[发明专利]具有纳米结构的云母薄片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用原子力显微镜微机械加工制备具有纳米结构的云母薄片的方法。

背景技术

近年来以石墨烯为代表的单层或少数层的层状晶体二维材料由于其具有优良的性能和广阔的应用前景，引起了人们的广泛关注。云母作为一种层状材料，具有完美解理性，是二维材料的优良来源。由于云母具有化学惰性，热绝缘性和电绝缘性，完全不同于石墨烯，因而在某些领域具有独特的重要应用价值。基于单层或少数层的二维材料的纳米结构的制备技术目前都集中在导电的石墨烯上，石墨烯的研究展现了二维材料在纳米结构，尤其是超薄非对称纳米孔领域的独特优势(Garaj，S.；Hubbard，W.；Reina，A.；Kong，J.；Branton，D.；Golovchenko，J.A.Nature 2010，467，190)。然而，基于绝缘单层或少数层的层状晶体二维材料的纳米结构的制备方法仍然鲜有报道，且制备其它二维材料的纳米结构的方法主要是电子束或离子束刻蚀(Dekker，C.Nature Nanotechnology 2007，2，209)，上述方法的工艺复杂、成本高昂。寻找简便有效、成本低廉的方法制备二维材料的纳米结构，尤其是基于绝缘单层或少数层的层状晶体的二维材料的纳米结构仍然是一大难点。

原子力显微镜微机械加工的方法具有制备工艺简单有效、成本低廉，可精确控制制备二维材料的纳米结构的厚度、位置和形状，制备图案化纳米结构，除云母外，该方法也适用于其它二维材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用原子力显微镜微机械加工制备具有纳米结构的云母薄片的方法。

本发明的方法中涉及采用机械剥离法制备单层或少数层的云母薄片，并可用此云母薄片为基底，利用原子力显微镜微机械加工的方法在所得云母薄片上制备纳米结构。

本发明的利用原子力显微镜微机械加工制备具有纳米结构的云母薄片的方法：将云母薄片置于固体基底上，使原子力显微镜的工作处在接触模式下，控制原子力显微镜的针尖与云母薄片接触的作用力，以控制在云母薄片上得到的纳米结构。

所述的纳米结构的形状和位置的控制是由原子力显微镜的针尖扫描云母薄片的位置和扫描云母薄片的面积的大小控制。

所述的云母薄片上得到的纳米结构选自纳米孔、纳米线、边数大于或等于三的多边形、圆形等中的一种以上。

所述的云母薄片选自人工合成的云母的薄片、自然生长的金云母的薄片、自然生长的白云母的薄片、自然生长的黑云母的薄片等中的一种。

所述的云母薄片的层数是1～100层。

所述的云母薄片的层数中的层是指一层云母分子结构单元。

本发明中所述的云母薄片可通过以下方法获得：将一片云母的两面分别粘在胶带上，撕开胶带，将一片云母剥离成两片云母片，再将剥离得到的云母片的两面分别粘在胶带上，撕开胶带，将云母片再剥离成两片云母片；重复以上步骤，可得到所需层数的云母薄片，优选得到层数是1～100层的云母薄片。所需层数的云母薄片的挑选是将胶带上的云母薄片转移到固体基底上，利用光学显微镜结合原子力显微镜表征云母薄片的厚度及层数，挑选出所需层数的云母薄片。

所述的利用光学显微镜结合原子力显微镜表征云母薄片的厚度及层数的方法是在云母薄片转移到固体基底上后，用光学显微镜记录下云母薄片的特征颜色或云母薄片与周围固体基底的光强对比度，然后利用原子力显微镜测量以记录云母薄片的厚度，得到云母薄片的光学特征与厚度的对应关系，便于以后方便的根据光学特征寻找所需层数的云母薄片。

所述的云母选自人工合成的云母、自然生长的金云母、自然生长的白云母、自然生长的黑云母等中的一种。

所述的胶带包括各种涂有粘性橡胶的布料或塑料薄膜。

所述的云母薄片的层数中的层是指一层云母分子结构单元。

所述的固体基底的材料选自硅、镁、铝、铁、铜、镍、锌、金、银或它们的氧化物或氮化物中的一种或几种，或选自碳，或选自上述材料中的任意两种或多种。

本发明方法中涉及的利用机械剥离法制备云母薄片的操作方法简单，方便易行，缺陷少。本发明方法中涉及的原子力显微镜微机械加工法制备得到的纳米结构的厚度可控，精度达到原子层级，纳米结构的形状、位置可控，并可制备得到图案化的纳米结构，除云母外，本发明也适用于其它二维材料。

以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。

附图说明

图1.为机械剥离制备单层或少数层的云母薄片，以及利用原子力显微镜微机械加工制备纳米结构的示意图。