原子力顯微鏡碳納米管探針的制備及其檢測性能研究.pdf

1、原子力顯微鏡(AFM)的發(fā)明為納米技術(shù)的迅猛發(fā)展起到了推波助瀾的作用，為人們在納米尺度上研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及微觀相互作用提供了有力的手段。然而普通原子力顯微鏡探針的幾何形狀和物理特性制約了原子力顯微鏡的進一步應(yīng)用。碳納米管以其一系列的優(yōu)良特性而成為制作原子力顯微鏡探針的理想材料。為了更充分發(fā)揮 AFM這一先進儀器的作用和碳納米管這一納米尺度的“超級纖維”材料的優(yōu)勢，提出了“原子力顯微鏡碳納米管探針的制備及其檢測性能研究”這一前沿性研究課題。

2、提出了制備原子力顯微鏡碳納米管探針等微納米器件的新方法，建立了多壁碳納米管探針的技術(shù)指標和評價體系，深入研究了碳納米管探針工作時探針與樣品間的微觀相互作用，對原子力顯微鏡碳納米管探針的制備和檢測等研究具有重要意義。
　　本文首先在對碳納米管探針的研究現(xiàn)狀進行綜合評述和全面分析的基礎(chǔ)上，提出了制備碳納米管探針的新方法。在光學顯微鏡下，采用電阻焊接法和改進的電弧焊接法制備了原子力顯微鏡碳納米管探針，分析了焊接法的制備機理。采用電壓截斷

3、和電子轟擊等方法對碳納米管探針進行截斷操作；同時利用電阻焊接方法實現(xiàn)了對碳納米管探針進行搭接延長操作。
　　通過對高度、振幅和相位數(shù)據(jù)的分析研究，揭示了納米管探針獲得的假象是由納米管逼近-彎曲-黏附-抬離等行為引起的。棘輪效應(yīng)、懸臂的傾斜角和納米管探針的彈性系數(shù)都會影響假象的產(chǎn)生。利用棘輪效應(yīng)改變掃描方向，可以減緩邊緣處的假象，而提高碳納米管彈性系數(shù)是消除假象的根本途徑。
　　引入探針振動的質(zhì)量系數(shù)、共振頻率偏移的變化以及相

4、位理論，對比研究宏觀長程力和毛細力對納米管探針和硅探針的影響。并通過原子力顯微鏡成像對比實驗，驗證了宏觀長程力和毛細力對納米管探針工作時的影響明顯小于其對硅探針的影響。在由吸引力區(qū)域向排斥力區(qū)域過渡的過程中，探針的振幅曲線會出現(xiàn)極值，導(dǎo)致探針不能穩(wěn)定工作。
　　建立了多壁碳納米管探針的橫向彈性系數(shù)、末端尺寸和構(gòu)型、探針角度和結(jié)合力等技術(shù)指標和評價體系。多壁納米管探針的橫向彈性系數(shù)大于0.2N/m以及探針粘接角度小于30°是保證多壁