一种包裹二维材料的原子力显微镜探针制备方法技术

本发明专利技术公开了一种包裹二维材料的原子力显微镜探针制备方法，涉及原子力显微镜探针的修饰与加工技术领域。本发明专利技术实施例提供的方法，能够使二维材料薄层均匀包裹在原子力显微镜的针尖上，可以应用于对二维平面材料的表面性能研究，尤其是二维材料之间的粘附，摩擦等机械力学性能；且结构简单、稳固，制备速度快且成本低，非常适用于实验室制备包裹二维材料的原子力显微镜探针。原子力显微镜探针。原子力显微镜探针。

【技术实现步骤摘要】
一种包裹二维材料的原子力显微镜探针制备方法


[0001]本专利技术涉及原子力显微镜探针的修饰与加工
，具体而言，涉及一种包裹二维材料的原子力显微镜探针的制备方法。

技术介绍

[0002]原子力显微镜利用微悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子之间的作用力，从而达到检测的目的，具有原子级的分辨率。由于原子力显微镜既可以观察导体，也可以观察非导体，从而弥补了扫描隧道显微镜的不足。原子力显微镜探针的工作模式主要分为接触模式和轻敲模式，探针的结构一般包括悬臂梁和针尖探针等几部分。探针的针尖主导着原子力显微镜的性能，常以半导体工艺制作，常规以硅，氮化硅为基础材料制成，利用金属沉积，溅射等镀金属层改善导电或增加新的性能；近年来，对原子力显微镜针尖的修饰和加工受到了越来越多的关注，利用各种低维材料的特殊性能制备得到的各种具有新的功能，较好的图像质量的原子力显微镜探针满足了科研工作在某些领域的特殊要求。
[0003]近年来，二维材料由于其独特的物理、电子和化学性质,引起广泛关注。二维材料强烈的面内共价键和原子层厚度使得其具有优异的机械强度、柔性和加工性，高表面积和高度暴露的表面原子为其物理化学性能的调控提供了有利条件。主要包括石墨烯，氮化硼，二硫化钼等。二硫化钼是一种良好的固体润滑剂，它具有非常低的摩擦系数，高的屈服强度，能在高温和各种超低温条件下使用，有着十分优良的润滑作用，对于研究摩擦与磨损具有重大意义。对二维材料的表面性能的研究占二维材料研究的很大部分，常以原子力显微镜为手段展开这方面的工作，但是以普通的原子力探针的研究只能研究硅等材料与二维材料之间的相互作用，不能研究二维材料之间的相互作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的实施例提供了一种包裹二维材料的原子力显微镜探针制备方法，能够在空气和真空中应用于原子力显微镜，实现各种原子力显微镜图像的获取，制作过程简单，适合实验室制备包裹二维材料的原子力显微镜探针。
[0005]根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种包裹二维材料的原子力显微镜探针，根据本专利技术的实施例，该二维材料探针包括悬臂和针尖，针尖的底部与所述悬臂的前端固定相连；二维材料层，所述二维材料层均匀包裹在所述针尖的尖端。
[0006]本专利技术上述实施例的包裹二维材料的原子力显微镜探针不仅结构简单，制备速度快且成本低，适用于对二维平面材料的表面性能研究，尤其是二维材料之间的粘附，摩擦等机械力学性能。
[0007]另外，根据本专利技术上述实施例的包裹二维材料的原子力显微镜探针还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述悬臂为矩形；所述悬臂的基底材质为硅，反射层材质为铝。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，所述针尖为三面体，所述针尖的材质为硅。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述二维材料层的厚度为微纳米级，优选不大于1μm，更优选不大于200nm。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述二维材料层的片径为1～500μm，优选5～100μm。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述二维材料为嵌锂的二硫化钼、嵌锂的二硒化钼、嵌锂的石墨烯或嵌锂的二硫化钨。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述二维材料层为嵌锂的二硫化钼，所述二维材料层的厚度为5～200nm、片径为5～100μm。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述探针与二维材料层通过摩擦转移，将二维材料层直接吸附在原子力显微镜探尖上。
[0014]本专利技术提出了一种制备上述包裹二维材料的原子力显微镜探针的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：（1）通过化学气相沉积法制备生长在硅片表面的薄层二维材料；（2）利用湿法转移将二维材料层转移至镀铂的硅基底上；（3）通过嵌锂等方式打开二维材料的层间距；（4）通过原子力显微镜的横向力模块，探针与二维材料层摩擦转移，将二维材料层直接吸附在原子力显微镜探尖上，得到包裹二维材料的原子力显微镜探针。
