一种实现低维纳米材料的光学可视化的方法技术

本发明专利技术公开了一种实现低维纳米材料的光学可视化的方法，通过将可升华/挥发的一种或多种标记物在纳米材料上沉积。所述方法包括以下步骤：将标记物置于容器中，于大气环境中加热标记物；将含有低维纳米材料的基底置于标记物上方，使标记物在纳米材料上沉积，取下基底，利用光学显微镜观察即可。所述标记物为选自升华硫，有机金属化合物，无机铵盐，碳酰胺、过硫酸铵、石蜡或脂肪酸的一种或多种。本发明专利技术提供的方法与现有技术相比，方法简单，适用性强、可控性强，低维纳米材料无需任何预处理，即可实现普通光学显微镜下纳米材料的定位，大大方便纳米材料的实验室研究和工业生产与应用；所采用的标记物能够被可控地去除，对纳米材料不造成污染和破坏，不影响其后续使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种实现低维纳米材料在普通光学显微镜下甚至肉眼下直接观察的方法，属于纳米材料的表征

技术介绍
纳米材料指的是微观结构上至少有一维处于纳米尺度范围(1-1OOnm)或由它们作为基础单元构成的材料，自上世纪八十年代以来得到迅速发展。纳米材料具有独特的结构和优异的力、电、热、磁、光等性质，在纳电子器件、生物传感器、光学器件等领域具有广阔的应用前景。一维纳米材料主要有纳米线、纳米管、纳米带、纳米棒等；二维纳米材料主要有纳米薄膜，如石墨烯等。纳米材料的发展促进并完善了相应的表征技术，如扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、扫描隧道显微镜、拉曼光谱、X射线衍射、光电子能谱、原子吸收光谱及热学表征技术等。这些方法有效地表征了纳米材料的结构及性质，对于纳米材料的研究和应用起到了重要作用。随着研究的深入，如何实现纳米材料(尤其是一维纳米材料)的准确定位和可控操纵成为一个亟待解决的难题。纳米材料的尺寸小，利用电子显微镜等高分辨率仪器可以实现纳米材料的定位，但存在视场小、条件苛刻、耗时等缺点，很难对其进行可控操纵。另夕卜，对一维纳米材料进行拉曼表征需要首先在扫描电子显微镜中定位材料，再通过拉曼光谱的面扫功能(Mapping)确认位置，随后才进行拉曼测试，整个过程耗时耗力。光学显微镜具有价格低廉、视场开阔，简单便捷的优势，可以在大气环境中对纳米材料进行操纵。纳米材料的尺寸小，如碳纳米管的直径仅有几个纳米，而常规光学显微镜的分辨率为200nm，无法观察到此类纳米材料的。研究者曾尝试通过负载物质来实现纳米材料在普通光学显微镜下的观察。例如，Huang SM等(Huang S H, Qian Y, et al.J.Am.Chem.Soc.2008, 130, 11860 - 11861)通过电化学沉积银颗粒的方式实现单壁碳纳米管的光学可视化，但在液相中进行，且需要在碳纳米管上做电极；Zhang R F等(Zhang R F，ZhangY Y, et al.Nat.Commun.，2013，4，1727)借助化学气相沉积二氧化钛等实现碳纳米管的光学观察，但该方法适用范围很窄，仅对悬空的碳纳米管有效，而实际应用中主要是基底表面的碳纳米管，此外二氧化钛不易除去，影响了材料的后续表征和应用；Wang J T等(Wang JT，Li T Y, et al.Nano Lett.2014，14，3527-3533)采用水蒸汽凝结的方法实现基底上碳纳米管的光学可视化，但由于微小水滴在常温环境下极易蒸发，可视化时间短，而且该方法仅适用于基底表面的碳纳米管，对悬空碳纳米管无效。中国专利CN 101191794A提出一种基于一维纳米结构的荧光生物传感器的制备方法，但需要对纳米结构进行表面处理，且利用激发的荧光采用荧光显微镜观察，方法和设备均较为复杂，也没有提到该方法对二维纳米材料的适用性。CN102564951公开了一种实现一维纳米材料的光学可视化和/或有效标记的方法，将标记物氧化钛、氧化硅、氧化锡、氧化钒、氧化锆、氧化铋、氧化铌、氧化锌和氧化银中的一种或多种负载在一维纳米材料上。但上述标记物仅可实现悬空纳米材料的光学可视化，但采用的标记物质具有一定毒性，对基底表面的纳米材料没有可视化/标记效果，而且标记物通过加热方式不能去除，会影响纳米材料的进一步应用。综上所述，迄今为止，还没有一种适用性强(对基底表面和悬空的纳米材料均适用)、可控性强、无污染的标记方法，以实现纳米材料在普通光学显微镜下甚至肉眼下的直接观察，从而辅助纳米材料的定位、操纵、进行其他的表征(例如拉曼光谱表征)以及器件构筑；此外，该标记物应该能够可控地被去除，避免对纳米材料造成污染，从而不影响其后续使用。