一種納米線/微米線原位彎曲下力電性能測試方法
2023-11-05 16:53:17 5
專利名稱：一種納米線/微米線原位彎曲下力電性能測試方法
技術領域：
本發明涉及一種掃描探針顯微鏡中納米線/微米線原位彎曲下力電性能測試方
法，屬於納米/微米材料性能原位檢測領域。
背景技術：
實現對單個納米/微米結構的操縱和原位性能測量，是一直以來納米/微米材料 以及基於這些材料的新型器件研究的瓶頸性關鍵科學技術問題。 一維納米/微米材料作為 微納機電系統中的基本功能單元，充分理解單根一維納米/微米材料的電學性能、力學性 能和力電耦合性能是設計新型納米/微米功能器件的前提。目前對於單個一維納米/微米 材料在彎曲下的力電性能的測試手段大致可以分為以下兩種。 第一，在掃描電子顯微鏡中發展單根一維納米/微米材料力電性能測試的方法。 2006年，《Nano Letters》，vol. 6,2768-2772上的"基於單個氧化鋅納米線的壓電場效應 電晶體禾口糹內米力學傳感器，，(Piezoelectric field effect transistor andnanoforce sensor based on a single Zn0 nanowire) —文中報導了在掃描電子顯微鏡中禾U用 導電的金屬探針去彎曲納米線同時測量其力電性能。同樣是在掃描電鏡中，2007年， 《Advanced Materials》，vol. 19， 781-784上的"基於單根氧化鋅納米線的壓電門二極 管，，(Piezoelectric gated diode of a single Zn0 nanowire)文章中報導了再掃描電鏡 中安裝一套納米操控系統，利用納米操控系統中的兩個導電探針實現對單個納米材料的彎 曲和力電性能測試。儘管在掃描電鏡中利用金屬探針能夠實現對單根一維納米/微米材料 的彎曲和力電性能測試，但是由於納米線/微米線沒有被固定在金屬探針上，測試過程中 納米線/微米線很容易在金屬探針上滑動，導致很難判斷測試的電信號來源於材料本身變 化還是接觸問題。同時，由於掃描電鏡必須工作在高真空條件下，因此每次實驗必須對系統 進行抽真空以及對納米操控的調試，大大增加了對單根納米線/微米線的測試時間。
第二，利用改裝的透射電子顯微鏡實現對單根納米線/微米線的彎曲和力電性 能測試。2007年，《Nano Letters》，vol. 7， 632-637上的"形變導致的單個氮化硼納米管 的電輸運，，(Deformation-driven electrical transport of individimlboron nitride nanotubes) —文中報導了在透射電子顯微鏡中利用導電的金屬探針去彎曲納米管同時測 量其力電性能。同樣是在透射電子顯微鏡中，2008年，《AppliedPhysics Letters》，vol. 92， 213105上的"在透射電鏡下原位彎曲單根氧化鋅納米線的電響應"(In situ probing electrical response on bending of Zn0 nanowiresinside transmission electron microscope) —文中同樣也報導了在透射電子顯微鏡中利用導電的金屬探針去彎曲單個氧 化鋅納米線同時測量其力電性能。儘管在改裝的透射電子顯微鏡中利用金屬探針能夠實現 對單根一維納米/微米材料的彎曲和力電性能測試，但是納米線的兩端不能全部固定，測 試時間很長，效率很低等問題依然存在於這種測試方法中。 在掃描探針系統中利用探針原位的彎曲單根納米線/微米線同時測量其力電性 能是最直接的測量方法。由於掃描探針工作在大氣環境下，因此不需要對其進行抽真空，同時納米線的兩端可以完全被固定，測試過程中不存在納米線/微米線的滑動問題，對於單 根納米線/微米線力電性能測試的信號是完全真實可靠的。
發明內容
