[发明专利]电子束辐照增强多壁纳米管器件横向刚度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增强悬空纳米管器件横向刚度的方法，该方法可用于扫描探针显微镜碳纳米管探针在形貌检测、纳米加工，以及场发射纳米管器件等领域。

背景技术

扫描探针显微镜碳纳米管探针是将纳米管固定在普通探针的末端，将碳纳米管作为探针进行工作。碳纳米管探针已经显示了许多普通探针所不具备的优良性能，如更高的分辨率、耐磨性和良好的柔韧性等。由于长径比大，碳纳米管探针被期望是表征陡峭样品的理想探针。然而由于碳纳米管细长，纳米管探针的横向弹性系数小，导致其在对大深宽比样品进行形貌表征时，很容易因为横向刚度小而产生弯曲失稳，使获得的图像存生假象，其大长径比优势没有得到充分的发挥。

对于扫描表面起伏较大的粗糙陡峭样品，需要碳纳米管探针具有一定的长度以保证其长径比大的优势，减小探针的展宽效应，而且同时需要提高纳米管的直径以提高其弹性系数和稳定性。直径增加势必影响探针分辨率，所以对于表征表面粗糙的样品表面，末端直径细化的纳米管探针是理想选择。而大长径比且横向刚度大的纳米管探针制备研究仍是国内外尚未解决的制造难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够显著提高纳米管探针等悬空纳米管器件的使用性能的方法。本发明提出的技术方案如下：电子束辐照增强多壁纳米管器件横向刚度的方法，采用聚焦电子束设备实现，包括下列步骤：

1)将需要刚度优化的悬空多壁纳米管器件置于聚焦电子束设备样品台上，调节多壁纳米管在电子束垂直方向上；通过电子束成像系统对其进行形貌观测，调整聚焦电子束工作距离；

2)改变不同的电子束辐照参数，包括控制电子束的照射区域、束流强度、加速电压、辐照时间参数，然后开启聚焦电子束发生器，对悬空多壁纳米管器件的局部或全部多壁纳米管进行电子束扫描照射，以满足刚度和柔韧性要求。

作为优选实施方式，本发明最好使用不同的电子束辐照参数分别对纳米管器件的不同部位进行辐照，对于远离悬空端、靠近基底位置的纳米管区域，比靠近悬空端的纳米管区域，采用更高的束流和更高的加速电压和/或更长的辐照时间的电子束辐照方式。

本发明提出的电子束辐照增强多壁纳米管器件横向刚度的方法，在电子束指定照射区域，在电子束的照射轰击下，纳米管的层与层间会产生新的化学键，从而使其刚度得到增强。本发明的方法通过改变不同的电子束辐照参数，可以使纳米管的不同区域的刚度和柔韧性不同，对于远离悬空端、靠近基底位置的纳米管位置，比对于靠近悬空端的纳米管部位，采用更高的束流和更高的加速电压和/或更长的辐照时间的电子束辐照方式，这样可以实现大长径比的纳米器件的制造优化和性能改善，使得纳米管器件靠近悬空端的纳米管部位，具有良好的柔韧性；而远离悬空端、靠近基底位置的纳米管位置，则具有更好的强度。

附图说明

图1电子束辐照前的多壁纳米管器件。

图1本发明实施例1的基本原理图。

图2本发明实施例2的基本原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。本发明的方法如下：

1.见图1，将需要刚度优化的悬空纳米管器件置于聚焦电子束设备样品台上，调节工作台使纳米管1的轴线垂直于电子束方向；通过电子束成像系统对纳米管器件进行形貌观测，调整聚焦电子束工作距离至1～10mm；这里的纳米管器件可为碳纳米管、硅纳米管等各种材料纳米管。这里的悬空纳米管器件指一端固定另一端悬空的纳米管器件，如扫描探针显微镜纳米管探针、纳米管场发射器件等。

2.开启聚焦电子束发生器，选择合适的电子束束流强度(100pA～10nA)、加速电压(1kV～30kV)和辐照时间(10s～300s)，对悬空纳米管器件在指定位置进行电子束扫描照射；

3.改变不同的电子束辐照参数以满足刚度和柔韧性要求，包括控制电子束的照射区域、束流强度、加速电压、辐照时间等参数。

实施例1的基本原理图见图2：使用相同电子束辐照参数对纳米管器件的纳米管整体进行辐照，图中的1代表经过辐照后使整体刚度得到优化的多壁纳米管；