一种单壁碳纳米管针尖及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单壁碳纳米管针尖及其制备方法，该针尖包括扫描隧道显微镜针尖和若干单壁碳纳米管，所述单壁碳纳米管与扫描隧道显微镜针尖通过酰胺键连接。其制备方法包括如下步骤：１）先将金针尖或表面镀金的针尖在胺基巯醇的醇溶液中浸泡，得到胺基巯醇分子膜修饰的针尖；２）将步骤１）所得胺基巯醇分子膜修饰的针尖浸入带羧基的单壁碳纳米管短管的有机溶液中进行反应，得到所述单壁碳纳米管针尖；所述单壁碳纳米管短管的有机溶液中还加有脱水剂。本发明专利技术采用湿法化学组装方法可以获得短的单壁碳纳米管针尖，操作简便，重现性好，产率比较高，达到４０％以上。所制备的单壁碳纳米管针尖可以用在扫描隧道显微镜上，可以用于高分辨成像和超高密度存储介质的制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种扫描隧道显微镜针尖及其制备方法，特别是涉及。
技术介绍
碳纳米管(carbon nanotubes，CNTs)于1991年由日本科学家IijimaIijima，S.；Nature 1991，354，56首次发现以来，一直以其独特的结构和优异的性能吸引着人们的注意力。它在复合材料、场发射器、纳电子器件、储氢材料、探针等方面有着广泛的潜在应用前景。碳纳米管具有小的直径、高的长径比、良好的导电性和导热性，优良的力学性质和化学稳定性，这使得碳纳米管成为制备扫描探针显微镜(SPM)针尖的理想材料。目前，碳纳米管针尖的典型制备方法有机械粘结法、电场诱导粘结法和化学气相沉积生长法。 机械粘结制备碳纳米管针尖的方法Dai，H.J.；Hafner，J.H.；Rinzler，A.G.；Colbert，D.T.；Smalley，R.E.Nature 1996，384，147是在光学显微镜辅助下，用涂有粘附剂的原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)针尖去接触多壁碳纳米管簇后轻轻拉出，这样在针尖末端就粘附上一根碳纳米管。然后，对粘附的碳纳米管长度进行优化，获得合适的长度，达到高分辨率的要求。机械粘结法尽管简单，但是成功率低，非常耗时，而且很难获得单壁碳纳米管针尖。电场诱导粘结法Stevens，R.M.D.，Neil A.F.，Bettye L.S.，et al.Nanotechnology，2000，11，1是将AFM针尖靠近多壁碳纳米管，然后在两者之间施加10～20V的直流电压，观察到尖端放电造成的打闪后，立即断电，可以有碳纳米管粘结在针尖上。这种利用直流电压脉冲诱导粘贴法可以相对主动的控制碳纳米管针尖的大小和取向，而利用高频交变电场电泳同样可以将碳纳米管粘附到钨针尖上Tian，Y.，Wang，J.Y.，Peng，L.M.，Acta Scientiarum Naturalium UniversitatisPekinensis 2004，40，351。化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)生长法是在预先吸附了催化剂的扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope，STM)针尖Shigaya，Y.；Nakayama，T.；Aono，M.Physica B 2002，323，153或AFM针尖上Wong，S.S.；Joselevich，E.；Woolley，A.T.；Cheung，C.L.；Lieber，C.M.Nature 1998，394，52直接生长碳纳米管针尖。CVD生长法成功率较高，并且能大规模生产，同时能获得单壁碳纳米管针尖，使AFM的分辨率得到更大的提高。但是，CVD生长法很难制备出长度可控的碳纳米管针尖，尤其是短的碳纳米管针尖，往往需要对长的碳纳米管针尖进行优化处理、截短后才能使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供单壁碳纳米管针尖及其制备方法。 本专利技术所提供的单壁碳纳米管针尖，包括扫描隧道显微镜针尖和若干单壁碳纳米管，所述单壁碳纳米管与扫描隧道显微镜针尖通过酰胺键连接。 其中，扫描隧道显微镜针尖为金针尖或表面镀金的针尖，所用的单壁碳纳米管长度一般在100-200nm为宜。 本专利技术的单壁碳纳米管针尖的制备方法，包括如下步骤1)先将金针尖或表面镀金的针尖在胺基巯醇的醇溶液中浸泡，得到胺基巯醇分子膜修饰的针尖；2)将步骤1)所得胺基巯醇分子膜修饰的针尖浸入带羧基的单壁碳纳米管短管的有机溶液中进行反应，得到所述单壁碳纳米管针尖；所述单壁碳纳米管短管的有机溶液中还加有脱水剂。 为了便于在针尖上形成胺基巯醇分子膜，步骤1)所述金针尖或表面镀金的针尖在胺基巯醇的醇溶液中浸泡前还先在浓硫酸双氧水的体积比为7∶3的浓硫酸/双氧水溶液中浸泡处理过。