[发明专利]一种纳米传感器的原位测量装置

说明书

技术领域

本发明是关于纳米尺度的生物和化学传感器的测量技术，具体涉及一种纳米传感器的 原位测量装置。

背景技术

近年来纳米尺度的生物和化学传感器研究发展很快。这些纳米传感器的原理是，利用 纳米尺度的生物和化学材料或纳米器件与特定的气体或液体溶质接触，利用电学性能会显 著改变的特点，来检测被测气体或液体溶质的存在。为深入理解各类传感器在不同吸附条 件下的传感性能，需要在一个很大的气压变化范围内对纳米传感器进行原位测量，且在原 位电学测量时改变传感核心区域的液态环境。环境扫描电子显微镜是一种可以提供纳米结 构表面观察，成分分析，在10^-6-100torr范围内改变样品表面气氛，并同时实现电学和光 学性质测量的精密设备(Dantilatos，1986，US Patent No.4596928；Dantilatos，2004，US Patent No.6809322；Donald，2003，Nature Materials，vol.2，pp.511-516)。但环境扫描电子显微镜用 于生物和化学传感器研究有如下几项难以克服的弱点：(1)其工作气压只能从高真空连续 变化到0.1个大气压左右；(2)其真空腔的体积很大，一般为几十立方分米，难以确保微量 气体正好通到样品表面；(3)一般液体，如水，常温下的饱和蒸汽压较高，液体被注入较 大的真空腔后会迅速蒸发，残留液体也可能因蒸发吸热而迅速凝结，无法对微量的液体进 行较长时间的传感性能测量；(4)价格非常昂贵。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种纳米传感器的原位测量装置，利用该设 备，可实现在不同的气体、液体环境下，对纳米传感器准确地进行原位测量。

本发明的技术方案是：

一种纳米传感器的原位测量装置，其特征在于，包括一盛装纳米传感器的盒子，该盒 子由一盒底和一透明材料的盒盖组成，纳米传感器固定在电学测量基片上，所述电学测量 基片放置在盒底内，用盒盖密封住盒底，在所述盒盖或盒底上设有两个微孔，一个微孔与 真空抽吸针阀的传导管密封连接，另一个微孔与气/液源的注入阀门的传导管密封连接。

所述电学测量基片包括一电极板，电极板的表面用于承载纳米传感器样品，纳米传感 器样品与电极板的预留电极连接，电极板的电极通过穿过盒盖或盒底的电引线与测量仪器 连接，电引线穿过盒盖或盒底的接口处密封。

所述电极板连接一温度传感器，用于测量纳米传感器样品区域的环境温度。

所述电极板连接一电控加热器，用于加热纳米传感器样品区域的环境温度。

所述盒子的内部空间体积的范围为5-10ml。

所述微孔的直径不大于0.5mm。

还包括一套夹具，用于将盒盖和盒底上下固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是一种低成本，能够同时实现对纳米传感器在不同的气体、液体环境下进行原 位测量的装置。该装置能够实现精确地向纳米传感器表面注射微量气体或液体，在进行原 位测量时，还可以为纳米传感器提供从大气到高真空的气氛环境。

该装置具备的具体功能包括：(1)能够为纳米传感器提供从大气压到高真空的气氛环 境；(2)允许逐渐替换样品附近的气体成分；(3)能够实现精确地向纳米传感器表面注射微 量气体或液体，并在光学显微镜的辅助下进行观察；(4)由内置的电路与外部电路的真空 连接而实现纳米器件电学性能的原位测量；(5)能对样品进行加温并同时测量样品附近的 温度；(6)能实现快速更换样品。

在原位测量方面，本发明相对于环境扫描显微镜成本更为低廉，结构更为简单。

在液态环境测量方面，由于本发明的装置其内部体积只有几个立方厘米，可以很容易 地调节气压使装置内液体蒸汽压接近饱和，因此避免了液体的迅速蒸发，也不容易出现液 体快速蒸发致冷产生的冻结现象，这就确保了待测液体可以在器件表面稳定地存在一长段 时间。

附图说明

图1是本发明纳米传感器的原位测量装置的结构示意图；

图2是本发明纳米传感器的原位测量装置的应用框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：