[发明专利]基于自组装和交联法的纳米结构、其电极及制备方法

说明书

本发明提供了一种基于自组装和交联法的纳米结构、其电极及制备方法。该纳米结构具有超高的导电性，电导率一般能达到10supgt;6/supgt;S/m。进而通过对该纳米结构进行离子束聚焦切割，制备宽度小于20nm且非常锐利的纳米间隙电极。本发明的包含石墨烯纳米线的纳米结构和高电导率的纳米间隙电极，在用于计算以及生物传感的分子级别的器件中具有良好的应用前景。由于该间隙对于纳米级别的分子的检测非常合适，可以通过构建分子电路与分子器件，实现不同性能的纳米级别的生物分子的检测。拥有单个病毒检测能力、可重复使用、廉价且便携、与智能手机兼容的传感器有可能推动社会摆脱当前和未来的流行病。

技术领域

本发明属于纳米材料技术的合成以及应用领域，具体涉及一种基于自组装和交联法的纳米结构、其电极及制备方法。

背景技术

随着半导体技术的飞速发展，集成电路的尺寸不断减小，已经到达小型化技术的极限，人们对于在分子尺度上形成器件的需求越来越高。基于分子的器件在电子应用中具有低成本、低功耗的特点以及独特的光学和电学特性，分子尺度的器件在生物传感器中受到了广泛的应用。要实现纳米级别的生物材料的检测，生物传感部分需要具有良好的耐用性和稳定性，能够适应多种测试环境，且须具备小型化，模块化，接口化的特点。碳纳米电极具有良好的导电性、极尖的结构且间隙足够小，能够实现纳米级别的生物分子的固定，以便能够在生物传感中得到良好的应用。

由于纳米间隙其电极之间间隔的尺度极小，具有极高的研究价值。但断裂结技术、光刻技术、电化学沉积等技术的制备方式不仅步骤繁琐，也难于进行精确的控制。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种基于自组装，交联，利用金属使其固定化，随后高温退火的制备方法来获得导电性高达10⁶S/m的高导电性的包含纳米线的纳米结构。以及利用该纳米结构制备高性能的极尖的纳米间隙电极。基于极尖的纳米间隙电极的器件具有实现用于计算和生物传感的潜在能力。由于该间隙对于纳米级别的分子的检测非常合适，可以通过构建分子电路与分子器件，实现不同性能的纳米级别的生物分子的检测。通过电泳或类似的单个病毒的固定机制，在坚固、自清洁和可重复使用的碳纳米电极之间实现其在生物传感器方向的应用。拥有单个病毒检测能力、可重复使用、廉价且便携、与智能手机兼容的传感器有可能推动社会摆脱当前和未来的流行病。

在阐述本发明内容之前，定义本文中所使用的术语如下：

术语“PDMS”是指：聚二甲基硅氧烷。

术语“DBA-COOH”是指：溴化蒽羧酸。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种基于自组装和交联法的纳米结构，所述基于自组装和交联法的纳米结构包括：衬底、转移至衬底上的二维材料、导电的长链交联的纳米结构和金属电极；其中，

所述导电的长链交联的纳米结构包括纳米线；

优选地，所述纳米线为石墨烯纳米线；

优选地，所述纳米线的宽度为30～600nm，进一步优选为40～300nm；

优选地，所述纳米线的长度为3～20μm，进一步优选为7～10μm；和/ 或

优选地，同一根纳米线的不同部位具有不同的宽度。

根据本发明第一方面的基于自组装和交联法的纳米结构，其中，所述衬底选自以下一种或多种：云母、金刚石、硅片、二氧化硅，最优选为云母；

所述二维材料选自以下一种或多种：石墨烯、氮化硼、金属硫化物、金属硒化物，最优选为氮化硼；和/或

所述金属电极选自以下一种或多种：金、银、铜、钛，最优选为金。

本发明的第二方面提供了一种纳米间隙电极，所述纳米间隙电极通过第一方面所述的基于自组装和交联法的纳米结构制备而成；