一种石墨烯-多孔膜-石墨烯三明治液池结构及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯
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多孔膜
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石墨烯三明治液池结构及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料领域，具体涉及的是一种石墨烯
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多孔膜
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石墨烯三明治液池结构及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，透射电子显微镜技术快速发展，成像分辨率不断提升，能够在原子尺度上揭示物质的微观结构，同时成像维度从最初的二维成像向多维度成像推进。冷冻电镜三维重构技术、原子断层扫描技术等能够解析单颗粒样品原子级分辨率的三维结构；而原位液相电镜技术实现了液相中粒子的实时高分辨表征，能够实现粒子的时间分辨和空间分辨的四维成像，有助于揭示化学反应过程中的构效关系和内在机理。该技术主要通过构筑“液池结构”实现液相中粒子的原位表征，其基本原理如同生物体的细胞，用“细胞膜”封装溶液以得到溶液中粒子实时的运动信息。液池结构既使样品免受高真空、强电子束辐照的破坏，又给微观粒子提供了自由的运动环境。通过对液池结构的调控、使用高灵敏度的电子探测仪以及先进的3D重构软件，研究人员不仅可以观察到纳米颗粒的成核、生长、运动等过程，还可以重构出样品的高分辨三维结构等信息，很适合金属纳米颗粒催化剂、生物蛋白等样品的原位高分辨表征。基于此优势，原位液相TEM表征技术在纳米科学、生命科学等领域有广阔的应用前景。
[0003]随着原位液相TEM技术的不断发展，样品制备逐渐成为限制分辨率进一步提高的首要障碍之一。目前构成液池的材料主要有氮化硅和石墨烯两种，传统的氮化硅薄膜的厚度通常为50～500nm，封装液体厚度也大于1μm，严重降低了TEM的成像分辨率。而石墨烯具有优异的电学、力学、光学性质，是一种理想的透射电镜载网材料。规则排列的碳单原子层极大降低了成像背景噪音，为单原子和有机小分子等提供极高的衬度。石墨烯良好的导电性和导热性能够降低电子对样品的辐射损伤，高的机械强度保证了有效地负载样品。而石墨烯层间的π
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π相互作用很强，因此可以实现对液体的良好封装。近年来，石墨烯液池结构逐渐成为原位液相TEM领域的研究热点，广泛的应用于纳米科学、能源科学和生命科学研究中。
[0004]传统的石墨烯液池利用了石墨烯层间的π
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π相互作用，将两片石墨烯对贴在一起，这种液池结构制备简单，液池密封性良好，但液池的形成是随机的，液池的厚度、体积不均一，在成像时需要进行大量的筛选，寻找合适大小的液池进行表征，导致数据采集效率很低。此外，传统的石墨烯液体池的构筑通常需要用高分子(如PMMA)辅助进行石墨烯的转移，除胶过程一方面会对体系产生破坏，另一方面也会造成残胶污染的问题。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供了一种石墨烯
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多孔膜
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石墨烯三明治液池结构及其制备方法和应用，本专利技术的石墨烯
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多孔膜
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石墨烯三明治液池结构用于多维度电子显微镜成
像，能精确控制液体池的厚度与体积，阵列化的结构有利于高效率的数据采集；与此同时，对液池结构进行冷冻能够得到厚度均匀的冰层，在高分辨冷冻电镜成像领域有重要的应用前景。
[0006]本专利技术首先提供了一种金属微栅
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石墨烯
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多孔膜复合结构的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)制备漂浮在水面上的多孔膜；
[0008](2)将金属基底上的石墨烯正面朝上浸入水中，自下而上将所述多孔膜捞起，得到多孔膜
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石墨烯
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金属基底复合结构；
[0009](3)湿法刻蚀所述多孔膜
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石墨烯
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金属基底复合结构中的金属基底，得到液面上自支撑的多孔膜
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石墨烯复合膜；
[0010](4)将固定有批量金属微栅的基底浸没在所述多孔膜
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石墨烯复合膜所在的液体中，自下而上将所述多孔膜
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石墨烯复合膜捞起，得到所述金属微栅
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石墨烯
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多孔膜复合结构；
[0011]或将固定有批量金属微栅的基底置于多孔膜
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石墨烯复合膜下方，将水缓慢抽出，使得所述多孔膜
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石墨烯复合膜缓慢沉积在金属微栅上，得到所述金属微栅
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石墨烯
