CN107677850A - 一种利用石墨烯包覆原子力显微镜探针针尖的方法 - Google Patents

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段慧玲
李学全
邵丽华
张凯
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    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/38—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders

Abstract

本发明涉及一种利用石墨烯包覆原子力显微镜探针针尖的方法，包括：1)将待包覆的原子力显微镜探针置于容器底部，向该容器中注入去离子水；2)将附着有石墨烯的薄膜漂浮在去离子水面上，使附着石墨烯的一面朝向容器底部；3)从该容器抽出去离子水，使所述附着有石墨烯的薄膜覆盖在原子力显微镜探针的针尖上；4)用溶剂将所述薄膜溶解，再用去离子水清洗探针后，干燥。本方法制得的探针针尖石墨烯包覆紧密、均匀，石墨烯厚度可调，探针针尖使用寿命长；可以实现大规模生产，且有利于减小误差。

Description

一种利用石墨烯包覆原子力显微镜探针针尖的方法
技术领域
本发明涉及原子力显微镜领域，具体涉及一种可大规模制备石墨烯包覆的原子力显微镜探针针尖的方法。
背景技术
原子力显微镜探针针尖的化学组成及其形状等直接的影响了形貌检测质量及以上各种力学图像的重复性和可靠性。原子力显微镜探针针尖在运输和储存的过程中极易受到一些有机和无机物质的污染。当针尖短期地暴露于普通的室内环境时或检测使用后也极易受到外来杂质的污染。因此，在探针的制备以及后续的运输和存储过程中保持针尖的洁净就显得非常有意义。
目前已知的在原子力显微镜探针针尖上包覆石墨烯的方法，如浸渍法、转移法等，存在针尖包覆杂质过多、不能大规模制备等缺点。
发明内容
针对现有技术(例如转移法)仅限于单根原子力显微镜探针针尖进行包覆的缺点，本发明提供了一种能大规模制备石墨烯包覆原子力显微镜探针针尖的方法。
本发明技术方案如下：
一种利用石墨烯包覆原子力显微镜探针针尖的方法，包括如下步骤：
1)将待包覆的原子力显微镜探针置于容器底部，向该容器中注入去离子水，以完全浸没所述探针为准；
2)将附着有石墨烯的薄膜漂浮在去离子水面上，使附着石墨烯的一面朝向容器底部(即朝向所述探针)；
3)从该容器抽出去离子水，使所述附着有石墨烯的薄膜覆盖在原子力显微镜探针的针尖上；
4)用溶剂将所述薄膜溶解，再用去离子水清洗探针后，干燥。
进一步地，所述容器可用可密封的玻璃容器。
进一步地，所述薄膜可由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PolyCarbonate(聚碳酸酯)、Cellulose acetate(醋酸纤维素)、Thermal release tape(热剥离胶带)等中的任一种材料制成。
进一步地，在所述薄膜上附着有单层或多层石墨烯，优选附着有单层石墨烯。研究发现，在该条件下，可以取得更好地包覆效果。
进一步地，步骤3)采用真空***抽出去离子水，直到该步骤结束。
当水抽尽时，继续抽真空，一直抽到整个工序结束。研究发现，在该条件下，可以使所述附着有石墨烯的薄膜更加紧密地覆盖在原子力显微镜探针的针尖上。
进一步地，步骤4)所述溶剂可用丙酮、甲缩醛、二氯甲烷、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺等中的一种或几种。
进一步地，所述原子力显微镜探针的材料可为Si、Pt等本领域可用的任何材料，探针尖端涂层可为Pt、Pt-Ir、Ti-Pt、Co-Cr、Cr-Pt等金属材料或金刚石。图4列举了一些常用的原子力显微镜探针。
本发明还包括上述方法制得的石墨烯包覆原子力显微镜探针。
进一步地，所述原子力显微镜探针针尖上包覆的石墨烯为单层或多层。
本发明方法制得的原子力显微镜探针针尖石墨烯包覆紧密、均匀，石墨烯厚度可调，探针针尖使用寿命长。
本发明还提供一种用于实现上述方法的装置，包括：容器、真空***和清洗装置，所述容器与所述真空***相连接。
本发明方法不损坏针尖结构、不影响针尖的使用，保留针尖良好的成像和测量功能。本发明方法简单易操作，所用材料易得，成本低；特别是可以实现大规模、批量包覆，极大地提高了生产效率，且有利于减小误差。
附图说明
图1-图3为本发明方法及所用装置示意图。
图中：1、容器；2、石墨烯；3、去离子水；4、原子力显微镜探针针尖；5、阀门；6、真空***；7、液面；8、薄膜。
图4为适用于本发明的一些常用的原子力显微镜探针。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
以对十二根原子力显微镜探针的针尖同时进行石墨烯包覆为例。
如图1和2所示，阀门5和真空***6处于关闭状态时，将待包覆的原子力显微镜探针放在容器(例如玻璃器皿)1底部，向该容器中注入去离子水；将附着有石墨烯2的PMMA薄膜8漂浮在去离子水面上，使附着石墨烯的一面朝向容器底部(即朝向所述探针)。
打开阀门5及真空***6，从该容器侧面下部(靠近底部)缓慢抽出去离子水；液面7随之缓缓降低。持续抽真空，真空度不改变；使所述附着有石墨烯的薄膜覆盖在原子力显微镜探针的针尖上。
如图3所示，清洗装置9(如滴管)往石墨烯2与PMMA薄膜8上滴加丙酮10，去除PMMA薄膜。然后将包覆了石墨烯的原子力显微镜探针用去离子水进行清洗，取出用氮气吹干，即可得十二根石墨烯包覆的原子力显微镜探针。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种利用石墨烯包覆原子力显微镜探针针尖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将待包覆的原子力显微镜探针置于容器底部，向该容器中注入去离子水，以完全浸没所述探针为准；
2)将附着有石墨烯的薄膜漂浮在去离子水面上，使附着石墨烯的一面朝向容器底部；
3)从该容器抽出去离子水，使所述附着有石墨烯的薄膜覆盖在原子力显微镜探针的针尖上；
4)用溶剂将所述薄膜溶解，再用去离子水清洗探针后干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、醋酸纤维素、热剥离胶带中的任一种材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述薄膜上附着有单层或多层石墨烯。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述容器为可密封的玻璃容器。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤3)采用真空***抽出去离子水，直到该步骤结束。
6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤4)所述溶剂为丙酮、甲缩醛、二氯甲烷、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种。
7.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述原子力显微镜探针的材料为Si或Pt，探针尖端涂层包括但不限于Pt、Pt-Ir、Ti-Pt、Co-Cr、Cr-Pt或金刚石。
8.权利要求1-7任一项所述方法制得的石墨烯包覆原子力显微镜探针。
9.根据权利要求8所述的原子力显微镜探针，其特征在于，所述探针的针尖上包覆的石墨烯为单层或多层。
10.一种用于实现权利要求1-7任一项方法的装置，其特征在于，包括：容器、真空***和清洗装置，所述容器与所述真空***相连接。
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