納米線縱向同軸異質結構及其電子束聚焦輻照制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及納米線，尤其是涉及一種納米線縱向同軸異質結構及其電子束聚焦輻照制備方法。
【背景技術】
[0002]納米線作為一種典型的準一維納米材料，在場發(fā)射顯示器、場效應晶體管、邏輯電路、新型光電子器件以及化學生物傳感器等領域都具有潛在應用前景(參見文獻:11.AppelD,Nature ,2002,419:553)。然而，單一的納米線結構往往不具備上述不同類型器件所需的各種優(yōu)越性能，這就要求在納米尺度上對納米線進行精確可控地修飾加工。在目前的納米線修飾加工工藝中，場發(fā)射透射電子顯微鏡(透射電鏡)高能電子束聚焦輻照是一種很常用的手段。它不僅可以原位實現(xiàn)納米線的精確切割、打孔、焊接，以及直徑、彎曲度等形貌的改變(參見文獻:1.Xu SY et al, Small, 2005，1:1221;2.許勝勇，電子顯微學報，2007,26:563； 3.Zhu XF et al ,Nanoscale，2014，6:1499 ; 4.朱賢方，等，中國發(fā)明專利，2009，ZL200910112085.1 ;5.朱賢方，等，中國發(fā)明專利，2009,ZL 200910112084.7;6.朱賢方，等，中國發(fā)明專利，2009，ZL 200910112083.2)，還可以在納米線表面誘導沉積其它元素的納米結構進行異質修飾(參見文獻:7.朱賢方，等，中國發(fā)明專利，2010，ZL 201010126626.9;8.王鳴生，等，電子顯微學報，2005,24:11)或者沉積其它材質的薄膜形成核殼異質結構等(也稱為橫向同軸結構，參見文獻:9.王鳴生，等，電子顯微學報，2005，24:ll;2.Wang Y G et al，J Phys Chem C，2008，112:7572)。關于納米線的異質結構，除了上述常見的橫向同軸異質結構以外，事實上還有另外一種類型:沿納米線軸向方向的“嵌段式”異質結構(一節(jié)接著一節(jié)，也稱為縱向同軸結構，參見文獻:10.吳燕，等，材料導報，2006,20:122),它們在微電子和光電子器件等領域有著誘人的應用前景。但是，對于這種縱向同軸異質結構，在現(xiàn)有文獻中還沒有發(fā)現(xiàn)有人利用透射電鏡高能電子束聚焦輻照成功制備得到過。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的旨在提供一種納米線縱向同軸異質結構。
[0004]本發(fā)明的另一目的旨在提供一種納米線縱向同軸異質結構的電子束聚焦輻照制備方法。
[0005]所述納米線縱向同軸異質結構中，單晶金納米橋的兩端緊密連接著非晶硅氧化物納米線，單晶金納米橋和非晶硅氧化物納米線兩者縱向同軸且軸向筆直，同時非晶硅氧化物納米線表面均勾、分散地修飾著金納米顆粒。
[0006]所述納米線縱向同軸異質結構的電子束聚焦輻照制備方法，包括以下步驟:
[0007]I)在生長有非晶硅氧化物納米線的硅片表面沉積一層金納米顆粒，再刮下少許納米線粉末，在有機溶劑中超聲分散，待團聚物充分分散開且形成顏色均勻的懸浮液時，將含納米線的有機溶液滴到附有碳支持膜的微柵上，干燥后將所得TEM樣品放入透射電鏡中進行觀察；
[0008]2)裝TEM樣品樣時，先將步驟I)得到的TEM樣品放入樣品座中固定好，然后將樣品桿逐步推入到樣品室中并對透射電鏡抽真空，在真空度達到要求后即可對納米線進行觀察篩選；
[0009]3)納米線篩選:先在TEM低倍觀察模式下對納米線進行粗選，根據聚焦輻照加工的需要，選擇兩端搭在支持膜微孔邊緣且軸向平直的納米線，然后在較高倍數觀察模式下對微孔中的納米線作進一步篩選；
[0010]4)聚焦輻照加工:先在放大倍數為20000 X?150000 X下用電鏡附帶的CCD拍下輻照前所選的位于微孔中納米線片段的形貌;然后聚焦于納米線中心進行輻照，并在相同放大倍數下拍照記錄納米線輻照后的形貌，對同一位置重復“輻照一一拍照”這一過程，直至得到所需的單晶金納米橋連接非晶硅氧化物納米線的縱向同軸異質結構。
