[发明专利]一种锥形纳米碳材料功能化针尖及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料功能化领域，具体涉及一种以纳米碳材料修饰的针尖及其制备的方法。

背景技术

随着纳米材料和纳米技术的蓬勃发展，研究人员制备了许多新型的纳米材料功能化针尖，主要包括碳纳米管针尖、纳米线等一维/准一维纳米材料修饰的针尖。纳米材料功能化针尖在扫描探针显微镜、电子发射源、生物探针等领域有广泛的应用。

目前制备纳米材料功能化针尖的主要方法包括原位生长法、电泳法、原子力显微镜针尖提取法以及基于微操作系统的制备方法^[1,2]。微操作系统让研究人员能在光学或电子显微镜下利用微操作臂控制金属针尖的精密移动，将特定的纳米材料粘附在金属针尖的前端。微操作系统具有相对高的可控性，因此成为目前制备纳米材料功能化针尖过程中广泛使用的工具。研究人员利用微操作臂控制金属针尖或原子力显微镜针尖提取选定的纳米材料。然而迄今为止所有基于微操作系统的方法均是利用物理吸附力将纳米材料粘附在针尖的前端，并通过在纳米材料与针尖的接触界面处沉积碳或者钨等来增加连接处的接触面积加以固定纳米材料^[3-5]。利用这种方法制备的纳米材料功能化针尖具有很高的界面电阻和较低的机械强度，很大程度上限制了纳米材料功能化针尖的实际应用。另外，目前为止所有的针尖制备方法都无法直接保证一维/准一维纳米材料的取向与金属针尖的轴向保持一致，成为纳米材料功能化针尖实现广泛应用的一大技术难点^[2,6]。

另一方面，在纳米材料功能化针尖领域，一维/准一维碳纳米材料，包括碳纳米管和锥形纳米碳材料^[7]，因其特殊的结构和优异的电学、力学性质而备受关注。其中锥形纳米碳材料功能化针尖具有比碳纳米管针尖更高的结构稳定性，可能在扫描探针显微镜、电子发射源等领域拥有特殊的应用。然而目前合成的锥形纳米碳材料中大多数结构缺陷多，并且其锥体尾部与基底材料紧密相连，不适合用来制备纳米功能化针尖^[8-11]。在相关报道中，研究人员利用聚焦离子束将一种锥形纳米碳材料尾部切割与基底分离，再用微操作系统控制金属针尖与锥形纳米碳材料接触后得到锥形纳米碳材料功能化针尖。然而，在目前报道中，锥形纳米碳材料均是通过在电子束或离子束辅助下沉积碳或钨等材料来固定在金属针尖前端，锥形纳米碳材料和金属针尖之间仅仅通过物理作用力相互连接^[12]。迄今为止，通过金属碳化物(共价键)界面连接的锥形纳米碳功能化针尖，尚未报道过。

参考文献

1.Wilson,N.R.&Macpherson,J.V.Carbon nanotube tips for atomic force microscopy.Nature Nanotechn.4,483-491,(2009).

2.de Jonge,N.Carbon Nanotube Electron Sources for Electron Microscopes.Adv.Imag.Elect.Phys.156,203-233,(2009).

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4.Slattery,A.D.,Blanch,A.J.,Quinton,J.S.,Gibson,C.T.Efficient attachment of carbon nanotubes to conventional and high-frequency AFM probes enhanced by electron beam processes,Nanotechnol.24,235705,(2013).

5.Zhang,H.et al.An ultrabright and monochromatic electron point source made of a LaB6nanowire.Nature Nanotech.doi:10.1038/nnano.2015.276(2015).