[0015]本专利技术上述实施例的制备方法工艺简单、成本低、制备速度快，可以应用于对二维平面材料的表面性能研究，特别适用于与某种特定二维材料(例如二硫化钼)有关的摩擦实验。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述二维材料层为嵌锂的二硫化钼，所述二维材料层的制备方法如下：(1)通过化学气相沉积法制备二硫化钼层；(2)利用湿法转移将二硫化钼层转移至铂基底上；(3)通过化学插锂的方法形成带锂二硫化钼样品。
[0017] 在本专利技术的一些实施例中，使用原子力显微镜的横向力模块进行扫描时，“Scan Size”选择20μm，“Scan Rate”选择2.44Hz,“Setpoint”选择0.5V。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述化学气相沉积法制备二维材料所用真空装置是成品高温管式炉，设置目标温度及达到目标温度所需要的时间，温度达800℃。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述湿法转移需要用到质量分数为12％的聚甲基丙烯酸甲酯胶，所述碳酸亚丙基酯胶溶剂为苯甲醚，旋涂参数为300r/min持续15s，1500r/s持续30s。
[0020] 在本专利技术的一些实施例中，所述湿法转移需要用到2mol/L NaOH溶液。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，所述化学插锂需要用到质量分数为12%的正丁基锂溶液，溶剂为正己烷。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，所述原子力显微镜需具备横向力模块，用于制备包裹二维材料的原子力显微镜探针，该原子力显微镜可以用于对微纳米尺度下某种特定材料例如二硫化钼的微观机理的研究，尤其是二维材料之间的粘附，摩擦等机械力学性能，且制作过程成熟简便，适合实验室制备包裹二维材料的原子力显微镜探针。
[0023]本专利技术的具体实施方式将在下面的描述中部分给出，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，其中：图1是本专利技术一个实施例中用于制备包裹二维材料的原子力显微镜探针的结构示意图。
[0025]图2是根据本专利技术一个实施例，用嵌锂的二硫化钼包裹的原子力显微镜探针的扫描电镜图。
[0026]图3是根据本专利技术一个实施例，制备用嵌锂的二硫化钼包裹的原子力显微镜探针的方法流程图。
具体实施方式
[0027]为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合本专利技术的实施例和附图作作进一步详细描述。下文中将详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0028]本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
[0029]根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包裹二维材料的原子力显微镜探针制备方法，其特征在于，包括：(1)通过原子力显微镜的横向力模块扫描二维材料层，使探针与二维材料层接触，(2)通过摩擦转移，将二维材料层直接吸附在原子力显微镜探针针尖上，得到二维材料层均匀包裹在针尖底部的探针，其中，所述二维材料层为嵌锂二硫化钼薄层，所述嵌锂二硫化钼层的制备方法如下：(2
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1)通过化学气相沉积法制备二硫化钼层；(2
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2)利用湿法转移将二硫化钼层转移至镀铂的硅基底上；(2
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3)通过化学插锂的方法形成带锂的二硫化钼样品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：在使用原子力显微镜的横向力模块进行扫描时，“Scan Size”选择20μm，“Scan Rate”选择2.44Hz,“Setpoint”选择0.5V。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2
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1)中，所述化学气相沉积法制备二硫化钼层所用真空装置是成品高温管式炉，设置目标温度800℃，达到目标温度所需要的时间40分钟。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2
‑
2)中，所述湿法转移需要用到质量分数为12％的聚甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭金峰，李立豪，郑学军，陈珊，苏亮，王鹏，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：