[发明专利]一种对单个碳烟纳米粒子电学特性的检测方法及应用

摘要

本发明公开了一种对单个碳烟纳米粒子电学特性的检测方法，其中，电学特性包括电导和功函数，是利用原子力显微镜的PF‑TUNA模式对单个碳烟纳米粒子的电导进行测量，利用原子力显微镜的KPFM模式对碳烟纳米粒子的功函数进行测量，主要包括：金膜载体的制备，碳烟纳米粒子的取样，测量单个碳烟纳米粒子的电导和测量碳烟纳米粒子的功函数。本发明检测方法减小了对碳烟纳米粒子固有特性的影响。利用本发明检测方法得出随着火焰高度的增大碳烟纳米粒子的导电性能增强，碳烟纳米粒子中电子受束缚的能力减弱，从而可以有效的为碳烟作为电器元件的应用提供理论依据。同时，可为DPF再生控制策略的优化提供理论支持，达到节油减排的目的。

主权项

1.一种对单个碳烟纳米粒子电学特性的检测方法，其中，所述电学特性包括电导和功函数，其特征在于，利用原子力显微镜的PF‑TUNA模式对单个碳烟纳米粒子的电导进行测量，利用原子力显微镜的KPFM模式对碳烟纳米粒子的功函数进行测量，包括以下步骤：步骤一、金膜载体的制备：在真空环境下，利用电阻蒸发的方法在一硅片上首先镀一层厚度为300nm的二氧化硅，然后，在该二氧化硅层表面上镀一层厚度为10nm的钛，最后在该钛层表面上镀一层厚度为80nm的金膜，该金层表面的粗糙度小于1.5nm；步骤二、取样：取样载体包括有高温定向石墨和步骤一制得的金膜载体，取样载体的直径为10mm，通过热泳取样系统将火焰高度10mm～30mm的碳烟纳米粒子采集到高温定向石墨和步骤一制得的金膜载体上，取样时间为20～30ms，将得到的2份样品分别进行标记后放置在一培养皿中；步骤三、测量单个碳烟纳米粒子的电导：在原子力显微镜上安装OSCM‑PT‑R3探针，将原子力显微镜调至PF‑TUNA模式，从培养皿中取出取样载体为高温定向石墨的样品，在该高温定向石墨样品中选取20～30个单个碳烟纳米粒子，获得每个被选单个碳烟纳米粒子的I‑V曲线；用Nanoscope软件分别求出上述I‑V曲线的斜率后获得每个被选单个碳烟纳米粒子的电导值，然后，求取所有被选单个碳烟纳米粒子的电导值的平均值，记作为该高温定向石墨样品的电导值；步骤四、测量碳烟纳米粒子的功函数：在原子力显微镜上安装MESP探针，将原子力显微镜调至KPFM模式，设置探针针尖与金膜载体的距离为100nm；4‑1)用导电银胶将步骤一制得的一金膜载体固定在原子力显微镜的样品平台上，在金膜载体上选择多个区域，分别获得每个区域中探针针尖与金膜载体的表面电势差，然后，求取所有被选区域中探针针尖与金膜载体的表面电势差的平均值，记作为V₁；4‑2)从培养皿中取出取样载体为金膜载体的样品，用导电银胶将金膜载体样品固定在原子力显微镜的样品平台上，在该金膜载体样品上选择多个区域，分别获得每个区域中探针针尖与碳烟纳米粒子的表面电势差，然后，求取所有被选区域中探针针尖与碳烟纳米粒子的表面电势差的平均值，记作为V₂；4‑3)金膜载体样品的碳烟纳米粒子的功函数为Φ_样品＝Φ_金膜+(V₁‑V₂)，其中，Φ_金膜为金膜的功函数。