这种方法的发展对纳米材料的表征与操纵、纳米材料基电子器件的构筑与批量生产等具有重要意义。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术旨在通过将可升华/挥发的一种或多种物质在纳米材料上沉积，实现在普通光学显微镜下甚至肉眼下观察低维纳米材料的方法，该低维纳米材料无需任何预处理，所用显微镜为常规光学显微镜，无需任何特殊配件。该方法使纳米材料的观察无需借助荧光显微镜及传统的昂贵电子显微镜等表征手段，实现了普通光学显微镜下纳米材料的定位，并可辅助纳米材料的结构与性质表征以及纳米材料基电子器件的构筑等，这将大大方便纳米材料的实验室研究和工业生产与应用。此外，本专利技术所采用的标记物质能够被可控地去除，对纳米材料不造成污染和破坏，不影响其后续使用。本专利技术提供的一种实现低维纳米材料在普通光学显微镜下甚至肉眼下直接观察的方法，包括以下步骤:I)将标记物I置于容器中，于大气环境中加热标记物，加热温度为20°C (室温)-200°C;或者采用标记物2，该标记物是由两种物质反应得到。将一种标记物前驱体置于容器中，再缓慢加入另一种标记物前驱体，注入速度为lml/min-600ml/min，该步骤条件根据两种前驱体反应条件而定，根据前驱体反应的不同，可以涉及到加热、真空或低压条件。2)将含有纳米材料的基底置于标记物上方，放置ls-60min，取下基底，利用光学显微镜观察。3)将负载标记物的纳米材料置于加热装置，放置30s-24h，加热温度为20°C (室温)-4500C，可以实现标记物的可控去除。上述方法中，步骤I)所述容器具体可为烧杯、培养皿、锥形瓶、三口烧瓶、试剂瓶。上述方法中，步骤I)所述加热装置可以采用加热台、烘箱、箱式炉、管式炉。上述方法中，步骤I)所述加热温度具体可为70°C、90°C、100°C或120°C。上述方法中，步骤I)所述注入速度具体可为30ml/min、60ml/min、120ml/min或240ml/mino上述方法中，步骤2)所述基底具体可为硅、二氧化硅/硅、石英、玻璃、蓝宝石(三氧化二铝)、钼、铜、金、银、铂、镍、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)。上述方法中，步骤2)所述负载时间具体可为lmin、3min、5min、1min或30min。所述标记物I为升华硫等单质，二茂铁、二茂钴、二茂镍等有机金属化合物，硫酸铵、硝酸铵、乙酸铵、氯化铵等无机铵盐，碳酰胺、过硫酸铵、石蜡等有机化合物，硬脂酸、棕榈酸、月桂酸、树脂酸(松香)等脂肪酸，所述标记物2可以由下述两种物质反应而成，包括硝酸和氨水、盐酸和氨水、乙酸和氨水、盐酸和碳酸氢铵、硫酸和碳酸氢铵、硝酸和碳酸氢铵、氢氧化钠和碳酸氢铵等，以上标记物可以单独使用，也可以两种或多种同时使用。上述方法中，所述标记物可为颗粒或液滴，形状可以是球状、片状、棒状等，其尺寸可以为30nm-100 μ m，该尺寸的标记物具有较强的光散射效应，可以在普通光学显微镜中方便地辨识。上述方法中，所述纳米材料可为纳米线、纳米管、纳米棒、纳米带、纳米丝以及纳米薄膜、纳米涂层。上述方法中，所述纳米材料具体可为氧化锌纳米线、氧化锌纳米管、硅纳米线、氧化锌纳米带、金纳米线、银纳米线、铜纳米线、碳纳米管、石墨稀、氮化硼、二硫化钼、二硫化钨、二砸化钼、二砸化钨、二硫化锡；上述方法中，所述纳米材料的形貌可为聚团状、阵列状或者单根，可以为悬空状态或在基底表面，其形状可为六边形、三角形、四边形、五边形、花瓣形、雪花形、圆形以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现低维纳米材料的光学可视化的方法，通过将可升华/挥发的一种或多种标记物在纳米材料上沉积，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)将标记物置于容器中，于大气环境中加热标记物，加热温度为20℃‑200℃；2)将含有低维纳米材料的基底置于标记物上方，放置1s‑60min，使标记物在纳米材料上沉积，取下基底，利用光学显微镜观察即可；3)沉积在纳米材料上的标记物可以有效去除，加热温度为20℃‑450℃，加热时间为30s‑24h；所述标记物为选自升华硫，有机金属化合物，无机铵盐，碳酰胺，过硫酸铵，石蜡或脂肪酸的一种或多种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张莹莹，蹇木强，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11