透射电镜微栅的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种透射电镜微栅的制备方法，其包括以下步骤：提供多个金属网格间隔设置在一基底表面；从碳纳米管阵列中拉取获得至少一碳纳米管薄膜；将至少一碳纳米管薄膜覆盖在该多个间隔设置的金属网格上；使用有机溶剂处理该碳纳米管薄膜和金属网格；以及断开该多个金属网格之间的碳纳米管薄膜，从而形成多个透射电镜微栅。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
在透射电子显微镜中，多孔碳支持膜(微栅)是用于承载粉末样品，进行透射电子显微镜高分辨像(HRTEM)观察的重要工具。随着纳米材料研 究的不断发展，微栅在纳米材料的电子显微学表征领域的应用日益广泛。现 有技术中，该应用于透射电子显微镜的微栅通常是在铜网或镍网等金属网格 上覆盖一层多孔有机膜，再蒸镀一层非晶碳膜制成的。然而，在实际应用中， 尤其在观察尺寸小于5纳米的颗粒的透射电镜高分辨像时，微栅中的非晶碳 膜对纳米颗粒的透射电镜高分辨像观察的影响很大。自九十年代初以来，以 碳纳米管(请参见Helical microtubules of graphitic carbon, Nature, Sumio Iijima, vol 354， p56(1991))为代表的纳米材料以其独特的结构和性质引起了 人们极大的关注。将碳纳米管薄膜应用于微栅的制作，有利于提高透射电镜 的分辨性能。然而，碳纳米管不易分散，并且碳纳米管薄膜的制备过程复杂， 难以应用于大批量制备透射电镜微栅。因此，确有必要提供一种，其中该透射电镜微 栅对于纳米级颗粒，尤其是直径小于5纳米的颗粒，更容易获得效果更好地 透射电镜高分辨像。
技术实现思路
一种，其包括以下步骤提供多个金属网格间 隔设置在一基底表面；从碳纳米管阵列中拉取获得至少一碳纳米管薄膜；将 至少 一碳纳米管薄膜覆盖在该多个间隔设置的金属网格上；使用有机溶剂处 理该碳纳米管薄膜和金属网格；以及断开该多个金属网格之间的碳纳米管薄 膜，从而形成多个透射电镜微栅。相较于现有技术，所述的，其通过从超顺排碳纳米管阵列连续抽出碳纳米管薄膜并一次覆盖在多个金属网格上，方法简 单、快捷，通过去除金属网格以外的碳纳米管薄膜，可批量制备性质稳定的 透射电镜用微栅。利用碳纳米管的吸附特性，这种微栅有助于观察尺寸小于5nm的纳米颗粒的透射电镜高分辨像。 附图说明图1为本技术方案实施例的流程示意图。 图2A-2D是本技术方案实施例透射电镜微栅的制备工艺流程图。 图3为本技术方案实施例透射电镜微栅的结构示意图。 图4为本技术方案实施例透射电镜微栅的扫描电镜(SEM)照片。 图5为本技术方案实施例透射电镜微栅中碳纳米管薄膜的透射电镜照片。图6为应用本技术方案实施例透射电镜微栅观察纳米金颗粒的透射电镜 照片。图7为图6的局部放大示意图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。请参阅图l及图2A-2D，本专利技术实施例主要包 括以下几个步骤步骤一提供一基底12及多个用于透射电镜中的金属网格14,将该多 个金属网格14间隔设置于该基底12表面。该基底12具有一平整表面，其材料不限。本实施例中，该基底12为一 陶瓷片。该金属网格14为一形成有一个或多个通孔的金属片。该通孔的直 径为10孩史米~2毫米。该金属网格14材料为铜或其他金属材料，该金属网格 14的网孔孔径远大于碳纳米管薄膜16中相邻碳纳米管之间的距离，或多层 碳纳米管薄膜16重叠形成的碳纳米管薄膜结构的微孔孔径。两个相邻的金属网格14之间的距离不能过大或过小，过大则不利于提 高透射电镜微栅的生产效率，过小则使后续步骤中对碳纳米管薄膜16的加 工难度增加，不利于降低生产成本。当在后续步骤中使用激光束18照射方5法处理碳纳米管薄膜16时，该两个相邻的金属网格14之间的距离应大于激 光束18照射在碳纳米管薄膜16表面上所形成光斑的直径，本实施例优选为 50~200微米。优选地，为提高碳纳米管薄膜16的利用率并方便切割，可以 将该多个金属阿格14紧密并规则排列于该基底12表面。本实施例中，该多 个金属网格14沿行及列排列于该基底12表面。步骤二提供一碳纳米管阵列，优选地，该阵列为超顺排碳纳米管阵列。