Low dimensional nanomaterials play a vital role in shaping a sustainable future by efficiently harnessing natural resources and converting energy. The achievement of precise fabrication and tailoring for optimal functionality across various applications is crucial. However, a comprehensive understanding of the intricate relationships between the structures, unique properties, and functions of these materials remains incomplete, requiring further exploration to establish fundamental parameters conclusively. Recent advancements in transmission electron microscopy (TEM) position it as a pivotal tool for characterizing low-dimensional nanomaterials at the atomic scale, providing direct insights into microstructures from the nanometer to atomic scale. Despite these advancements, technical constraints confine conventional TEM to operate in a vacuum and at ambient temperature, limiting observations to initial and final material states and leaving intermediate stages unexplored, potentially leading to misinterpretations. To address this gap, adopting advanced in situ methodologies is imperative. In situ TEM observations offer an unfiltered view of structural and chemical transformations during synthesis or operational phases when nanomaterials are exposed to external stimuli. In this dissertation, in situ TEM experiments were employed for real time observations of nanomaterial processes, encompassing dynamic events such as phase transformation, sublimation, and atomic damage. Through the utilization of heating holders and electron beam irradiation, in situ TEM facilitates the observation of low dimensional nanomaterials at the atomic level, offering valuable insights into their intricate behavior.
저차원 나노재료는 천연 자원을 효율적으로 활용하고 에너지를 변환하여 지속 가능한 미래를 모색하는 데 중요한 역할을 한다. 나노재료의 정밀한 제작과 맞춤 제작은 다양한 응용 분야에서 최적의 기능을 구현하기 위해서 필수적이다. 그러나 이러한 재료의 구조와 고유한 특성, 그리고 기능들 간의 복잡한 관계에 대한 포괄적인 이해는 아직 완벽하지 않으며, 기초 매개 변수를 명확하게 규명하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다. 투과 전자현미경의 최근 발전은 나노미터에서 원자 단위까지 미세 구조에 대한 직접적인 이해를 제공하여 원자 단위에서 저차원 나노재료를 특성화하는 데 중요한 도구로 자리매김하고 있다. 이러한 발전에도 불구하고 일반적인 투과 전자현미경은 진공과 상온에서 작동해야 하는 기술적 제약으로 인해 관찰이 초기 및 최종 재료 상태로 제한되고 중간 단계는 관찰되지 않아 해석에 오류가 발생될 수 있다. 이러한 격차를 해결하기 위해 나노재료가 외부 자극에 노출될 때 합성 또는 제조 단계에서의 구조 및 화학적 변화를 직접적으로 관찰할 수 있는 실시간 방법론의 채택은 필수적이다. 본 학위 논문에서는 상 변화, 승화, 및 원자 손상과 같은 동적 현상을 포함하는 나노재료 공정에 대한 직접적인 관찰을 위해 실시간 투과 전자현미경 분석을 적용하였다. 가열 홀더와 전자 빔 조사가 적용된 실시간 투과 전자현미경 분석으로 원자 수준에서의 저차원 나노재료의 복잡한 거동을 직접적으로 관찰하여 기초적인 나노재료의 중요한 매개 변수를 명확하게 규명하고자 하였다.
