Nanoscale characterization of nautilus shell structure
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Nanoscale characterization of nautilus shell structure. 教授 : 李旺龍 學生 : 黃國瑞 學號 :P46961051. Introduction. ˙ 目前大多數學者只專注於腹足綱軟體動物和貝殼類的研究上,它們主要的成分為霰石( aragonite ),和一些有機化合物,例如 : 多離子性蛋白質和糖蛋白. ˙ 為了要了解這些化合物的自然晶體演變過程,有些學者開始著手於萃取、精鍊及使用鮑魚殼的蛋白質去製造出 CaCO 3 晶體在試管中.

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Presentation Transcript


Nanoscale characterization of nautilus shell structure

Nanoscale characterization of nautilus shell structure

教授:李旺龍

學生:黃國瑞

學號:P46961051


Nanoscale characterization of nautilus shell structure

Introduction

˙目前大多數學者只專注於腹足綱軟體動物和貝殼類的研究上,它們主要的成分為霰石(aragonite),和一些有機化合物,例如: 多離子性蛋白質和糖蛋白

˙為了要了解這些化合物的自然晶體演變過程,有些學者開始著手於萃取、精鍊及使用鮑魚殼的蛋白質去製造出CaCO3晶體在試管中

˙我們利用最新的掃描式電子顯微鏡(TEM)技術作關於鸚鵡螺的殼構造,也利用novel TEM範例準備方法去和腹足綱軟體動物及貝殼的殼構造做比較


Nanoscale characterization of nautilus shell structure

Experimental

穿透式電子顯微鏡(TEM):

穿透式電子顯微鏡是利用電子束打在試片上,其中一部分電子會穿過試片,成為透射電子的信號加以分析試片。由於電子束的電子在空氣中運動會受到空氣分子撞擊而減低速度,所以整個系統對真空度要求極高。


Nanoscale characterization of nautilus shell structure

掃瞄式電子顯微鏡(SEM):

電子束打在試片時,在SEM可得到各種訊號,其中主要使用向後散射的電子,這些向後散射的電子其中有一種是回彈電子。這些回彈電子(能量約0~50eV)數目有可能比入射電子還多,稱為二次電子。因為二次電子的能量很低,在試片內部的二次電子在極短距離內即被吸收而無法射出試片表面。只有在極表面的原子所產生的二次電子才有機會彈出試片,因此SEM即是使用二次電子來顯象。


Nanoscale characterization of nautilus shell structure

What is FIB ?

FIB 是英文 Focused Ion Beam的縮寫,依字面翻譯為聚焦離子束.簡單的說就是將Ga(鎵)元素離子化成Ga+,然後利用電場加速再利用靜電透鏡(electrostatic)聚焦,將高能量(高速)的Ga+打到指定的點,基本原理與SEM類似,僅是所使用的粒子不同( e- vs. Ga +),透鏡型式(磁透鏡 vs. 靜電透鏡)位置不同

What is HRTEM ?

HRTEM是英文HIGH RESOLUTION TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPE的縮寫,中文解釋為高分辨穿透式電子顯微鏡,是用來觀察材料之高分辨結構以供檢測晶體的原子結構及缺陷 ,可做微區繞射分析(範圍<1 nm)化學元素成份分析及定量分析 (C5~ C92)


Nanoscale characterization of nautilus shell structure

為了鑑定這些無機成分

˙粉末使用filter 為420-mesh 過濾,然後用PW 1720 Diffractometer分析

˙貝殼大小約為2X2cm盡可能切成平面,且內部和外部的表面組織分析使用advance Diffraction System X1

˙都使用X-ray分析,2q範圍從10-90°且在室溫下進行

˙利用FIB將Ga+離子束size是20nm 1000次且FIB可以透過螢幕觀看milling的過程使用高解析度的SEM顯微鏡

˙TEM的觀察使用一個2010F的顯微鏡,加速電壓為200 kV,這種顯微鏡點分辨率為1.9nm


Nanoscale characterization of nautilus shell structure

Results and discussion

˙根據X-ray diffraction從微小的粉末(腹足綱軟體動物和貝殼類)可以知道鸚鵡螺也是由CaCO3組成

˙利用x-ray diffraction 分析他殼的成分,證明為有組織的晶體結構


Nanoscale characterization of nautilus shell structure

a圖可以知道貝殼是由無機層和有機層交替組成

b圖是經過化學反應利用磷酸的侵蝕將大部分的無機層移除掉了

由以上可以得知貝殼薄膜為有機的成分


Nanoscale characterization of nautilus shell structure

C圖經由TEM畫面可以看出無機(暗的)和有機層(亮的)交替且再透過FIB可以看出橋型結構,且無任何礦物質在裡面

Bridge-like

d圖是用更高倍率顯示其中一個橋型結構


Nanoscale characterization of nautilus shell structure

使用HRTEM發現呈現出許多黑色的點在matrix film上,有些為3nm和5nm


Nanoscale characterization of nautilus shell structure

conclusions

  • 發現鸚鵡螺結構是相似於腹足綱軟體動物和貝殼類

  • 我們也證實在第一次aragonite的奈米晶體發生在有機層(其建立在兩個無機平面)


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