本發明是提供一種掃描探針顯微鏡中對納米線/微米線原位彎曲下力電性能測 試方法，其目的是利用該方法實現對單根一維納米線/微米線原位力學性能、電學性能以 及電力耦合性能測量。 —種納米線/微米線原位彎曲下力電性能測試方法，其特徵在於，單個的納米線/ 微米線被固定在掃描探針針尖和導電基底上，通過控制基底的上下移動實現對單個納米線 /微米線的彎曲和拉伸。在納米線/微米線彎曲的同時，通過在掃描探針和導電基底上施加 電壓測試電流信號，實現對納米線/微米線在彎曲下的電學性能測量。 本發明提供一種掃描探針顯微鏡中納米線/微米線原位彎曲下力電性能測試方 法，可實現單根一維納米/微米材料在掃描探針顯微鏡中原位的彎曲變形，可以表徵材料 的彈性性能、塑性性能以及斷裂過程。同時它還可以測試單根一維納米/微米材料力電耦 合性能的測試，其特徵在於該方法按如下步驟進行 1.將單根一維納米/微米材料用導電銀膠固定在掃描探針顯微鏡的針尖上。
2.控制掃描探針顯微鏡的驅動馬達，讓導電的基底接觸單根一維納米/微米材料 的另外一端，並利用導電銀膠固定，此時一維納米/微米材料的兩端都被很好的固定。
3.通過驅動馬達進一步移動基底，被固定的單根一維納米/微米材料並會發生彎 曲變形，其變形程度取決於基底與掃描探針顯微鏡針尖的距離。 4.在一維納米/微米材料發生彎曲形變的同時，通過在針尖和基底上加載電壓測 量電流的方式實現對單根一維納米/微米材料力電性能的測試。 本發明與現有技術相比，具有以下優點和突出性效果本發明對在掃描探針顯微 鏡中單根一維納米/微米材料在原位彎曲下力電性能的測試不需要對掃描探針顯微鏡進 行改裝，依靠現有的掃描探針顯微鏡即可完成對這種性能的測試。同時，測試的方法簡單， 測試樣品所需要的時間很短(20分鐘左右)，可以在短時間完成對大量納米/微米材料的檢 測。而且，測試過程中單根一維納米/微米材料兩端均被很好的固定，不存在電流信號不穩 定問題，一維納米/微米材料在電極上滑動等問題。這種方法的實現為一維納米/微米材 料在微機電系統、半導體器件以及傳感器等領域的開發設計提供高效可靠的數據結果。
圖1為單根氧化鋅微米線一端被固定在掃描探針顯微鏡針尖上的光學照片。
圖2為單根氧化鋅微米線兩端被導電銀膠固定在針尖和基底上的光學顯微鏡照 片。 圖3為單根氧化鋅微米線被彎曲的光學顯微鏡照片。
具體實施例方式
如圖1所示，利用導電銀膠把單根一維納米/微米材料固定在掃描探針顯微鏡的 針尖上。然後控制掃描探針顯微鏡的驅動馬達，讓單根一維納米/微米材料的另外一端接觸導電基底，並用導電銀膠固定，如圖2所示。通過驅動馬達進一步移動導電基底，此時單 根一維納米/微米材料將會被彎曲，如圖3所示，其彎曲程度取決於導電基底移動的距離。 同樣，通過控制驅動馬達向相反的方向運動，彎曲的單根一維納米/微米材料又會變再直。 在單根一維納米/微米材料被彎曲變形的同時，通過掃描探針顯微鏡中的導電模塊施加不 同的電壓到針尖和基底上，同時採集電流值，即可實現對彎曲的單根一維納米/微米材料 的力電性能測試。
權利要求
一種納米線/微米線原位彎曲下力電性能測試方法，其特徵在於單個的納米線/微米線被固定在掃描探針針尖和導電基底上，通過控制基底的上下移動實現對單個納米線/微米線的彎曲變形；在納米線/微米線彎曲的同時，通過在掃描探針和導電基底上施加電壓測試電流信號，實現對納米線/微米線在彎曲下的電學性能測量。
2. 按照權利要求1所述的一種納米線/微米線原位彎曲下力電性能測試方法，其特徵 在於對納米線/微米線電學性能的測量是利用掃描探針顯微鏡中的電學測量模塊。
3. 按照權利要求1所述的一種納米線/微米線原位彎曲下力電性能測試方法，其特徵 在於對單個納米線/微米線在掃描探針針尖和導電基底上的固定是利用導電的銀膠或金 膠。
全文摘要
一種納米線/微米線原位彎曲下力電性能測試方法，屬於納米/微米材料性能原位檢測領域。其特徵在於單個的納米線/微米線被固定在掃描探針針尖和導電基底上，通過控制基底的上下移動實現對單個納米線/微米線的彎曲變形；在納米線/微米線彎曲的同時，通過在掃描探針和導電基底上施加電壓測試電流信號，實現對納米線/微米線在彎曲下的電學性能測量。本發明方法簡單，便於操作，應用範圍廣泛，測量時間短，便於解釋和發現納米/微米材料優異的力電性能。
文檔編號G01N3/00GK101713788SQ20091023767
公開日2010年5月26日 申請日期2009年11月20日 優先權日2009年11月20日
發明者張躍, 楊亞, 郭雯, 齊俊傑 申請人:北京科技大學