[发明专利]透射电镜中纳米线原位压缩下力电性能测试装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种透射电镜中纳米线原位压缩下力电性能测试装置，属于纳米材料性能原位检测领域。

背景技术：

实现对单体纳米结构的操纵和原位性能测量，是当今纳米新结构、新性质以及新器件研究的瓶颈性关键科学技术问题，尤其是在透射电子显微镜中，由于其狭小的空间，使得人们更难实现单体纳米结构的测试。

应该指出，尽管近年来人们对单体纳米材料的力学性能和电学性能有了深入的研究，但因其难度和复杂性，至今尚未形成公认的结论。一维纳米材料作为微机电系统和纳机电系统的互连线或基本功能单元，因此充分了解单根一维纳米材料的力学性能和电学性能以及在应力作用下的电/力偶合性能是设计纳米器件的基本准则。

目前对于单根一维纳米材料力学性能的测试手段大致可以分为以下三种。

第一，以原子力显微镜或扫描隧道显微镜为基本手段的测试方法。由于这些设备具有高的力学和位移分辨率，其中一种方法是报道于《advancedmaterials》1999，vol.11，161-165页上的“有序和杂乱排列的多壁弹纳米管的弹性模量”(Elastic modulus of ordered and disordered multiwalledcarbon nanotubes)，公开了一种横跨在一个洞上面的碳纳米管，利用原子力显微镜针尖压弯曲纳米管，利用原子力显微镜高的力学和位移传感特性，测试了纳米管的弹性模量，随后类似的方法多有报道用于测试其它纳米线的力学性能。另一中方法报道于《Nano Letters》2005，vol.5，1954-1958上的，“垂直阵列生长纳米线的弹性性能”(elastic property of verticallyaligned nanowires)，同样是利用原子力显微镜弯曲竖直生长的氧化锌纳米线，利用弯曲位移和力的关系，计算了氧化锌纳米线的弹性模量。由于优越的力学和位移分辨率，原子力显微镜基的力学测试方法非常适合于测量单根纳米线的力学性能，但是不能原位监测纳米线变形过程中的结构变化，难于解释纳米线的变形机制和断裂过程。

第二，在扫描电子显微镜中发展单根一维纳米材料性能测量的方法。2000年，《Science》vol.287，637-640上的“拉应力加载下多壁碳纳米管的强度和断裂机制”(Strength and breaking mechanism of multiwalled carbonnanotubes under tensile load)一文中报道了在扫描透射电镜中安装一套原子力探针系统，利用两个原子力探针实现了对碳纳米管的拉伸。同样是在扫描电镜中，2005年《Nature materials》，vol.4,525-529上的“超高强度金纳米线的力学性能”(Mechanical properties of ultrahigh-strength goldnanowires)文章报道了利用单个原子力探针压金纳米线的装置与方法，从而实现对纳米线的力学性能的测试。扫描显微镜与原子力探针的结合尽管能够给出测量数据以及原位的变形过程，但是由于其分辨率是在纳米量级，不能给出原子尺度的信息，对于变形机理的研究受到一定的限制。