專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)一維納米材料的光學(xué)可視化和/或有效標(biāo)記的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)一維納米材料的光學(xué)可視化和/或有效標(biāo)記的方法，屬于納米材料及其表征技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米材料是材料科學(xué)與技術(shù)重要的研究領(lǐng)域，在眾多納米材料體系中，一維納米材料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及優(yōu)異的光、電、磁、力、熱等方面的性質(zhì)，在納米電子器件、 納米傳感器、納米機(jī)械、納米生物探測等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。一維納米材料是指空間有兩維為納米尺度的材料，如納米線、納米絲、納米帶、納米棒以及納米管等。多年來，對(duì)一維納米材料的表征也發(fā)展了許多有效的手段，如掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、掃描探針顯微鏡、原子力顯微鏡、拉曼光譜、X射線衍射儀、納米探針臺(tái)、納米操縱手以及各種電學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)測量儀器等。這些表征儀器和手段在一維納米材料的研究中起到了很大的作用。隨著一維納米材料研究的進(jìn)展，對(duì)單根或者多根的一維納米材料進(jìn)行微觀或宏觀尺度上的可控操縱一直是一個(gè)重要而又難以解決的問題，這主要是因?yàn)橐痪S納米材料(比如單根碳納米管)的直徑往往只有幾個(gè)納米以下，而且大部分情況下制備出來的一維納米材料與基底之間存在著很強(qiáng)的作用力，電子顯微鏡雖然分辨率很高，但是由于工作原理和條件的限制(如超高真空、工作空間小等)，使得現(xiàn)有的儀器手段很難實(shí)現(xiàn)對(duì)單根一維納米材料進(jìn)行可控的操縱。此外，在一維納米材料(如單壁碳納米管水平陣列)的拉曼光譜表針方面，對(duì)單根的一維納米材料進(jìn)行準(zhǔn)確的定位是對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確測量的首要步驟，在常規(guī)的研究中常常采用基底上做標(biāo)記，然后利用拉曼光譜的面掃功能進(jìn)行單根一維納米材料的定位，這種方法費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，并且所得的拉曼信號(hào)也不是很強(qiáng)。相比于電子顯微鏡，光學(xué)顯微鏡雖然分辨率不是很高，但是在光學(xué)顯微鏡下可以很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)表征材料進(jìn)行可控的操縱。如果能夠發(fā)明一種方法，使得單根的一維納米材料在普通的光學(xué)顯微鏡下就能夠輕易地被看到，那么將會(huì)使一維納米材料的可控操縱變得非常容易，從而方便對(duì)其進(jìn)行更多的性質(zhì)研究。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了一維納米材料的光學(xué)可視化， 在對(duì)其進(jìn)行拉曼光譜等表征時(shí)，也就有了一種很好的標(biāo)記方法，能夠非常方便地對(duì)其進(jìn)行定位，從而使得對(duì)一維納米材料的研究變得更加方便。另外，實(shí)現(xiàn)了一維納米材料的有效標(biāo)記，還可以起到輔助納米材料的表征測量、納米材料的操縱、納米器件(如晶體管、傳感器等)的構(gòu)筑等作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有一維納米材料表征手段的限制，通過一種方式實(shí)現(xiàn)單根一維納米材料的光學(xué)可視化，并且能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效標(biāo)記，為其在光學(xué)顯微鏡等宏觀尺度表征手段下的操縱提供可能性，還可用于輔助一維納米材料的表征測量，一維納米材料的操縱、納米器件(如晶體管、傳感器等)的構(gòu)筑等。本發(fā)明提供的一種實(shí)現(xiàn)一維納米材料的光學(xué)可視化和/或有效標(biāo)記的方法，包括如下步驟將標(biāo)記物負(fù)載在所述一維納米材料上即能實(shí)現(xiàn)對(duì)所述一維納米材料的光學(xué)可視化和/或有效標(biāo)記；所述標(biāo)記物為氧化鈦、氧化硅、氧化錫、氧化釩、氧化鋯、氧化鉍、氧化鈮、氧化鋅和氧化銀中的一種或多種。