多孔碳气凝胶和海绵状材料与金属纳米颗粒(NPs)的功能化在能源储存和收集以及环境修复等领域有着巨大的应用前景。对这些多孔纳米结构的内部结构进行成像的方法是有限的，通常需要大量的、通常是破坏性的样品制备。在这里，我们使用x射线计算机断层扫描(CT)对金属NP分布进行三维成像，就像医学CT扫描一样。金属纳米粒子与碳纳米结构形成对比，从而可以构建3D图像。具体来说，我们研究了使用x射线微ct成像来检查NPs(铁和银)的摄取，随后使用NP分布来成像海绵材料中的孔隙结构。这种技术在检查废水处理和环境修复领域的多孔材料方面具有直接的应用，但也可用于对生物组织的体外替代品进行分类。

研究了两种结合金属纳米粒子的方法，从而深入了解纳米粒子的分布机制。在每种情况下，海绵浸泡在金属树脂中，反复(x3)加热(80°C)和超声(30分钟)。然后小心地取出海绵，冷冻干燥以去除多余的溶液并保持海绵的完整性，然后使用x射线源，平板探测器和闪烁体通过x射线CT成像。

在还原氧化石墨烯海绵存在的情况下，将硝酸银和维生素C混合在水中，产生了银NPs的分布(图1)。这种策略导致银NPs积聚在海绵结构的外表面，在外壁上产生低浓度的阻塞聚集体。很可能，这种在海绵表面积聚的银随后影响了进一步的NPs进入海绵。这突出了银NPs聚集在一起，形成越来越大的颗粒的倾向。与银NPs的情况不同，铁树脂的使用导致铁NPs在海绵的内外表面结构中分布更均匀(图1)。

图1显示了海绵的内部结构现在可以三维成像，并显示了不同纳米颗粒通过碳海绵结构的相对分布。使用更高分辨率的x射线微型ct进一步详细检查碳海绵的结构。(图2)然后使用TauFactor软件对银海绵的表面积和孔隙度进行估计，表明碳海绵上的NPs覆盖率为16%，碳海绵的孔隙度估计约为73%。考虑到海绵的生产方法，以及随后的冷冻干燥会导致它们收缩，大约70%的孔隙率似乎是一个现实的估计。

综上所述，x射线微ct是检测金属np装饰碳海绵的有效工具。据设想，该技术可用于检查NPs在功能化碳水过滤器、有机光伏中的等离子体NPs和保护碳涂层中的功能NPs等应用中的分布，或与衍生公司Silverray Ltd.开发的下一代柔性x射线探测器相结合。

克里斯托弗T. G.史密斯，克里斯托弗A.米尔斯，S.拉维P.席尔瓦
英国吉尔福德萨里大学先进技术研究所纳米电子学中心

出版

x射线微计算机断层扫描作为一种非破坏性工具，用于成像石墨烯基三维碳结构对金属纳米颗粒的吸收
Christopher T G Smith, Christopher A Mills, Silvia Pani, Rhys Rhodes, Josh J Bailey, Samuel J Cooper, Tanveerkhan S Pathan, Vlad Stolojan, Daniel J L Brett, Paul R Shearing, S Ravi P Silva
纳米级。2019年8月