[发明专利]基于电磁场的碳纳米管AFM探针的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种原子力显微镜探针，具体地说是一种基于电磁场的碳纳米管AFM探针的制备方法。

背景技术

原子力显微镜(AFM)探针结构对纳米结构表面扫描成像的分辨率、灵敏性和探测深度具有重要的影响。常规AFM探针通常由光刻工艺加工而成，具有金字塔的外形结构，锥角约为30°，长度在15-20μm，硅针尖的曲率半径小于20nm、导电针尖的曲率半径为30-100nm。随着研究的深入，比如生物分子(DNA，染色体和各种蛋白质)结构的表征，常规AFM探针已不能满足高分辨率的要求，而且生物分子容易受到常规AFM探针针尖的破坏和损伤。为克服这些困难，有必要研究基于碳纳米管针尖的原子力显微镜探针。

碳纳米管(CNT)具有小直径、高纵横比、高强度和高弹性、优良的耐磨损性能以及独特的电学和化学特性，使其特别适合制作高分辨率的原子力显微镜探针针尖。小直径和高纵横比有助于获得高分辨率的扫描图像，减少深沟槽形貌的成像失真；高强度可使探针免受偶然撞针而损坏；高弹性可限制针尖在样品表面的作用力，有效地保护了脆弱的有机样品免受针尖的损伤；优良的耐磨损性能可提高昂贵探针的使用寿命，大大降低成本；独特的电学和化学特性可使探针在成像和操作过程中免受或减少样品和外界的污染，特别是扫描或操作软材料的情况；此外，经过化学和生物修饰，碳纳米管所表现出的化学灵敏性和亲生物特性使其成为有利的探测工具。

制备碳纳米管AFM探针的通常做法是手工式组装和化学气相沉积(CVD)法生长。然而，手工式组装方法操作困难、费时费力，难以实现大规模批量制造；CVD生长法可实现批量制造，但催化剂沉积位置和密度控制困难，生长成的碳纳米管长度和方向难以控制，且制造条件复杂，成本高昂。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种操作简便、低成本的基于电磁场的碳纳米管AFM探针制备方法。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种基于电磁场的碳纳米管AFM探针的制备方法包括以下步骤：建立外加电场下溶液中碳纳米管的介电泳力理论模型；调节常规AFM探针和导电基底之间电压幅值或常规AFM探针和导电基底的间隙，控制常规AFM探针与导电基底间的场强；通过波形信号发生器在常规AFM探针和导电基底间施加交流电场；在光学显微镜监视下，滴加碳纳米管溶液到常规AFM探针和导电基底之间，直至浸没常规AFM探针针尖末端；静置5～50秒后，断开外加交流信号即完成。

所述碳纳米管在溶液中的介电泳力理论模型指的是：在常规AFM探针和导电基底间的碳纳米管溶液非均匀电场中，电极化后的碳纳米管所受的介电泳力模型，具体如下：

FDEP=16πr2lϵmRe[K(ω)]▿E2]]>

K(ω)=ϵp*-ϵm*ϵm*]]>