[发明专利]一种基于原子力显微镜的二维纳米材料亲水角测试方法

说明书

本发明公开一种基于原子力显微镜的二维纳米材料亲水角的测试方法，利用二维纳米材料本身所具有的吸水性能，通过原子力显微镜原位扫描的方法，在规定时间内扫描若干幅AFM图片，观察样品表面水滴的形貌，利用原子力显微镜的分析软件，得出若干幅AFM图片上水滴在二维纳米材料表面的亲水角。本发明方法可以在微纳尺寸对二维材料的亲水性能进行精确表征，并能原位观察到亲水角随时间的变化趋势；同时，较传统宏观测试样品亲水角的方法效率更高，传统测试样品亲水角时，每次只能测试一个位点的亲水角，而本发明方法可以在一个样品表面同时测试多个位点的亲水角，并且可进行更直观地对比。

技术领域

本发明涉及亲水角测试技术领域，具体涉及一种基于原子力显微镜(AFM)的二维纳米材料亲水角测试方法。

背景技术

二维纳米材料包含黑磷、或石墨烯、或氮化硼、或二硫化钼、或二硫化钨、或硒化锑、或硒化铟等。

对于黑磷来说，其是磷单质(包括白磷，红磷和黑磷)中，在常温常压下最为稳定的单质，黑磷它有三种晶体结构：简单立方、正交和斜方晶系。正交晶系的黑磷呈半导体特性，也是最为常见和研究最为广泛的晶体形态，黑磷的禁带宽度依赖于其片层厚度，块状的黑磷的禁带宽度为0.3eV，随着片层厚度的减少，禁带宽度逐渐增大，单层黑磷片状的禁带宽度为2.0eV，禁带宽度可调的特性使得黑磷在光电和光热等方面具有非常广泛的应用。黑磷单片之间是很强的共价键，但是片层与片层之间是很弱的范德华力作用，所以可以用液相剥离或者机械剥离方法将块状黑磷剥离成少层或者单层的纳米黑磷片，但是单层的黑磷不同于石墨烯原子面，它沿X方向呈褶皱状，同时包括两种P-P键长。相同平面内的较短键长为0.2224nm，键角成96.30°，不同平面内P原子间键长0.2244nm，具有不同键长的键之间成102.10°键角。单层黑磷呈现上下褶皱状准二维平面，原子层之间间距0.53nm。而黑磷的六元环由于不在同一平面内以及键长不均一，投影的六元环与石墨烯中呈六次对称的六元环大不相同，长键长的水平投影距离只有故沿着X方向和Y方向的晶面间距分别为和

二维黑磷纳米片在含有水和氧气的环境中表面非常容易出现水泡，研究二维黑磷纳米片状材料表面水泡的变化对于真正了解其性能有非常大的帮助，随着时间的延长也能更好的了解二维黑磷纳米片状的亲水性能的变化。

当下基于AFM测试二维纳米材料亲水角的方法尚未见报道过，本发明基于此而研发。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于原子力显微镜(AFM)的二维纳米材料亲水角测试方法。

本发明的技术方案如下：一种基于原子力显微镜的二维纳米材料亲水角测试方法，S1：将二维纳米材料进行样本制备；S2：将样本用PDMS转移到SiO₂/Si基底的表面上；S3：将步骤S2中制备好的样品固定到AFM样品台上；S4：采用原位扫描的方法，在一定的时间内扫描若干幅AFM图片；S5：利用AFM的分析软件，得出若干幅AFM图片上水滴在样品表面的亲水角。

应用于上述技术方案，所述的测试方法中，步骤S1中，所述二维纳米材料的样本制备可以利用机械剥离法、或液相超声剥离法、或化学气相沉积法、或氧化还原法、或基片生长法、或有机合成法。

应用于上述技术方案，所述的测试方法中，所述二维纳米材料为正交晶系的黑磷。

应用于上述技术方案，所述的测试方法中，所述二维纳米材料还可为石墨烯、或氮化硼、或二硫化钼、或二硫化钨、或硒化锑、或硒化铟。

应用于上述技术方案，所述的测试方法中，所述正交晶系的黑磷是通过机械剥离法制得二维黑磷纳米片样本，即取适量黑磷置于胶带上，利用胶带的粘性反复粘合制成。

应用于上述技术方案，所述的测试方法中，步骤S2中，所述SiO₂的厚度优选为300nm。