一种高分辨SECM探针制造技术

本实用新型专利技术提供了一种高分辨扫描电化学显微镜(SECM)探针，包括：主体支撑结构、悬臂梁、导电纳米针尖和外接导线；所述导电纳米针尖设置于悬臂梁顶端；所述悬臂梁与外接导线在主体支撑结构内部相连接；所述导电纳米针尖的直径≤100nm。本实用新型专利技术避免了常规SECM针尖在锂离子电池体系中会与电池体系反应的问题，通过纳米级导电针尖，可以得到高质量的纳米级分辨率形貌成像，且除了针尖尖端外，探针整体绝缘，成像时避免了探针在液下的大范围放电问题，实现了纳米级分辨率的电流分布成像。实现了纳米级分辨率的电流分布成像。实现了纳米级分辨率的电流分布成像。

【技术实现步骤摘要】
一种高分辨SECM探针


[0001]本技术属于纳米机械传感器
，尤其涉及一种高分辨SECM 探针。

技术介绍

[0002]扫描电化学显微镜(scanning electrochemical microscopy，SECM)是一种扫描探针显微镜，可以测量样品的表面形貌和局部微区氧化还原电流，目前在腐蚀、生物、能源等方面起着重要作用。在锂离子电池中，扫描电化学显微镜可以在锂离子电池充放电的同时，测量电极表面的氧化还原电流，从而实现对锂离子电池电极/电解液界面反应的观察，以及实现对电极SEI膜生长和演变过程的原位监测。SECM测量的空间分辨率在很大程度上取决于探针的尺寸，并且较小的探针可以在表面电化学过程中具有更快的响应速度。但是目前研究中所用到的SECM探针直径一般在5～25微米，很难达到高分辨测量。并且探针在液下扫描过程中，作为工作电极，一些由Si、C等具有储锂特性材料制备的探针，在锂离子电池充放电时，易与锂离子发生反应，使探针出现体积变化，导致无法获得准确的表面形貌以及电流信息。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本技术的目的在于提供一种高分辨SECM探针，本技术提供的探针可以在锂离子电池充放电的同时，实现对电极表界面反应的纳米级分辨率的形貌、电流成像。
[0004]本技术提供了一种高分辨SECM探针，包括：
[0005]主体支撑结构、悬臂梁、导电纳米针尖和外接导线；
[0006]所述导电纳米针尖设置于悬臂梁顶端；
[0007]所述悬臂梁与外接导线在主体支撑结构内部相连接；
[0008]所述导电纳米针尖的直径≤100nm。
[0009]优选的，所述导电纳米针尖的直径为10～100nm。
[0010]优选的，所述导电纳米针尖为金属导电纳米针尖。
[0011]优选的，所述导电纳米针尖的部分表面设置有绝缘膜。
[0012]优选的，所述悬臂梁的表面设置有绝缘层。
[0013]优选的，所述悬臂梁下表面的绝缘层表面设置有金属层。
[0014]优选的，所述绝缘层的厚度为1～2mm。
[0015]优选的，所述金属层的厚度为1～2μm。
[0016]优选的，所述绝缘层为环氧树脂层。
[0017]优选的，所述导电纳米针尖的部分表面设置有绝缘层。
[0018]本技术提供的高分辨SECM探针采用不与锂离子反应的金属作为针尖，可以用于锂离子电池体系，并且具有纳米级针尖(针尖直径≤100nm)，可以在锂离子电池充放电的同时，实现对电极表界面反应的纳米级分辨率的形貌、电流成像。
附图说明
[0019]图1中a为本技术实施例中用于锂离子电池的SECM高分辨探针的结构示意图；b为实施例中用于锂离子电池的SECM高分辨探针的针尖局部放大图；
[0020]图2为本技术实施例中一种用于锂离子电池的SECM高分辨探针的制备工艺流程图；
[0021]图1和图2中，1为外接铜丝，2为悬臂梁，3为导电纳米针尖，4为铂丝垂直折弯部分，5为悬臂梁金反射金属涂层，6为主体支撑结构，7为沟槽。
具体实施方式
[0022]下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本技术保护的范围。应理解，本技术实施例仅用于说明本技术的技术效果，而非用于限制本技术的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。
[0023]本技术提供了一种高分辨SECM探针，包括：