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多孔膜复合结构。
[0012]上述的制备方法中，所述多孔膜的厚度为10～100nm；具体可为50nm或80nm；
[0013]所述多孔膜为金膜或碳膜；
[0014]所述金属基底为铜箔、铜晶圆或铜镍合金；
[0015]所述漂浮在水面上的多孔膜采用专利号为ZL202110333466.3(专利技术名称：一种多孔透射电镜支撑膜及超平整石墨烯电镜载网及其制备方法)中记载的方法制备。
[0016]具体方法包括：在阵列模板上使用真空镀膜依次镀上一层水溶性牺牲层和多孔电镜支撑膜层，再于水中进行所述多孔电镜支撑膜层与所述阵列模板的分离，得到漂浮在水面上的多孔膜。
[0017]所述石墨烯的层数为单层或多层(2～5层)；
[0018]步骤(2)中，对所述金属基底上的石墨烯做亲水化处理。
[0019]所述亲水化处理具体为采用等离子体刻蚀或紫外
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臭氧亲水化；
[0020]具体的，所述等离子体刻蚀为氧气等离子体刻蚀，氧气气体流量为1～5sccm；功率为10～100W；时间为6～60s；更为具体的，所述氧气气体流量为1sccm，功率为30W，时间为18s。
[0021]步骤(3)中，所述湿法刻蚀的刻蚀液为过硫酸铵、多硫酸钠或氯化铁；
[0022]所述刻蚀液的浓度为0.1mol/L～1mol/L；具体可为0.5mol/L；
[0023]所述刻蚀的温度为室温。
[0024]所述金属基底上的石墨烯的制备方法，为本领域常用的方法，具体可采用化学气相沉积法制备。
[0025]上述的制备方法中，所述金属微栅的材质为金、铜、镍、钼或非金属材料氮化硅；
[0026]所述金属微栅为200～400目的金属微栅；具体可为300目。
[0027]上述的制备方法，步骤(3)中，刻蚀金属基底后对所述多孔膜
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石墨烯复合膜进行洗涤；
[0028]具体的，所述洗涤的方式为将所述多孔膜
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石墨烯复合膜用玻片或者不锈钢网捞起转移至去离子水面上漂浮洗涤；
[0029]所述洗涤的步骤进行2～3次的转移，每次洗涤的时间为10～20分钟。
[0030]步骤(4)中还有对所述金属微栅
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石墨烯
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多孔膜复合结构进行干燥的步骤；
[0031]具体的，所述干燥的时间为0.5～5天，具体可为1天；干燥的温度为20℃～80℃；具体可为室温。
[0032]本专利技术还提供了上述的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属微栅
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石墨烯
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多孔膜复合结构的制备方法，包括如下步骤：(1)制备漂浮在水面上的多孔膜；(2)将金属基底上的石墨烯正面朝上浸入水中，自下而上将所述多孔膜捞起，得到多孔膜
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石墨烯
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金属基底复合结构；(3)湿法刻蚀所述多孔膜
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石墨烯
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金属基底复合结构中的金属基底，得到液面上自支撑的多孔膜
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石墨烯复合膜；(4)将固定有批量金属微栅的基底浸没在所述多孔膜
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石墨烯复合膜所在的液体中，自下而上将所述多孔膜
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石墨烯复合膜捞起，得到所述金属微栅
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石墨烯
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多孔膜复合结构；或将固定有批量金属微栅的基底置于多孔膜
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石墨烯复合膜下方，将水缓慢抽出，使得所述多孔膜
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石墨烯复合膜缓慢沉积在金属微栅上，得到所述金属微栅
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石墨烯
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多孔膜复合结构。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述多孔膜的厚度为10～100nm；所述多孔膜为金膜或碳膜；所述金属基底为铜箔、铜晶圆或铜镍合金；所述石墨烯的层数为单层或多层(2～5层)；步骤(2)中，对所述金属基底上的石墨烯做亲水化处理。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述金属微栅的材质为金、铜、镍、钼或非金属材料氮化硅；所述金属微栅为200～400目的金属微栅。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，刻蚀金属基底后应对所述多孔膜
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石墨烯复合膜进行洗涤；具体的，所述洗涤的方式为将所述多孔膜
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石墨烯复合膜用玻片或者不锈钢网捞起转移至去离子水面上漂浮洗涤；所述洗涤的步骤中进行2～3次的转移，每次洗涤的时间为10～20分钟。5.权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：彭海琳，郑黎明，高啸寅，张亦弛，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：