專(zhuān)利名稱(chēng)：一種納米線/微米線原位彎曲下力電性能測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種掃描探針顯微鏡中納米線/微米線原位彎曲下力電性能測(cè)試方
法，屬于納米/微米材料性能原位檢測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)納米/微米結(jié)構(gòu)的操縱和原位性能測(cè)量，是一直以來(lái)納米/微米材料 以及基于這些材料的新型器件研究的瓶頸性關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。 一維納米/微米材料作為 微納機(jī)電系統(tǒng)中的基本功能單元，充分理解單根一維納米/微米材料的電學(xué)性能、力學(xué)性 能和力電耦合性能是設(shè)計(jì)新型納米/微米功能器件的前提。目前對(duì)于單個(gè)一維納米/微米 材料在彎曲下的力電性能的測(cè)試手段大致可以分為以下兩種。 第一，在掃描電子顯微鏡中發(fā)展單根一維納米/微米材料力電性能測(cè)試的方法。 2006年，《Nano Letters》，vol. 6,2768-2772上的"基于單個(gè)氧化鋅納米線的壓電場(chǎng)效應(yīng) 晶體管禾口纟內(nèi)米力學(xué)傳感器，，(Piezoelectric field effect transistor andnanoforce sensor based on a single Zn0 nanowire) —文中報(bào)道了在掃描電子顯微鏡中禾U用 導(dǎo)電的金屬探針去彎曲納米線同時(shí)測(cè)量其力電性能。同樣是在掃描電鏡中，2007年， 《Advanced Materials》，vol. 19， 781-784上的"基于單根氧化鋅納米線的壓電門(mén)二極 管，，(Piezoelectric gated diode of a single Zn0 nanowire)文章中報(bào)道了再掃描電鏡 中安裝一套納米操控系統(tǒng)，利用納米操控系統(tǒng)中的兩個(gè)導(dǎo)電探針實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)納米材料的彎 曲和力電性能測(cè)試。盡管在掃描電鏡中利用金屬探針能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單根一維納米/微米材料 的彎曲和力電性能測(cè)試，但是由于納米線/微米線沒(méi)有被固定在金屬探針上，測(cè)試過(guò)程中 納米線/微米線很容易在金屬探針上滑動(dòng)，導(dǎo)致很難判斷測(cè)試的電信號(hào)來(lái)源于材料本身變 化還是接觸問(wèn)題。同時(shí)，由于掃描電鏡必須工作在高真空條件下，因此每次實(shí)驗(yàn)必須對(duì)系統(tǒng) 進(jìn)行抽真空以及對(duì)納米操控的調(diào)試，大大增加了對(duì)單根納米線/微米線的測(cè)試時(shí)間。
第二，利用改裝的透射電子顯微鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)單根納米線/微米線的彎曲和力電性 能測(cè)試。2007年，《Nano Letters》，vol. 7， 632-637上的"形變導(dǎo)致的單個(gè)氮化硼納米管 的電輸運(yùn)，，(Deformation-driven electrical transport of individimlboron nitride nanotubes) —文中報(bào)道了在透射電子顯微鏡中利用導(dǎo)電的金屬探針去彎曲納米管同時(shí)測(cè) 量其力電性能。同樣是在透射電子顯微鏡中，2008年，《AppliedPhysics Letters》，vol. 92， 213105上的"在透射電鏡下原位彎曲單根氧化鋅納米線的電響應(yīng)"(In situ probing electrical response on bending of Zn0 nanowiresinside transmission electron microscope) —文中同樣也報(bào)道了在透射電子顯微鏡中利用導(dǎo)電的金屬探針去彎曲單個(gè)氧 化鋅納米線同時(shí)測(cè)量其力電性能。盡管在改裝的透射電子顯微鏡中利用金屬探針能夠?qū)崿F(xiàn) 對(duì)單根一維納米/微米材料的彎曲和力電性能測(cè)試，但是納米線的兩端不能全部固定，測(cè) 試時(shí)間很長(zhǎng)，效率很低等問(wèn)題依然存在于這種測(cè)試方法中。 在掃描探針系統(tǒng)中利用探針原位的彎曲單根納米線/微米線同時(shí)測(cè)量其力電性 能是最直接的測(cè)量方法。由于掃描探針工作在大氣環(huán)境下，因此不需要對(duì)其進(jìn)行抽真空，同時(shí)納米線的兩端可以完全被固定，測(cè)試過(guò)程中不存在納米線/微米線的滑動(dòng)問(wèn)題，對(duì)于單 根納米線/微米線力電性能測(cè)試的信號(hào)是完全真實(shí)可靠的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供一種掃描探針顯微鏡中對(duì)納米線/微米線原位彎曲下力電性能測(cè) 試方法，其目的是利用該方法實(shí)現(xiàn)對(duì)單根一維納米線/微米線原位力學(xué)性能、電學(xué)性能以 及電力耦合性能測(cè)量。 —種納米線/微米線原位彎曲下力電性能測(cè)試方法，其特征在于，單個(gè)的納米線/ 微米線被固定在掃描探針針尖和導(dǎo)電基底上，通過(guò)控制基底的上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)納米線 /微米線的彎曲和拉伸。在納米線/微米線彎曲的同時(shí)，通過(guò)在掃描探針和導(dǎo)電基底上施加 電壓測(cè)試電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米線/微米線在彎曲下的電學(xué)性能測(cè)量。 本發(fā)明提供一種掃描探針顯微鏡中納米線/微米線原位彎曲下力電性能測(cè)試方 法，可實(shí)現(xiàn)單根一維納米/微米材料在掃描探針顯微鏡中原位的彎曲變形，可以表征材料 的彈性性能、塑性性能以及斷裂過(guò)程。同時(shí)它還可以測(cè)試單根一維納米/微米材料力電耦 合性能的測(cè)試，其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行 1.將單根一維納米/微米材料用導(dǎo)電銀膠固定在掃描探針顯微鏡的針尖上。