本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)一維納米材料光學(xué)可視化以及有效標(biāo)記的方法，是指可以實(shí)現(xiàn)在光學(xué)顯微鏡甚至肉眼等不需要借助電子顯微鏡或原子力顯微鏡的方式下直接觀察到單根的或者多根的一維納米材料及其聚集體，該方法最大的優(yōu)勢在于可以實(shí)現(xiàn)單根一維納米材料在光學(xué)觀測手段下的清晰可辨。上述的方法中，所述標(biāo)記物可為顆粒狀，其粒徑可為0. Inm 1mm，具體可為 50nm 50 μ m、IOnm Imm或20nm 500 μ m,這些顆粒狀的標(biāo)記物一般都具有較強(qiáng)的反光能力，能夠很容易在光學(xué)顯微鏡甚至肉眼下識(shí)別出來。上述的方法中，所述一維納米材料可為納米線、納米絲、納米帶、納米棒或納米管。上述的方法中，所述一維納米材料具體可為納米硅線、納米&10、石墨烯納米帶、 SiC納米線、GaN納米線或碳納米管等。上述的方法中，可將所述標(biāo)記物的前驅(qū)體通過化學(xué)氣相沉積在所述一維納米材料上分解成所述標(biāo)記物；所述標(biāo)記物的前驅(qū)體可為所述標(biāo)記物中金屬元素的鹵化物、氫氧化物或氮化物。上述的方法中，所述一維納米材料的形貌可為聚團(tuán)狀、垂直陣列或水平陣列等。本發(fā)明提供的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以非常容易地在光學(xué)顯微鏡甚至用肉眼看到單根的一維納米材料，并且方法簡單，快捷高效，成本低廉，不會(huì)影響一維納米材料的結(jié)構(gòu)，也不會(huì)影響其力學(xué)、光譜學(xué)等性質(zhì)；且對(duì)一維納米材料的表征測量、一維納米材料的操縱、納米器件的構(gòu)筑等起到很大的輔助作用。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中的工藝簡易流程示意圖，其中1為四氯化鈦瓶，2為四氯化鈦液體流速控制器，3為噴水控制器，4為生長一維納米材料的基底，5為平行排列的一維納米材料。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的單根一維納米材料上負(fù)載的標(biāo)記物(二氧化鈦)的掃描電子顯微鏡照片，主要用于示范一種典型的標(biāo)記物顆粒的大小及形狀，其中圖2(A)為帶有狹縫的基底的示意圖，圖2(B)為跨過狹縫生長的碳納米管的掃描電子顯微鏡照片，圖 2(C)為所用的三壁碳納米管的透射電子顯微鏡的照片，圖2(D)、(E)、(F)為負(fù)載有氧化鈦顆粒的懸空碳納米管的掃描電子顯微鏡照片。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備的單根一維納米材料上負(fù)載的標(biāo)記物(二氧化鈦)的透射電子顯微鏡照片，主要用于示范一種典型的標(biāo)記物顆粒與單根一維納米材料結(jié)合的方式。圖4是本發(fā)明實(shí)施例1得到的單根一維納米材料的光學(xué)可視化的實(shí)際圖片，從圖中可以非常清晰地看到負(fù)載有標(biāo)記物顆粒的單根一維納米材料。
圖5是實(shí)施例1中利用一維納米材料的光學(xué)可視化實(shí)現(xiàn)的對(duì)單根一維納米材料進(jìn)行可控操縱的圖片，圖中彎曲的物體為一個(gè)探針，正在撥動(dòng)一根懸空的碳納米管。
具體實(shí)施例方式下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。實(shí)施例1、利用四氯化鈦?zhàn)髑膀?qū)體制備氧化鈦顆粒實(shí)現(xiàn)單根碳納米管的光學(xué)可視化具體工藝流程如圖1所示，首先準(zhǔn)備好生長在基底上的超長水平陣列碳納米管， 為了方便對(duì)單根碳納米管的后續(xù)操縱，可以選擇一種帶有狹縫的基底，使得碳納米管跨過狹縫懸空生長；然后將四氯化鈦液體通過注射器以一定的速度(O.OOlm/s)噴射在碳納米管上，控制環(huán)境中的空氣濕度在一定的范圍內(nèi)(50%的相對(duì)空氣濕度)，然后將噴有四氯化鈦煙霧的一維納米材料靜置15分鐘，使其發(fā)生充分的化學(xué)氣相沉積，最后，將負(fù)載有二氧化鈦顆粒(粒徑為50nm 50μπι)的碳納米管在烘箱中進(jìn)行干燥，時(shí)間為1小時(shí)，最后取出即可。本實(shí)施例制備的負(fù)載有二氧化鈦顆粒的碳納米管及其光學(xué)可視化的效果如圖2、 圖3和圖4所示，由這些圖可知，在懸空的碳納米管管壁上成功地負(fù)載上了二氧化鈦顆粒， 并且實(shí)現(xiàn)了單根碳納米管在光學(xué)手段下的可視化。