。为此，研究人员将传统的显微镜技术与一种名为重力测量的新方法相结合，重力测量是测量引力场强度的方法。

微滴体积和纳米塑料浓度的显微观察。信贷:k .莳萝/ NIST。

测量微观液滴的体积、运动和含量是许多领域的重要研究领域。在新冠肺炎大流行期间，微小液滴已成为一个主要研究课题。例如，根据美国国立卫生研究院和宾夕法尼亚大学的研究，如果两个人在一个环境中大声说话，他们每秒会释放出数千个口腔液滴。采用光散射法，每个液滴的尺寸从10μm到100μm。据研究人员称，这些液滴中的一部分在至少30秒后仍在空气中漂浮。

打喷嚏或咳嗽会产生更多飞沫。所有这些都可以通过空气传播病毒，在环境中迅速传播。

测量微滴在其他领域也很重要，比如雨云的影响和喷墨打印机。水滴在云层反射阳光以冷却地球的过程中起着重要作用。它们还决定了喷墨打印机如何创建图案。此外，微液滴的研究对各种实验室和fab工艺也很重要。

通常，在许多情况下，光学显微镜用于测量微液滴，但这些仪器在某些情况下有一些局限性，但并非所有情况。根据NIST的说法，显微镜可以成像液滴的位置和尺寸，这反过来又可以“确定球形微液滴的体积-与直径的立方成正比”。“然而，光学显微镜的精度受到许多因素的限制，比如图像分析能否很好地定位液滴边缘和周围空间之间的边界。”

作为回应，NIST的研究人员为该仪器开发了新的校准方法。他们还使用一种称为重力测量的独立技术测量了飞行中微液滴的体积。

重量法通过称量积聚在容器中的微滴来测量体积。“重力测量通常缺乏测量单个微液滴的分辨率，而显微镜通常在分辨率限制之外是不准确的。为了解决这些问题，我们改进和整合了这些互补的方法，引入了对相同微液滴的同时测量，可独立追踪到国际单位制(SI)的综合校准，以及体积不确定性的蒙特卡罗评估，”NIST的研究员Lindsay C. C. Elliott说技术期刊《分析化学》。其他人也为这项研究做出了贡献。

在一个实验中，NIST用了一台喷墨打印机。该系统将粘性酒精的微滴喷射到几厘米外的容器中。研究人员控制喷射产生已知数量的液滴。当微滴喷射从打印机飞到几厘米外的容器中时，它们被背光照射，并用光学显微镜成像。

然后，研究人员称了容器的重量和它积聚的许多微滴。“我们实现了飞行中体积约为70 pL的微液滴测量的亚皮升一致性，集成重力法和光学显微镜都产生了95%的覆盖区间±0.6 pL，或相对不确定度±0.9%，两种方法之间的平均值的均方根偏差为0.2 pL或0.3%。这些不确定性与之前的重力测量结果相匹配，并比之前的显微镜测量结果提高了一个数量级，”埃利奥特说。

“重力测量的精度取决于液滴形成的连续性，而显微镜的精度要求来自边缘参考的光学衍射与来自微液滴的光学衍射匹配。应用我们的显微镜方法，我们喷射和成像悬浮荧光纳米塑料的水微滴，在沉积和蒸发后计数纳米塑料颗粒，并将体积可追溯性转移到单个微滴的浓度。”Elliott说。“我们预计，我们的方法将影响涉及微液滴尺寸计量和体积分析的各个领域，包括喷墨微加工、疾病传播和工业喷雾。”

纳米线电子显微镜
韩国国立材料科学研究所(NIMS)和JEOL使用一种高分辨率的透射电子显微镜(TEM)纳米线场发射枪．

根据NIMS和JEOL的说法，TEM在0.2 ev的能量分辨率下进行原子分辨率观测，这是非单色电子枪记录的最高分辨率，电流稳定性为0.4%。

在实验室或工厂中，TEM是用于尺寸计量的大型系统。这包括在纳米尺度上测量给定样品的长度、高度和宽度。tem还用于探索通道材料和芯片设计的其他部分。

在工作过程中，透射电镜产生电子，并将电子发送到样品中。电子与样品相互作用，提供了有关纳米级结构的信息。然而，瞬变电磁法也是一种破坏性的技术。样品是通过切割给定结构的一部分来创建的。研究人员不希望在生产中削减结构。这就是为什么tem在实验室中被发现，但它们也在fab中被使用。

根据NIMS和JEOL的说法，在系统中，tem使用基于钨针材料的场发射枪产生电子。多年来，业界一直在尝试开发使用更高性能材料的野外发射枪。但该行业在这方面遇到了一些挑战。

现在，NIMS和JEOL已经开发了一种基于六硼化镧(LaB6)纳米线的高分辨率tem场发射枪。纳米线电子源有许多优点。据研究人员介绍，它具有高电流稳定性、低提取电压、窄电子束能量分布宽度和高亮度。

为了开发这种光源，研究人员已经合成和生长了单晶纳米线。他们还设计了一种能够有效发射电子的电子源。

“在安装像差校正的透射电子显微镜后，我们在10−8 Pa的真空中表征了电子源的性能，并在60 kV束流能量的宽束和探针形成模式下实现了原子分辨率。天然的、非单色化的0.20 eV电子能量损失能谱分辨率、20%的探针形成效率和0.4%的探针电流峰峰噪声比，加上适中的真空要求，使LaB6纳米线电子源成为低成本电子束仪器标准w源的有吸引力的替代方案，”NIMS的研究员、论文的主要作者Han Zhang说关于自然纳米技术的话题．