[发明专利]一种纳米颗粒包覆的碳基复合纳米结构的可控制备方法

说明书

一种纳米颗粒包覆的碳基复合纳米结构的可控制备方法，属于纳米结构控制生长领域，包括：以纳米针尖为基底，装载在透射电子显微镜样品杆上；操作透射电子显微镜汇聚电子束光斑辐射纳米针尖表面，诱导纳米针尖表面的非晶碳三维纳米结构生长；按模型图案移动电子束光斑进行直写，纳米针尖表面的非晶碳三维纳米结构跟随着电子束光斑的移动进行生长，完成纳米针尖表面非晶碳三维纳米结构的可控生长；将非晶碳三维纳米结构浸泡在纳米颗粒溶液中即得。通过在非晶碳三维纳米结构模型表面包覆具有不同特性的纳米颗粒，使非晶碳三维纳米结构模型具有相应的物理化学特性，为纳米器件、纳米机械等前沿应用研究领域提供结构丰富、功能各异的纳米结构模型零件。

技术领域

本发明属于纳米结构控制生长技术领域，具体涉及一种纳米颗粒包覆的碳基复合纳米结构的可控制备方法。

背景技术

纳米结构的高精度制备技术，是发展纳米器件、纳米机械等纳米科技前沿的重要前提。目前，常用的方法主要有湿化学纳米晶体生长法和MBE、MOCVD等高真空气相沉积法以及飞秒激光、极紫外光等刻蚀的方法。虽然这些方法在加工/生长精度、成本和效率上各有优缺点，但是这些方法普遍缺乏制备任意模型图案下的三维纳米结构的能力。纳米结构的生长空间往往受到薄膜衬底的限制，同时又由于晶格失配也使得异质复合纳米结构的可控制备难以满足纳米器件、纳米机械等前沿应用对纳米零件结构和功能多样性的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米颗粒包覆的碳基复合纳米结构的可控制备方法，能够实现任意模型图案三维复合纳米结构的制备以及实现包覆不同特性的纳米颗粒使非晶碳三维纳米结构模型具有相应的物理化学特性，满足了纳米器件、纳米机械等前沿应用对纳米结构多样性的需求。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种纳米颗粒包覆的碳基复合纳米结构的可控制备方法，包括以下步骤：

步骤一、以纳米针尖为基底，装载在透射电子显微镜样品杆上；

步骤二、操作透射电子显微镜，汇聚电子束光斑辐射纳米针尖表面，诱导纳米针尖表面的非晶碳三维纳米结构生长；

步骤三、按照设计好的模型图案移动电子束光斑进行直写，纳米针尖表面的非晶碳三维纳米结构跟随着电子束光斑的移动进行生长，完成纳米针尖表面非晶碳三维纳米结构的可控生长；

步骤四、将获得的非晶碳三维纳米结构浸泡在纳米颗粒溶液中，获得纳米颗粒包覆的非晶碳三维复合纳米结构。

作为优选的实施方式，步骤一中，所述纳米针尖的曲率半径为2～100nm。

作为更优选的实施方式，步骤一中，所述纳米针尖的曲率半径为10nm。

作为优选的实施方式，步骤一中，所述纳米针尖采用金属钨、金属银、金属铂或金属铜制成。

作为优选的实施方式，步骤一中，所述纳米针尖是通过将金属丝依次经KOH-HClO₄甲醇溶液腐蚀、FIB离子束刻蚀加工而成。

作为优选的实施方式，所述金属丝的直径为0.2～1mm。

作为优选的实施方式，步骤二和步骤三中，所述透射电子显微镜的工作参数为：电镜加速电压为80～300KV，放大倍数为500～800K，电子束光斑直径为2～100nm，电子束光斑移动速度为1～50nm/s。

作为更优选的实施方式，步骤二和步骤三中，所述透射电子显微镜的工作参数为：电镜加速电压为200KV，放大倍数为650K，电子束光斑直径为10nm，电子束光斑移动速度为25nm/s。

作为优选的实施方式，步骤四中，所述纳米颗粒溶液由纳米颗粒和溶剂组成，纳米颗粒的浓度为0.01～10mg/mL。