步骤1)所述胺基巯醇为两端分别带有巯基和胺基的分子，常用的有巯基正十一胺、巯基正十八胺、巯基乙胺或对巯基苯胺，胺基巯醇的醇溶液的浓度通常在0.5-1mmol/L。 步骤2)所述带羧基的单壁碳纳米管短管的有机溶液的溶剂常用的有二甲基甲酰胺、二氯苯、乙醇、或氯仿等。脱水剂是二环己基碳酰亚胺。反应温度一般控制在40-60℃。 在制备过程中所用得到带羧基的单壁碳纳米短管可以按照如下方法进行制备以多孔氧化镁负载的铁粒子作催化剂，利用甲烷CVD法合成单壁碳纳米管，对初合成的产品进行提纯(Li，Q.W.；Yan，H.；Zhang，j.；Liu，Z.F.J.Mater.Chem，2002，12，1179)，然后采用混酸氧化法对单壁碳纳米管长管进行化学截短(Liu，J.；Rinzler，A.G.；Dai，H.J.；et al.Science，1998，280，1253)，得到带羧基的单壁碳纳米管短管，这些单壁碳纳米管短管的长度在100-200nm左右。 本专利技术采用湿法化学组装方法可以获得短的单壁碳纳米管针尖，操作简便，重现性好，产率比较高，达到40％以上。所制备的单壁碳纳米管针尖可以用在扫描隧道显微镜上，具有良好的高成像质量和原子级空间分辨能力，以及进行超高密度信息存储的能力，能用于高分辨成像和超高密度存储介质的制备。 附图说明 图1为利用湿法化学组装法制备单壁碳纳米管STM针尖的原理示意图； 图2a为单壁碳纳米管STM针尖的扫描电子显微镜照片；图2b为单壁碳纳米管STM针尖的金丝尖端的微区拉曼光谱图；图3为单壁碳纳米管短管直立组装在金丝针尖的边缘的扫描电子显微镜照片；图4为利用单壁碳纳米管STM针尖在HOPG表面上的成的高分辨STM图像；图5a为TEA(TCNQ)2单晶的bc晶面的STM形貌图像；图5b为TEA(TCNQ)2晶面的较小范围的STM图像；图5c为TEA(TCNQ)2晶面的高分辨STM图像；图5d为使用商品的铂铱针尖(铂80％，铱20％)在TEA(TCNQ)2晶面上获得的信息孔阵图(6V×100μs的脉冲)；图6a为使用实施例1所制备的单壁碳纳米管针尖在TEA(TCNQ)2晶面上获得的信息孔阵图(6V×100μs的脉冲)；图6b为使用实施例1所制备的单壁碳纳米管针尖在TEA(TCNQ)2晶面上获得的信息孔阵图(5V，140μs-980μs的脉冲)；图7a为使用实施例2所制备的单壁碳纳米管针尖在MPM(TCNQ)2单晶上获得的信息孔阵(6V×100μs的脉冲)；图7b为使用商品的铂铱针尖(铂80％，铱20％)在MPM(TCNQ)2单晶上获得的信息孔阵图(6V×100μs的脉冲)。 具体实施方式 实施例1、湿法化学组装法制备STM针尖本专利技术利用湿法化学组装法制备单壁碳纳米管STM针尖的原理如图1所示(以金丝为例)，原始的单壁碳纳米管通过化学氧化截成端口有羧基修饰的短管，通过控制氧化时间的长短可以控制碳纳米管短管的长度。首先，在STM针尖上组装胺基巯醇膜，然后，通过针尖上胺基与单壁碳纳米管端口的羧基之间的缩合反应可将碳纳米管组装到针尖上，通过控制缩合反应的时间可以控制碳纳米管的组装密度，从而保证针尖上的碳纳米管的间距足够大，使得有单根碳纳米管伸出来而成为碳纳米管STM针尖。 制备过程包括如下步骤1、制备单壁碳纳米管短管以多孔氧化镁负载的铁粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单壁碳纳米管针尖，包括扫描隧道显微镜针尖和若干单壁碳纳米管，所述单壁碳纳米管与扫描隧道显微镜针尖通过酰胺键连接。

【技术特征摘要】
1.一种单壁碳纳米管针尖，包括扫描隧道显微镜针尖和若干单壁碳纳米管，所述单壁碳纳米管与扫描隧道显微镜针尖通过酰胺键连接。2.根据权利要求1所述的单壁碳纳米管针尖，其特征在于所述扫描隧道显微镜针尖为金针尖或表面镀金的针尖。3.根据权利要求2所述的单壁碳纳米管针尖，其特征在于所述单壁碳纳米管针尖按如下步骤制备1)先将金针尖或表面镀金的针尖在胺基巯醇的醇溶液中浸泡，得到胺基巯醇分子膜修饰的针尖；2)将步骤1)所得胺基巯醇分子膜修饰的针尖浸入带羧基的单壁碳纳米管短管的有机溶液中进行反应，得到所述单壁碳纳米管针尖；所述单壁碳纳米管短管的有机溶液中还加有脱水剂。4.权利要求1所述单壁碳纳米管针尖的制备方法，包括如下步骤1)先将金针尖或表面镀金的针尖在胺基巯醇的醇溶液中浸泡，得到胺基巯醇分子膜修饰的针尖；2)将步骤1)所得胺基巯醇分子膜修饰的针尖浸入带羧基的单壁碳纳米管短管的有机溶液中进行反...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭海琳，陈卓，童廉明，冉纯博，刘忠范，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]