一种观测一维纳米材料的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种原位观测一维纳米材料的方法，包括以下步骤：S1提供一待测一维纳米材料；S2提供一棱镜，所述棱镜具有一棱镜第一表面与一棱镜第二表面，两个表面之间夹角小于90°，所述一维纳米材料设置于棱镜第二表面；S3一束具有连续光谱的白色入射光由棱镜第一表面入射后射向所述一维纳米材料，所述一维纳米材料在该入射光的照射下发生共振瑞利散射；S4利用光学显微镜观测该一维纳米材料，所述光学显微镜所配备的物镜为油镜或水镜之中的一种，观测时该一维纳米材料与所述物镜通过一耦合液耦合。本发明专利技术还涉及一种利用该方法观测一维纳米材料的装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种观测一维纳米材料的方法，尤其涉及一种利用光学显微镜直接观测一维纳米材料的方法。
技术介绍
一维纳米材料是指在径向上尺寸在1nm~100nm范围内，长度方向的尺寸远高于径向尺寸，长径比可以从十几到上千上万，空心或者实心的一类材料，例如：纳米管、纳米棒、纳米线、纳米纤维、纳米带等。现有的制备方法生产出的一维纳米材料，如碳纳米管，通常由不同手性、不同管径、不同长度的碳纳米管混合在一起。量化区分不同结构的一维纳米材料，对纳米材料的应用具有十分重要的意义。一维纳米材料的所具备的一维电子结构使得其具有高度的光学敏感性，各种光学现象，如共振瑞利散射（ResonantRayleighscattering,RRS），可以被应用到观测一维纳米材料。瑞利散射是指半径比光或其他电磁辐射的波长小很多的微小颗粒对入射光束的散射。当瑞利散射的入射光波长位于或接近待测物质的吸收带，电子吸收电磁波频率与散射频率相同，电子因共振而强烈吸收光的能量并产生再次散射，则该物质的散射会大大增强，并且会出现新的散射特征，这就是共振瑞利散射。然而单根一维纳米材料的散射十分的微弱，难以进行观测与采集。现有技术还无法便捷且有效的对单根一维纳米材料进行观测。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种便捷且有效的观测一维纳米材料的方法。一种观测一维纳米材料的方法，包括以下步骤：S1提供一待测一维纳米材料；S2提供一棱镜，所述棱镜具有一棱镜第一表面与一棱镜第二表面，两个表面之间夹角小于90°，所述一维纳米材料设置于棱镜第二表面；>S3一束具有连续光谱的白色入射光由棱镜第一表面入射后射向所述一维纳米材料，所述一维纳米材料在该入射光的照射下发生共振瑞利散射；S4利用光学显微镜观测该一维纳米材料，所述光学显微镜所配备的物镜为油镜或水镜之中的一种，观测时该一维纳米材料与所述物镜通过一耦合液耦合。一种观测一维纳米材料的装置，包括：一棱镜，所述棱镜包含一棱镜第一表面以及一棱镜第二表面，两个表面之间夹角β的取值范围为45°≤β<90°；一超连续谱白光激光器，用于产生入射光，并使该入射光自棱镜第一表面射向待测一维纳米材料；一光学显微镜，所述光学显微镜所配备的物镜为油镜或水镜之中的一种；以及与所述光学显微镜物镜种类相对应的耦合液。与现有技术相比，本专利技术提供的观测一维纳米材料方法能够利用光学显微镜在生长基原位对一维纳米材料进行观测，获得一维纳米材料的位置、颜色、形态以及各种光谱信息，进而推知该一维纳米材料的结构以及相关物理性质。观测时不会破坏该纳米材料的结构及形态，且所需时间短，设备简单。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的一维纳米材料观测系统的结构示意图。图2为本专利技术第一实施例浸没于超纯水中的单壁碳纳米管的共振瑞利散射照片。图3为本专利技术第一实施例空气中的单壁碳纳米管共振瑞利散射照片。图4为图2与图3中单壁碳纳米管扫描电镜照片。图5为存在分子结的单壁碳纳米管共振瑞利散射照片。图6为本专利技术第一实施例石墨烯窄带共振瑞利散射照片。图7为图2中单壁碳纳米管单壁瑞利散射光谱。图8为图2中第3、4、5根单壁碳纳米管的拉曼散射光谱。图9为本专利技术第二实施例提供的一维纳米材料观测系统的结构示意图。图10为本专利技术第二实施例单壁碳纳米管共振瑞利散射照片。图11为本专利技术第三实施例单壁碳纳米管共振瑞利散射照片。图12为本专利技术第四实施例设置有凹槽的基体与一维纳米材料。图13为本专利技术第五实施例提供的一维纳米材料观测系统的结构示意图。主要元件符号说明一维纳米材料100水槽200水槽透明侧面201水槽底面202基体203凹槽204耦合液205棱镜210棱镜第一表面211棱镜第二表面212入射光300聚焦透镜301滤波器302光纤303物镜400相机401光源500光谱仪501如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例，对本专利技术提供的观测一维纳米材料的方法作进一步的详细说明。