[发明专利]一种探测多孔薄膜有序纳米管状孔排列的方法

说明书

本发明公开了一种探测多孔薄膜有序纳米管状孔排列的方法，通过基于慢正电子束的多普勒展宽谱，对待测纳米多孔薄膜进行样品‑束流几何多普勒展宽谱测量，即将待测纳米多孔薄膜绕束流轴线旋转90°，前后两次采集其多普勒展宽谱，接着分别计算出两次所采集的多普勒展宽谱的线型S参数或线型W参数，通过两次测量的线型S参数和线型W参数的变化，判断待测纳米多孔薄膜的有序性。本发明的方法不仅能够探测材料的表面信息，还能够准确检测到薄膜中的孔结构信息以及缺陷等随深度分布变化的信息，并且基板不影响薄膜孔隙率的探测，从而无需将薄膜从基板上剥离，因此不会损坏薄膜中的纳米孔结构，保证了测量结果的准确性和样品的重复利用率。

技术领域

本发明涉及表征孔排列的技术领域，尤其是一种探测多孔薄膜有序纳米管状孔排列的方法。

背景技术

目前表征孔排列的技术主要依赖于电子显微镜，包括扫描电子显微镜和透射电子显微镜。透射电子显微镜是利用高能电子束充当照明光源而进行放大成像的大型显微分析设备。透射电镜和光学显微镜的各透镜位置及光路图基本一致，都是光源经过聚光镜会聚之后照到样品，光束透过样品后进入物镜，由物镜会聚成像，之后物镜所成的一次放大象在光镜中再由物镜二次放大后进入观察者的眼睛，而在电镜中则是由中间镜和投影镜再进行两次接力放大后最终在荧光屏上形成投影供观察者观察。电镜物镜成像光路图也和光学凸透镜放大光路图一致。入射电子束照射并透过样品后，样品上的每一个点由于对电子的散射变成一个个新的点光源，并向不同方向散射电子。透过样品的电子束由物镜会聚，方向相同的光束在物镜后焦平面上会聚与一点，这些点就是电子衍射花样，而在物镜像平面上样品中同一物点发出的光被重新汇聚到一起，呈一次放大相。

但是，扫描电子显微镜只能给出样品表面和断面形貌信息，有很大的局限性；而对于透射电子显微镜，因为薄膜一般是涂镀在厚厚的固体基板上，而透射电子显微镜对待测样品有很严格的要求，制样也极其复杂。因为基板的存在，使电子不能透过，故需要将薄膜从基板上剥离。而剥离的过程中往往或多或少损坏了薄膜中的纳米孔结构，使测量结果不准确。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种探测多孔薄膜有序纳米管状孔排列的方法，不仅能够探测材料的表面信息，还能够准确检测到薄膜中的孔结构信息以及缺陷等随深度分布变化的信息，并且基板不影响薄膜孔隙率的探测，从而无需将薄膜从基板上剥离，因此不会损坏薄膜中的纳米孔结构，保证了测量结果的准确性。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种探测多孔薄膜有序纳米管状孔排列的方法，包括以下步骤：

A、使用尺寸为1cm×1cm的待测纳米多孔薄膜作为样品；

B、将样品安装在样品架上，第一次采集该样品在入射正电子能量下的第一次多普勒展宽谱，入射正电子能量的范围可调，其调节范围根据样品的厚度及正电子注入到样品的深度分布而设置；

C、将样品绕束流轴线旋转90°，第二次采集该样品在入射正电子能量下的第二次多普勒展宽谱；

D、分别计算出两次所采集的多普勒展宽谱的线型S参数和线型W参数；

E、分别比较线型S参数和线型W参的变化，若两次测量的线型S参数和线型W参数显著变化，则判断所述待测纳米多孔薄膜的孔排列具有有序性；若线型S参数或线型W参数的改变程度越大，则所述待测纳米多孔薄膜中的孔排列的有序性越高。

进一步，步骤B中的正电子注入到样品的深度分布，由以下公式得到：

其中，α₊为正电子的注入深度，单位为cm^-1；ρ为样品的密度，单位为g·cm^-3；E_max为入射正电子的最大能量值，单位为MeV。

进一步，步骤D中的线型S参数的表示式为：