[0024]主体支撑结构、悬臂梁、导电纳米针尖和外接导线。
[0025]在本技术中，所述导电纳米针尖优选为金属导电纳米针尖，更优选为不与锂离子反应的金属导电纳米针尖，最优选为铂导电纳米针尖。
[0026]在本技术中，所述导电纳米针尖的直径(针头部分的直径)≤100nm，优选为10～50nm，更优选为10～30nm，最优选为10～20nm；所述导电纳米针尖的长度优选为30～80μm，更优选为40～70μm，最优选为50～60μm。在本技术中，所述导电纳米针尖优选包括针头部分和针柄部分，所述针头部分的形状为锥形；所述针头部分的长度优选为10～30μm，更优选为15～25μm，最优选为20μm；所述针柄部分的形状为长方形；所述针柄的长度优选为20～50μm，更优选为25～45μm，最优选为25～45μm；所述针柄的横截面为长方形或正方形，所述针柄的横截面积优选为500～2000μm2，更优选为1000～1500μm2。
[0027]在本技术中，所述导电纳米针尖的部分表面设置有绝缘层，更优选所述导电纳米针尖的针柄部分的表面设置有绝缘层；所述绝缘层优选为环氧树脂层；所述绝缘层的厚度优选为1～2mm，更优选为1.2～1.8mm，最优选为 1.4～1.6mm。
[0028]在本技术中，所述导电纳米针尖的部分表面优选设置有绝缘膜，更优选所述导电纳米针尖的针头部分的表面设置有绝缘膜；所述绝缘膜优选为环氧树脂膜；所述绝缘膜的厚度优选为2～10μm，更优选为4～6μm，最优选为 5μm；所述绝缘膜能够覆盖针头部分除针尖尖端表面外的其它表面。
[0029]在本技术中，所述导电纳米针尖设置于悬臂梁顶端，所述导电纳米针尖与悬臂梁优选为一体成型获得；所述导电纳米针尖和悬臂梁共同形成折型结构，所述折型状结构的弯折部分作为导电纳米针尖，水平部分作为悬臂梁，所述悬臂梁优选与针柄部分连接，针柄部分设置在悬臂梁的顶端；所述悬臂梁的长度优选为300～1000μm，更优选为400～800μm，最优选为 500～600μm；所述悬臂梁的横截面优选为长方形或正方形；所述悬臂梁的横截面积优选为500～2000μm2，更优选为1000～1500μm2。
[0030]在本技术中，所述悬臂梁优选为铂悬臂梁。
[0031]在本技术中，所述悬臂梁的表面优选设置有绝缘层，所述绝缘层优选为环氧树脂层；所述绝缘层的厚度优选为1～2mm，更优选为1.2～1.8mm，最优选为1.4～1.6mm。
[0032]在本技术中，所述悬臂梁下表面(相对于导电纳米针尖方向的一面) 的绝缘层表面优选设置有金属层，所述金属层优选为金层；所述金属层的厚度优选为1～2μm，更优选为1.2～1.8μm，最优选为1.4～1.6μm。
[0033]在本技术中，所述主体支撑结构优选为硅片主体支撑结构。
[0034]在本技术中，主体支撑结构的形状优选为长方形；所述主体支撑结构的长度优选为5～20mm，更优选为10～15mm，宽度优选为3～10mm，更优选为4～8mm，最优选为5～6mm，厚度优选为1～3mm，更优选为1.5～2.5mm，最优选为2mm。
[0035]在本技术中，所述悬臂梁和外接导线均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高分辨SECM探针，包括：主体支撑结构、悬臂梁、导电纳米针尖和外接导线；所述导电纳米针尖设置于悬臂梁顶端；所述悬臂梁与外接导线在主体支撑结构内部相连接；所述导电纳米针尖的直径≤100nm。2.根据权利要求1所述的高分辨SECM探针，其特征在于，所述导电纳米针尖的直径为10～100nm。3.根据权利要求1所述的高分辨SECM探针，其特征在于，所述导电纳米针尖为金属导电纳米针尖。4.根据权利要求1所述的高分辨SECM探针，其特征在于，所述导电纳米针尖的部分表面设置有绝缘膜。5.根据权利要求1所述的高分辨S...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈彩，黄云博，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：新型
国别省市：