專利名稱：利用單壁碳納米管測量原子力顯微鏡針尖半徑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量原子力顯微鏡針尖半徑的方法。
背景技術(shù)：
原子力顯微鏡(AFM)是目前表征表面納米微觀結(jié)構(gòu)最佳手段之一，從成像原理上講，針尖尖端的幾何尺寸越小，測量精度越高。目前AFM針尖的主要生產(chǎn)商N(yùn)anosensors、Veeco、NT-MD已將針尖的尖端半徑尺寸從90年代的平均30nm降到了目前的10nm左右，最新產(chǎn)品超精細(xì)針尖的針尖半徑只有2nm。但無論如何，只要AFM的針尖存在一定幾何尺寸，AFM在表征樣品的過程中就會(huì)產(chǎn)生針尖效應(yīng)問題，即所測樣品的高度值是準(zhǔn)確的，寬度值被放大。對于一般的微米尺度的樣品測量，被針尖效應(yīng)放大的尺寸與樣品的實(shí)際尺寸相比比較小，針尖效應(yīng)一般可以忽略不計(jì)。但如果被測樣品的幾何尺寸處于納米尺度時(shí)，樣品的水平尺寸會(huì)被成倍地放大，放大的倍數(shù)取決于針尖半徑大小。此時(shí)，其水平方向的測量值就失去了定量的意義，樣品的測量寬度W遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際寬度2R。而要保證針尖具有一定的強(qiáng)度，其外形尺寸不可能無限小，因此AFM針尖效應(yīng)無法完全克服。但如果能夠知道所使用針尖尖端外形的精確的納米幾何尺寸，就可以通過計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算扣除針尖效應(yīng)，還原被測樣品的真實(shí)形貌，這就需要測量者對原子力顯微鏡(AFM)的針尖半徑的尺寸有一個(gè)精確的了解。利用透射電鏡(TEM)或高分辨掃描電鏡(SEM)直接觀察，雖然可以得到針尖的外形尺寸，但是在測量過程中極易將針尖損壞。另外，由于針尖在實(shí)際測量的掃描過程中會(huì)發(fā)生磨損，所以對針尖測量需要實(shí)時(shí)地、經(jīng)常地進(jìn)行，利用透射電鏡(TEM)與高分辨掃描電鏡(SEM)對針尖的測量從成本、易用性的角度考慮很難滿足上述要求。目前國外流行的測量方法是利用已知納米結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行AFM測量，根據(jù)測量結(jié)果利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算評估針尖的納米外形尺寸。但這些方法目前采用的標(biāo)準(zhǔn)樣品如聚苯乙烯微球、金納米微球、鍍金基片、規(guī)整圖案的基片等等，它們的尺寸與針尖相比太大，目前最高只能評估30nm以上的針尖半徑，并且測量與計(jì)算較復(fù)雜，精確度差，遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需要。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高原子力顯微鏡針尖的測量精度，本發(fā)明提供一種利用單壁碳納米管測量原子力顯微鏡針尖半徑的方法，它能實(shí)時(shí)測量半徑最小為1nm的原子力顯微鏡針尖。本發(fā)明的技術(shù)方案通過下述步驟實(shí)現(xiàn)一、把直徑為1～5nm的單壁碳納米管沉淀在云母片表面上；二、用原子力顯微鏡測出單壁碳納米管的測量寬度w和單壁碳納米管的高度h，該原子力顯微鏡上用于測量單壁碳納米管的針尖就是待測針尖，單壁碳納米管的高度h就是單壁碳納米管橫截面上的直徑2Rs；三、根據(jù)測量出來的單壁碳納米管的測量寬度w及高度h計(jì)算出待測針尖的半徑RT=W216RS·]]>本發(fā)明利用單壁碳納米管作為標(biāo)準(zhǔn)樣品測量評估原子力顯微鏡的針尖半徑與利用其它結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)樣品相比較，具有數(shù)學(xué)模型簡單、直觀，物理含義明確，測量評估精確、高效、實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。特別是由于單壁碳納米管的直徑在1-5nm的范圍內(nèi)，并具有近乎完美的柱狀結(jié)構(gòu)，突破了現(xiàn)有的30nm針尖半徑的測量極限，可以測量1nm以上的針尖半徑。另外重復(fù)測量與計(jì)算結(jié)果具有好的一致性。本發(fā)明具有方法簡單、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)，具有較大的推廣價(jià)值。


圖1是本發(fā)明中利用裝有待測針尖的原子力顯微鏡對單壁碳納米管進(jìn)行掃描成像的示意圖，圖2是本發(fā)明實(shí)施方式一的幾何計(jì)算示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1和圖2具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式通過以下步驟實(shí)現(xiàn)一、把直徑為1～5nm的單壁碳納米管2沉淀在云母片3表面上；二、用原子力顯微鏡測出單壁碳納米管2的測量寬度w和單壁碳納米管2的高度h，該原子力顯微鏡上用于測量單壁碳納米管的針尖就是待測針尖1，單壁碳納米管2的高度h就是單壁碳納米管2橫截面上的直徑2Rs；測量時(shí)使待測針尖1與單壁碳納米管2相接觸，最好選用橫截面半徑小于待測針尖1半徑的單壁碳納米管2作為標(biāo)準(zhǔn)樣品。三、根據(jù)測量出來的單壁碳納米管2的測量寬度w及高度h計(jì)算出待測針尖1的半徑RT=W216RS]]>根據(jù)勾股定理因?yàn)?RT+RS)2=(RT-RS)2+(12W)2]]>
