Caracterización de nanopartículas con estructura carozo-cáscara mediante Tomografía de Electrones

M.S. MORENO; J.C. HERNANDEZ-GARRIDO; P.A. MIDGLEY

Congreso; 2do Congreso Argentino de Microscopía; 2012

Uno de los principales desafíos en el diseño y obtención de nanopartículas (NP) con estructura carozo-cáscara es la caracterización del material a escalas de longitud pequeñas. La caracterización morfológica y el control de la morfología son relevantes ya que las propiedades físicas y químicas dependen fuertemente de su tamaño y forma. Si bien en un microscopio electrónico de transmisión se dispone de un conjunto de técnicas muy poderosas para la caracterización estructural, química y electrónica de materiales a escala nanométrica, todas ellas tienen su límite en que brindan información bidimensional de la morfología, en la forma de imágenes o mapas de espesores. Una solución es usar tomografía de electrones [1] para el estudio a escala nanométrica de estas NP en tres dimensiones. En esta comunicación mostramos el uso de esta técnica en la caracterización de la nanometrología tridimensional de NP de Au-Ag con estructura carozo-cáscara, con el énfasis puesto en la medida precisa del espesor de la cáscara, parámetro que determina las propiedades fisicoquímicas del sistema bimetálico.     En un microscopio Tecnai F20 adquirimos series de imágenes en el modo HAADF-STEM en el intervalo -76º a +66º, a intervalos de 2º. Para la alineación y reconstrucción del volumen se usó el programa Inspect3D y el algoritmo de reconstrucción iterativa simultánea (SIRT). La visualización y segmentación se efectuó usando AMIRA 3.1.    En la figura 1 se muestran imágenes de HAADF-STEM de un grupo de NP obtenidas a diferentes ángulos. El contraste refleja en forma intuitiva que las NP poseen una estructura carozo-cáscara porque la intensidad es menor en la región más externa (por el menor número atómico) y porque es mayor en una región espacialmente más compacta localizada en el centro de las NP. Se aprecian cambios evidentes en la proyección, indicando una distribución al azar de las NP en el aglomerado y una forma anisotrópica de las NP.    La figura 2 muestra la reconstrucción tomográfica de este grupo de NP. Como ejemplo se muestran diferentes secciones de una NP, permitiendo apreciar la distribución espacial de la cáscara y determinar con precisión la metrología del sistema.    En la figura 3 se muestran únicamente los carozos de Au. Se observan características facetadas muy marcadas, particularmente en la partícula localizada en el centro del grupo. En la figura se resume el análisis morfológico y cristalográfico efectuado en esta partícula, con los índices asignados a las caras cristalinas de esta nanopartícula.    Nuestros resultados muestran los beneficios del uso de tomografía de electrones en el análisis tridimensional de materiales nanoestructurados complejos basados en sistemas carozo-cáscara.