2.控制掃描探針顯微鏡的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，讓導(dǎo)電的基底接觸單根一維納米/微米材料 的另外一端，并利用導(dǎo)電銀膠固定，此時(shí)一維納米/微米材料的兩端都被很好的固定。
3.通過(guò)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)進(jìn)一步移動(dòng)基底，被固定的單根一維納米/微米材料并會(huì)發(fā)生彎 曲變形，其變形程度取決于基底與掃描探針顯微鏡針尖的距離。 4.在一維納米/微米材料發(fā)生彎曲形變的同時(shí)，通過(guò)在針尖和基底上加載電壓測(cè) 量電流的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)單根一維納米/微米材料力電性能的測(cè)試。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果本發(fā)明對(duì)在掃描探針顯微 鏡中單根一維納米/微米材料在原位彎曲下力電性能的測(cè)試不需要對(duì)掃描探針顯微鏡進(jìn) 行改裝，依靠現(xiàn)有的掃描探針顯微鏡即可完成對(duì)這種性能的測(cè)試。同時(shí)，測(cè)試的方法簡(jiǎn)單， 測(cè)試樣品所需要的時(shí)間很短(20分鐘左右)，可以在短時(shí)間完成對(duì)大量納米/微米材料的檢 測(cè)。而且，測(cè)試過(guò)程中單根一維納米/微米材料兩端均被很好的固定，不存在電流信號(hào)不穩(wěn) 定問(wèn)題，一維納米/微米材料在電極上滑動(dòng)等問(wèn)題。這種方法的實(shí)現(xiàn)為一維納米/微米材 料在微機(jī)電系統(tǒng)、半導(dǎo)體器件以及傳感器等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供高效可靠的數(shù)據(jù)結(jié)果。


圖1為單根氧化鋅微米線一端被固定在掃描探針顯微鏡針尖上的光學(xué)照片。
圖2為單根氧化鋅微米線兩端被導(dǎo)電銀膠固定在針尖和基底上的光學(xué)顯微鏡照 片。 圖3為單根氧化鋅微米線被彎曲的光學(xué)顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，利用導(dǎo)電銀膠把單根一維納米/微米材料固定在掃描探針顯微鏡的 針尖上。然后控制掃描探針顯微鏡的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，讓單根一維納米/微米材料的另外一端接觸導(dǎo)電基底，并用導(dǎo)電銀膠固定，如圖2所示。通過(guò)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)進(jìn)一步移動(dòng)導(dǎo)電基底，此時(shí)單 根一維納米/微米材料將會(huì)被彎曲，如圖3所示，其彎曲程度取決于導(dǎo)電基底移動(dòng)的距離。 同樣，通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)馬達(dá)向相反的方向運(yùn)動(dòng)，彎曲的單根一維納米/微米材料又會(huì)變?cè)僦薄?在單根一維納米/微米材料被彎曲變形的同時(shí)，通過(guò)掃描探針顯微鏡中的導(dǎo)電模塊施加不 同的電壓到針尖和基底上，同時(shí)采集電流值，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)彎曲的單根一維納米/微米材料 的力電性能測(cè)試。
權(quán)利要求
一種納米線/微米線原位彎曲下力電性能測(cè)試方法，其特征在于單個(gè)的納米線/微米線被固定在掃描探針針尖和導(dǎo)電基底上，通過(guò)控制基底的上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)納米線/微米線的彎曲變形；在納米線/微米線彎曲的同時(shí)，通過(guò)在掃描探針和導(dǎo)電基底上施加電壓測(cè)試電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米線/微米線在彎曲下的電學(xué)性能測(cè)量。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種納米線/微米線原位彎曲下力電性能測(cè)試方法，其特征 在于對(duì)納米線/微米線電學(xué)性能的測(cè)量是利用掃描探針顯微鏡中的電學(xué)測(cè)量模塊。
3. 按照權(quán)利要求1所述的一種納米線/微米線原位彎曲下力電性能測(cè)試方法，其特征 在于對(duì)單個(gè)納米線/微米線在掃描探針針尖和導(dǎo)電基底上的固定是利用導(dǎo)電的銀膠或金 膠。
全文摘要
一種納米線/微米線原位彎曲下力電性能測(cè)試方法，屬于納米/微米材料性能原位檢測(cè)領(lǐng)域。其特征在于單個(gè)的納米線/微米線被固定在掃描探針針尖和導(dǎo)電基底上，通過(guò)控制基底的上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)納米線/微米線的彎曲變形；在納米線/微米線彎曲的同時(shí)，通過(guò)在掃描探針和導(dǎo)電基底上施加電壓測(cè)試電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米線/微米線在彎曲下的電學(xué)性能測(cè)量。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，便于操作，應(yīng)用范圍廣泛，測(cè)量時(shí)間短，便于解釋和發(fā)現(xiàn)納米/微米材料優(yōu)異的力電性能。
文檔編號(hào)G01N3/00GK101713788SQ20091023767
公開(kāi)日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者張躍, 楊亞, 郭雯, 齊俊杰 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)