所以RT=W216RS]]>具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于步驟一通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的①稱取0.002g的單壁碳納米管溶于10ml無水乙醇中，配成濃度為2.0×10-4g/ml的稀溶液；②將制成的稀溶液在25℃下用頻率為60KHZ的超聲波處理1小時(shí)，使單壁碳納米管在溶液中相互分離；③取三滴該溶液滴加到新剝離的云母片3表面，通過控制滴加量調(diào)整碳納米管的分布密度使得在5×5μm2范圍內(nèi)至少存在一個(gè)碳納米管2。本實(shí)施方式使得待測針尖的在線測量更加方便。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于它還包括如下步驟選取多個(gè)單壁碳納米管，分別測量并計(jì)算出每個(gè)單壁碳納米管所對應(yīng)的待測針尖半徑的數(shù)值，然后求取這些數(shù)值的平均值作為待測針尖的最終半徑值。如此操作，能夠消除偶然誤差，使測得的針尖半徑值更精確。表1為利用裝有同一個(gè)待測針尖的原子力顯微鏡(AFM)測量的不同的單壁碳納米管的W和h計(jì)算得到針尖半徑單壁碳納米管1單壁碳納米管2單壁碳納米管3寬度(W)24.5nm 18.3nm 14.5nm高度(h)4.3nm2.5nm1.51nm針尖半徑(RT) 17.4nm 16.7nm 17.3nm求其平均值即為待測針尖的最終半徑值。
權(quán)利要求
1.利用單壁碳納米管測量原子力顯微鏡針尖半徑的方法，其特征在于它通過以下步驟實(shí)現(xiàn)一、把直徑為1～5nm的單壁碳納米管沉淀在云母片表面上；二、用原子力顯微鏡測出單壁碳納米管的測量寬度w和單壁碳納米管的高度h，該原子力顯微鏡上用于測量單壁碳納米管的針尖就是待測針尖，單壁碳納米管的高度h就是單壁碳納米管橫截面上的直徑2Rs；三、根據(jù)測量出來的單壁碳納米管的測量寬度w及高度h計(jì)算出待測針尖的半徑RT=W216RS.]]>
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用單壁碳納米管測量原子力顯微鏡針尖半徑的方法，其特征在于步驟一通過以下步驟實(shí)現(xiàn)首先，稱取0.002g的單壁碳納米管溶于10ml無水乙醇中，配成濃度為2.0×10-4g/ml的稀溶液；接著，將制成的稀溶液在25℃下用頻率為60KHZ的超聲波處理1小時(shí)，使單壁碳納米管在溶液中相互分離；最后，取三滴該溶液滴加到新剝離的云母片表面，通過控制滴加量調(diào)整碳納米管的分布密度使得在5×5μm2范圍內(nèi)至少存在一個(gè)碳納米管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用單壁碳納米管測量原子力顯微鏡針尖半徑的方法，其特征在于它還包括如下步驟選取多個(gè)單壁碳納米管，分別測量并計(jì)算出每個(gè)單壁碳納米管所對應(yīng)的待測針尖半徑的數(shù)值，然后求取這些數(shù)值的平均值作為待測針尖的最終半徑值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種測量原子力顯微鏡針尖半徑的方法。利用單壁碳納米管測量原子力顯微鏡針尖半徑的方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)把直徑為1～5nm的單壁碳納米管沉淀在云母片表面上；用原子力顯微鏡測出單壁碳納米管的測量寬度w和高度h，該原子力顯微鏡上用于測量單壁碳納米管的針尖就是待測針尖；根據(jù)單壁碳納米管的測量寬度w及高度h計(jì)算出待測針尖的半徑。本發(fā)明利用單壁碳納米管作為標(biāo)準(zhǔn)樣品測量評估原子力顯微鏡的針尖半徑，具有數(shù)學(xué)模型簡單、直觀，物理含義明確，測量評估精確、高效、實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)?？梢詼y量1nm以上的針尖半徑。另外重復(fù)測量與計(jì)算結(jié)果具有好的一致性。本發(fā)明具有方法簡單、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)，具有較大的推廣價(jià)值。
文檔編號G01B21/10GK1648635SQ20051000971
公開日2005年8月3日 申請日期2005年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月6日
發(fā)明者王鈾 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)