请参见图1，本专利技术第一实施例提供一种观测一维纳米材料的方法，包括以下步骤：S1提供一待测一维纳米材料100；S2将所述一维纳米材料100置于耦合液205中；S3提供一束具有连续光谱的白色入射光300，所述一维纳米材料100在该入射光300的照射下发生共振瑞利散射；S4利用物镜400为水镜的光学显微镜观测该一维纳米材料100，观测时该水镜浸没于所述耦合液205中。步骤S1中，所述一维纳米材料是指径向尺寸在1nm~100nm范围内，而在长度方向的尺寸远大于于径向尺寸，其长径比可以达到十几至上千上万的空心或者实心材料，如：纳米管、纳米棒、纳米线、纳米纤维、纳米带等。常见的一维纳米材料有碳纳米管、石墨烯窄带、金属纳米线、碳纤维等。本实施例中，所述一维纳米材料100为水平排列的单壁碳纳米管，该水平排列的单壁碳纳米管的生长方法包括很多种，本实施例中采用“石英晶格导向法”在一石英基底表面形成多个平行间隔排列的单壁碳纳米管，具体包括以下步骤：S11，提供ST-cut石英基底；S12，在该石英基底表面蒸镀催化剂层，该催化剂层为铁（厚度为0.2纳米）；S13，将上述沉积有催化剂层的石英基底放入石英管中，在800～850摄氏度范围内，通入碳源气体甲烷和还原气体氢气生长10～20分钟。此外，还可以用气流导向法或电场导向的方法获得在基底表面水平排列的碳纳米管。步骤S2中，所述一维纳米材料100完全浸没于耦合液205中，本实施例中所选用的耦合液205为超纯水。所述耦合液205还可以为水溶液，本专利技术可以用于观察所述水溶液与一维纳米材料100相互作用时一维纳米材料100结构性质的变化情况。所述耦合液205应保证纯净，耦合液205中的杂质与气泡都会影响观测的准确性。为了使一维纳米材料100在耦合液205中保持位置固定，可以将该一维纳米材料100与耦合液205中一固定物结合，例如可以将一维纳米材料100先固定于一基体203表面，然后将该基体203与设置于其上的一维纳米材料100一同置于耦合液205中。所述基体203的材料可以是硅、二氧化硅、石英等。该基体203的厚度不限，大小不限。若基体203上形成有多根一维纳米材料100，则相邻的两根一维纳米材料100之间的最小间距应大于观测系统的分辨率。优选地，每根一维纳米材料100相互平行的设置于基体203的表面。所述一维纳米材料100可以采用直接生长的方法水平生长于基体203表面，也可以采用转移的方法从其他生长基体转移至该基体203表面。所述一维纳米材料100与基体203的固定可以是将一维纳米材料100完全固定于基体203表面，也可以是仅将一维纳米材料100部分固定于基体203表面。本实施例中，所述基体203为一Si/SiO2基体，一维纳米材料100通过转移的方法完全固定于该Si/SiO2基体表面。所述Si/Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种观测一维纳米材料的方法，包括以下步骤：S1 提供一待测一维纳米材料；S2 提供一棱镜，所述棱镜具有一棱镜第一表面与一棱镜第二表面，两个表面之间夹角小于90°，所述一维纳米材料设置于棱镜第二表面；S3 一束具有连续光谱的白色入射光由棱镜第一表面入射后射向所述一维纳米材料，所述一维纳米材料在该入射光的照射下发生共振瑞利散射；S4 利用光学显微镜观测该一维纳米材料，所述光学显微镜所配备的物镜为油镜或水镜之中的一种，观测时该一维纳米材料与所述物镜通过一耦合液耦合。

【技术特征摘要】
1.一种观测一维纳米材料的方法，包括以下步骤：
S1提供一待测一维纳米材料；
S2提供一棱镜，所述棱镜具有一棱镜第一表面与一棱镜第二表面，两个表面之间夹角小于90°，所述一维纳米材料设置于棱镜第二表面；
S3一束具有连续光谱的白色入射光由棱镜第一表面入射后射向所述一维纳米材料，所述一维纳米材料在该入射光的照射下发生共振瑞利散射；
S4利用光学显微镜观测该一维纳米材料，所述光学显微镜所配备的物镜为油镜或水镜之中的一种，观测时该一维纳米材料与所述物镜通过一耦合液耦合。
2.如权利要求1所述的观测一维纳米材料的方法，其特征在于，进一步包括步骤S5通过一与光学显微镜相连的光谱仪获取所述一维纳米材料的光谱信息。
3.如权利要求1所述的观测一维纳米材料的方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括：对所述一维纳米材料的色彩、位置以及形态信息进行记录。
4.如权利要求1所述的观测一维纳米材料的方法，其特征在于，所述一维纳米材料为碳纳米管、石墨烯窄带、金属纳米线或碳纤维。
5.如权利要求1所述的观测一维纳米材料的方法，其特征在于，所述光学显微镜所配备的物镜为水镜，耦合液为水或水溶液。
6.如权利要求1所述的观测一维纳米材料的方法，其特征在于，所述光学显微镜所配备的物镜为油镜，耦合液为甘油。
7.如权利要求1所述的观测一维纳米材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：武文贇，岳菁颖，林晓阳，赵清宇，姜开利，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11