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中科院物理所研制出原位透射電鏡測量儀器

   日期:2011-08-16     來源:中科院    瀏覽:4878    

中科院物理所研制出原位透射電鏡測量儀器

  最近,中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室SF1組研制出新的原位透射電鏡測量裝置,實現了納米管/納米線場效應晶體管器件單元在透射電鏡中的原位表征。在確定器件材料結構的同時,原位測量電輸運性質。他們將這種方法運用到雙壁碳納米管研究上,在實驗上直接獲得了雙壁碳納米管電輸運性質與手性指數的對應關系,相關結果發表在J. Am. Chem. Soc. 131, 62 (2009) 上,這項研究對雙壁納米管基本物性的理解和未來應用均具有重要意義。

  雙壁碳納米管由兩個單壁碳納米管套構而成,為納米光電功能復合材料提供了理想的結構組元,也是研究納米管層間原子相互作用的最簡單材料體系。納米管的電子結構唯一地決定于表征其原子結構的手性指數(n, m),在實驗上測量納米管物理性質與手性指數的一對一關系,從本征結構出發理解碳納米管的特殊性質是一個基本的科學問題。該研究小組的博士生劉開輝、副研究員王文龍、工程師許智、研究員白雪冬和王恩哥等人用微加工工藝制作特殊襯底并構造雙壁納米管場效應晶體管,做到器件電輸運測量與透射電鏡表征相兼容,成功測得了手性依賴的納米管電輸運性質。雙壁碳納米管每一層可能是金屬性的(M),也可能是半導體性的(S),根據兩者的組合方式有四種類型的雙壁碳納米管,即M/M, M/S, S/S和S/M。他們系統研究了四種組合情況下的雙壁納米管,實現納米管輸運性質與手性指數的直接對應。并且,通過對同一種類型納米管(S/M)做大量器件樣品的研究,證明了層間距是影響雙壁納米管輸運性質的主要因素。他們還采用較大電流脈沖燒蝕納米管的外壁,將探測深入到納米管內壁,實現了雙壁納米管的逐層測量。實現單個納米結構單元/材料微區的結構分析與原位性質測量,建立性質與結構的一對一關系,是納米科學和低維材料物理研究的重要課題。

  自2002年以來, SF1組與Q01組和美國佐治亞理工學院王中林教授合作,將掃描探針技術與透射電鏡技術結合,研發原位透射電鏡實驗儀器,開展納米操縱和納米測量研究,在單根納米管/納米線的操縱和測量方面已經取得了系列進展(申請儀器和方法的發明專利5項,發表多篇論文如APL 87, 163106 (2005); APL 88, 133107 (2006); APL 89, 221908 (2006); APL 92, 213105 (2008) 等)。

  該工作得到國家自然科學基金委、國家科技部和中科院的資助。

 
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