[发明专利]基于光子计数的纳米管几何尺寸测量装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于光子计数的纳米管几何尺寸测量装置及方法，具有这样的特征，测量装置包括：光束聚焦单元，包括光源以及透镜；拉曼散射单元，包括滤光构件以及第一光电转换元件；退偏振动态散射单元，包括分光棱镜、第二光电转换元件以及第三光电转换元件；以及信息分析处理单元，包括用于对电脉冲信号进行计数得到计数值的光子计数卡以及与光子计数卡连接并将计数值处理分析得到纳米管的直径和长度的计算机。本发明的基于光子计数的纳米管几何尺寸测量装置及方法将退偏振动态散射法与拉曼光谱法相结合，不仅能够弥补退偏振动态光散射测量范围不足，又能解决拉曼光谱法不能测量纳米管长度的缺点，而且测量快、成本低、精确度高。

技术领域

本发明涉及一种测量技术，具体涉及一种基于光子计数的纳米管几何尺寸测量装置及方法。

背景技术

纳米管具有良好的电子性能、机械性能、热学性能、力学性能和光学特性等，其在医药科学、医疗器械、微电子制备、仪器制造、高分子研制等众多领域具有广阔的应用前景。纳米管优异的特性与纳米管的直径和长度是有着直接联系。因此，对纳米管直径和长度测量的研究具有很大的意义。

目前，纳米管直径和长度的测量方法主要采用以下几种方法：

基于显微镜成像的技术测量方法，包括：透射电子显微镜(TEM),原子力显微镜(AFM)等。这类方法的特点是非常直观、测量准确，但是存在设备昂贵、操作要求高、测量时间长等问题，并且由于显微镜的视野有限，因此无法进行样本分布的统计。

退偏振动态光散射法(Depolarization Dynamic Light Scattering,DDLS)是动态光散射的一小分支。在测量纳米管时，该方法可以快速得到纳米管的平动扩散系数和转动扩散系数。由于通过平动扩散系数和转动扩散系数可以求得纳米管的直径和长度，因此，此方法在测量纳米管的直径和长度上应用很广泛。但是，退偏振动态光散射法对纳米管直径测量范围有一定限制，一般测量范围为0.003～2μm。因此，当纳米管直径在几纳米时，该方法测量误差相对较大。

拉曼光谱(Raman Spectroscopy)是拉曼散射光的光谱。由于拉曼散射光是入射光子与纳米管发生了非弹性碰撞产生，拉曼散射光中包含了物质内部的微观结构信息。因此拉曼光谱是表征和研究纳米管的有力工具。拉曼光谱法对于直径很小的纳米管测量精确度很高，但是，拉曼光谱不能测量纳米管的长度。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种不仅能够弥补退偏振动态光散射测量范围不足，又能解决拉曼光谱法不能测量纳米管长度的缺点，而且测量快、成本低、精确度高的基于光子计数的纳米管几何尺寸测量装置及方法。

本发明提供了一种基于光子计数的纳米管几何尺寸测量装置，用于测量样品池中纳米管的直径和长度，其特征在于，包括：光束聚焦单元，用于将光束聚焦成一点，包括用于发射光束的光源以及用于将光源发射出的光束进行聚焦的透镜，聚焦后的光束照射在纳米管上而产生散射光；拉曼散射单元，包括用于滤除散射光中的杂光而得到拉曼散射光的滤光元件以及用于将拉曼散射光的光信号转换为电脉冲信号的第一光电转换元件；退偏振动态散射单元，包括用于将散射光分解为水平方向和竖直方向的分光棱镜、用于将竖直方向的散射光的光信号转换为电脉冲信号的第二光电转换元件以及用于将水平方向的散射光的光信号转换为电脉冲信号的第三光电转换元件；以及信息分析处理单元，与第一光电转换元件、第二光电转换元件以及第三光电转换元件连接，包括用于对电脉冲信号进行计数得到计数值的光子计数卡以及与光子计数卡连接并将计数值处理分析得到纳米管的直径和长度的计算机。

在本发明提供的基于光子计数的纳米管几何尺寸测量装置中，还可以具有这样的特征，还包括：两对小孔板，分别设置在样品池的两侧，每对小孔板具有两块平行设置的小孔板。

在本发明提供的基于光子计数的纳米管几何尺寸测量装置中，还可以具有这样的特征：其中，每对小孔板上具有正对的小孔，该小孔用于让散射光通过。