利用本實(shí)施例制備的負(fù)載有二氧化鈦顆粒的碳納米管的光學(xué)可視化對(duì)其進(jìn)行可控操縱的示例如圖5所示，由該圖可知，借助于二氧化鈦顆粒的標(biāo)記作用帶來的光學(xué)可視化，可以很容易找到單根碳納米管所在的位置，并對(duì)其進(jìn)行可控的操縱。實(shí)施例2、利用四氯化錫作前驅(qū)體制備氧化錫顆粒實(shí)現(xiàn)納米氧化鋅的光學(xué)可視化具體工藝流程同實(shí)施例1，選擇一種帶有狹縫的基底，使得水平陣列狀一維納米氧化鋅跨過狹縫懸空生長，然后將四氯化錫液體通過注射器以一定的速度(O.OOlm/s)噴射在一維納米氧化鋅上，控制環(huán)境中的空氣濕度在一定的范圍內(nèi)(50 %的相對(duì)空氣濕度)，然后將噴有四氯化錫煙霧的一維納米氧化鋅靜置3分鐘，使其發(fā)生充分的化學(xué)氣相沉積，最后，將負(fù)載有氧化錫顆粒(粒徑為IOnm Imm)的一維納米氧化鋅在烘箱中進(jìn)行干燥，時(shí)間為2小時(shí)，最后取出即可。實(shí)施例3、利用二氧化鈦顆粒直接負(fù)載到聚團(tuán)狀或垂直陣列碳納米管上將聚團(tuán)狀或垂直陣列碳納米管置于均勻分散有納米級(jí)二氧化鈦顆粒(粒徑為 20nm 500 μ m)的乙醇溶液中，然后進(jìn)行超聲分散30分鐘，用毛細(xì)玻璃管吸取一滴溶液滴到載玻片上，此時(shí)單根或多根碳納米管形成的管束上會(huì)負(fù)載少量的二氧化鈦顆粒，待乙醇溶液揮發(fā)完畢，即可在光學(xué)顯微鏡下看到碳納米管上負(fù)載的二氧化鈦顆粒，進(jìn)而通過這種方式即可對(duì)碳納米管進(jìn)行定位。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)一維納米材料的光學(xué)可視化和/或有效標(biāo)記的方法，包括如下步驟將標(biāo)記物負(fù)載在所述一維納米材料上即能實(shí)現(xiàn)對(duì)所述一維納米材料的光學(xué)可視化和/或有效標(biāo)記；所述標(biāo)記物為氧化鈦、氧化硅、氧化錫、氧化釩、氧化鋯、氧化鉍、氧化鈮、氧化鋅和氧化銀中的一種或多種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述標(biāo)記物為顆粒狀，其粒徑為0.Inm Imm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述一維納米材料為納米線、納米絲、納米帶、納米棒或納米管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述一維納米材料為納米硅線、納米&10、石墨烯納米帶、SiC納米線、GaN納米線或碳納米管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于將所述標(biāo)記物的前驅(qū)體通過化學(xué)氣相沉積在所述一維納米材料上分解成所述標(biāo)記物；所述標(biāo)記物的前驅(qū)體為所述標(biāo)記物中金屬元素的商化物、氫氧化物或氮化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于所述一維納米材料的形貌為聚團(tuán)狀、垂直陣列或水平陣列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)一維納米材料的光學(xué)可視化和/或有效標(biāo)記的方法。包括如下步驟將標(biāo)記物負(fù)載在所述一維納米材料上即能實(shí)現(xiàn)對(duì)所述一維納米材料的光學(xué)可視化和/或有效標(biāo)記；所述標(biāo)記物為氧化鈦、氧化硅、氧化錫、氧化釩、氧化鋯、氧化鉍、氧化鈮、氧化鋅和氧化銀中的一種或多種。本發(fā)明提供的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以非常容易地在光學(xué)顯微鏡甚至用肉眼看到單根的一維納米材料，并且方法簡單，快捷高效，成本低廉，不會(huì)影響一維納米材料的結(jié)構(gòu)，也不會(huì)影響其力學(xué)、光譜學(xué)等性質(zhì)；且對(duì)一維納米材料的表征測量、一維納米材料的操縱、納米器件的構(gòu)筑等起到很大的輔助作用。
文檔編號(hào)G01N21/00GK102564951SQ20121002709
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月8日
發(fā)明者張如范, 張瑩瑩, 謝歡歡, 魏飛 申請(qǐng)人:清華大學(xué)