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中科院开发出新型原位透射电镜测量仪

专题报道中国仪表网2009年02月02日 08:51人气:798

导读:中国科学家经过多方合作研究努力开发出新型的原位投射点睛测量仪,实现了纳米级结构单元的测量和材料微区结构分析和原位性质的测量,并在在单根纳米管/纳米线的操纵和测量方面已经取得了不小进展。

  最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室SF1组研制出新的原位透射电镜测量装置,实现了纳米管/纳米线场效应晶体管器件单元在透射电镜中的原位表征。在确定器件材料结构的同时,原位测量电输运性质。他们将这种方法运用到双壁碳纳米管研究上,在实验上直接获得了双壁碳纳米管电输运性质与手性指数的对应关系,相关结果发表在J. Am. Chem. Soc. 131, 62 (2009) 上,这项研究对双壁纳米管基本物性的理解和未来应用均具有重要意义。
  双壁碳纳米管由两个单壁碳纳米管套构而成,为纳米光电功能复合材料提供了理想的结构组元,也是研究纳米管层间原子相互作用的最简单材料体系。纳米管的电子结构唯一地决定于表征其原子结构的手性指数(n, m),在实验上测量纳米管物理性质与手性指数的一对一关系,从本征结构出发理解碳纳米管的特殊性质是一个基本的科学问题。
该研究小组的博士生刘开辉、副研究员王文龙、工程师许智、研究员白雪冬和王恩哥等人用微加工工艺制作特殊衬底并构造双壁纳米管场效应晶体管,做到器件电输运测量与透射电镜表征相兼容,成功测得了手性依赖的纳米管电输运性质。
双壁碳纳米管每一层可能是金属性的(M),也可能是半导体性的(S),根据两者的组合方式有四种类型的双壁碳纳米管,即M/M, M/S, S/S和S/M。他们系统研究了四种组合情况下的双壁纳米管,实现纳米管输运性质与手性指数的直接对应。并且,通过对同一种类型纳米管(S/M)做大量器件样品的研究,证明了层间距是影响双壁纳米管输运性质的主要因素。
他们还采用较大电流脉冲烧蚀纳米管的外壁,将探测深入到纳米管内壁,实现了双壁纳米管的逐层测量。实现单个纳米结构单元/材料微区的结构分析与原位性质测量,建立性质与结构的一对一关系,是纳米科学和低维材料物理研究的重要课题。  
自2002年以来, SF1组与Q01组和美国佐治亚理工学院王中林教授合作,将扫描探针技术与透射电镜技术结合,研发原位透射电镜实验仪器,开展纳米操纵和纳米测量研究,在单根纳米管/纳米线的操纵和测量方面已经取得了系列进展(申请仪器和方法的发明专利5项,发表多篇论文如APL 87, 163106 (2005); APL 88, 133107 (2006); APL 89, 221908 (2006); APL 92, 213105 (2008) 等)。该工作得到国家自然科学基金委、国家科技部和中科院的资助。
 
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