本实施例中，超顺排碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其 具体步骤包括(a)提供一平整基底，该基底可选用P型或N型硅基底，或 选用形成有氧化层的硅基底，本实施例优选为采用4英寸的硅基底；(b)在 基底表面均匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、 镍(Ni)或其任意组合的合金之一；(c)将上述形成有催化剂层的基底在 700 卯0。C的空气中退火约30分钟 90分钟；(d)将处理过的基底置于反应 炉中，在保护气体环境下加热到500 740°C,然后通入碳源气体反应约5~30 分钟，生长得到超顺排碳纳米管阵列，其高度为200~400微米。该超顺排碳 纳米管阵列为多个彼此平行且垂直于基底生长的碳纳米管形成的纯碳纳米 管阵列。通过上述控制生长条件，该超顺排碳纳米管阵列中基本不含有杂质， 如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。该碳纳米管阵列中的碳纳米管彼此 通过范德华力紧密接触形成阵列。本实施例中碳源气可选用乙炔等化学性质较活泼的碳氢化合物，保护气 体可选用氮气、氨气或惰性气体。步骤三从上述碳纳米管阵列中抽取获得至少一具有一定宽度和长度的 碳纳米管薄膜16。采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉取获得碳纳米管薄膜16。其具体 包括以下步骤(a)从上述碳纳米管阵列中选定一定宽度的多个碳纳米管片 断，本实施例优选为釆用具有一定宽度的胶带接触碳纳米管阵列以选定一定 宽度的多个碳纳米管片断；(b)以一定速度沿基本垂直于碳纳米管阵列生长 方向拉伸该多个碳纳米管片断，以形成一碳纳米管薄膜16。在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片断在拉力作用下沿拉伸方向逐渐 脱离基底的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片断分别与其 他碳纳米管片断首尾相连地连续地被拉出，从而形成一碳纳米管薄膜16。该碳纳米管薄膜16为定向排列的多个碳纳米管束首尾相连形成的具有一定宽 度的碳纳米管薄膜16。该碳纳米管薄膜16中碳纳米管的排列方向基本平行 于碳纳米管薄膜16的拉伸方向。本实施例中，该碳纳米管薄膜16的宽度与碳纳米管阵列所生长的基底 的尺寸有关，该碳纳米管薄膜16的长度不限，可根据实际需求制得。本实 施例中采用4英寸的基底生长超顺排碳纳米管阵列，该碳纳米管薄膜16的 宽度可为lcm 10cm，碳纳米管薄膜16中相邻碳纳米管之间的距离小于10 微米。步骤四将上述获得的碳纳米管薄膜16覆盖在上述多个间隔设置的金 属网格14上。优选地，该-暖纳米管薄膜16的面积应足够大，>^人而可^吏该^碳纳米管薄 膜16完全覆盖该多个间隔设置的金属网格14。可以理解，可进一步将多个碳纳米管薄膜16依次重叠地铺设在多个金 属网格14上。具体地，可将抽取获得的一碳纳米管薄膜16直接覆盖在金属 网格14上，再将另一或更多的碳纳米管薄膜16沿预定角度依次覆盖上一碳 纳米管薄膜16，从而形成一覆盖于多个金属网格14上的碳纳米管薄膜结构。 该多个碳纳米管薄膜16的铺设角度不限，为0。〈a兰90。，本实施例优选为卯。。由于本实施例步骤 一 中提供的超顺排碳纳米管阵列中的碳纳米管非常纯净，且由于碳纳米管本身的比表面积非常大，所以该碳纳米管薄膜16本 身具有较强的粘性。多层碳纳米管薄膜16之间由于范德华力紧密连接形成 一稳定的碳纳米管薄膜结构。该预定的角度可根据需求设定为相同的角度或 不同的角度。该碳纳米管薄膜结构中碳纳米管薄膜16的层数不限。另外，也可将多层抽取获得的碳纳米管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透射电镜微栅的制备方法，其包括以下步骤：　提供多个金属网格间隔设置在一基底表面；　从碳纳米管阵列中拉取获得至少一碳纳米管薄膜；　将至少一碳纳米管薄膜覆盖在该多个间隔设置的金属网格上；　使用有机溶剂处理该碳纳米管薄膜和金属网格；以及　断开该多个金属网格之间的碳纳米管薄膜，从而形成多个透射电镜微栅。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽娜，陈卓，冯辰，刘亮，姜开利，李群庆，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：11[中国|北京]