[0011]在步驟I)中，所述在生長有非晶硅氧化物納米線的硅片表面沉積一層金納米顆?？刹捎肂AL-TEC公司生產的SCD 005濺射鍍膜設備，所述沉積的時間可為I?1s;所述金納米顆粒的粒徑可為2?6nm ；可通過控制沉積時間來控制納米線表面金納米顆粒的大小及分布情況;所述有機溶劑可采用乙醇、丙酮等中的一種;所述超聲分散的時間可為10?20min;所述將含納米線的有機溶液滴到附有碳支持膜的微柵上可用滴管或移液槍將含納米線的有機溶液滴I?3滴到附有碳支持膜的微柵上;所述干燥可采用晾干或烘干。
[0012]在步驟2)中，所述真空度可為2.5 X 10—5Pa;所述觀察篩選可采用加速電壓為300kV的Tecnai F30場發(fā)射透射電子顯微鏡。
[0013]在步驟3)中，所述先在TEM低倍觀察模式下對納米線進行粗選可先在TEM 6000 X左右觀察模式下對納米線進行粗選;所述在較高倍數觀察模式下對微孔中的納米線作進一步篩選可在放大倍數為20000 X?150000 X觀察模式下對微孔中的納米線作進一步篩選。
[0014]在步驟4)中，所述聚焦于納米線中心進行輻照可先在放大倍數為20000X?150000X下用電鏡附帶的CCD拍下輻照前所選的位于微孔中納米線片段的形貌，然后選擇略大于納米線直徑的電子束束斑尺寸和輻照電流密度為?102A/cm2聚焦于納米線中心進行福照；在加工過程中，為了確定金納米橋的晶體結構，選擇在超高放大倍數為400000 X?1000000X下拍照分析金納米橋的高分辨像以決定是否作進一步的聚焦輻照。
[0015]本發(fā)明利用非晶硅氧化物納米線和晶態(tài)金納米顆粒的結構不穩(wěn)定性及其差異，采用透射電鏡高能電子束進行聚焦輻照，非熱誘導非晶硅氧化物納米線材料優(yōu)先“融蒸”和徑向收縮，以及納米線表面的金納米顆粒出現(xiàn)聚集、納米熟化、長大，從而在輻照范圍內逐漸形成單晶金納米橋并取代了原先金納米顆粒修飾的非晶硅氧化物納米線，最終得到單晶金納米橋兩端連接非晶硅氧化物納米線的縱向同軸異質結構。本發(fā)明可以通過調控硅氧化物納米線的直徑、金納米顆粒的大小和分布、電子束的束斑尺寸和輻照電流密度等參數實現(xiàn)對納米線異質結構制備過程及最終形貌的有效控制。
[0016]本發(fā)明的技術方案是首先在非晶硅氧化物納米線表面沉積一層均勻、分散的金納米顆粒，然后利用透射電鏡高能電子束選擇性聚焦輻照，誘導輻照區(qū)域內非晶硅氧化物納米線材料優(yōu)先“融蒸”和徑向收縮，并引起納米線表面金納米顆粒出現(xiàn)聚集、納米熟化、長大，最終形成單晶金納米橋，從而獲得單晶金納米橋兩端連接非晶硅氧化物納米線的縱向同軸異質結構。
[0017]本發(fā)明采用場發(fā)射透射電鏡高能電子束進行聚焦輻照，具有簡單、易操作，可非熱激活誘導納米結構轉變、納米熟化，高分辨原位觀察納米制備過程，以及不會給被輻照材料引入外來雜質等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0018]圖1為實施例1所選納米線的TEM照片。
[0019]圖2為實施例1所選納米線在電子束輻照后得到的縱向同軸異質結構的TEM照片。
[0020]圖3為實施例1所選納米線在電子束輻照后得到的縱向同軸異質結構的HRTEM照片。
[0021 ]圖4為實施例2所選納米線的TEM照片。
[0022]圖5為實施例2所選納米線在電子束輻照后得到的縱向同軸異質結構的TEM照片。
[0023]圖6為實施例2所選納米線在電子束輻照后得到的縱向同軸異質結構的HRTEM照片。
【具體實施方式】
[0024]下面通過實施例結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0025]實施例1:
[0026]I)金納米顆粒修飾:利用BAL-TEC公司生產的S⑶005濺射鍍膜設備在生長有非晶硅氧化物納米線的硅片表面沉積一層均勻且分散的金納米顆粒，沉積時間3s。
[0027]2) TEM樣品制備:
[0028]先用刀片從硅片表面刮下少許納米線粉末(〈〈lmg)，然后在無水乙醇(質量分數299.7%)中超聲分散15min，再用移液槍將含納米線的乙醇溶液滴2滴到附有碳支持膜的微柵上，靜置20min晾干后即得TEM樣品。
[0029]3) TEM樣品安裝:
[0030]先用鑷子將步驟2)準備好的TEM樣品放入樣品座中固定好，然后將樣品桿逐步推入到樣品室中并對透射電鏡抽真空，在真空度達到要求(2.5X10-5Pa左右)后即可對樣品中的納米線進行觀察分析。
[0031]4)納米線篩選:本實施例所選取的納米線兩端搭在支持膜微孔邊緣，直徑約38nm，其徑向粗細均勻，