[发明专利]一种纳米材料切断加工方法

说明书

本发明涉及纳米材料加工技术领域，具体涉及一种纳米材料切断加工方法，包括将纳米材料接触Li⁺发生锂化反应，然后对纳米材料施力，使纳米材料从已锂化位置和未锂化位置交界处断裂，实现对纳米材料的切断。本发明纳米材料切断方法是利用原位锂化的方式使纳米材料锂化膨胀产生应力效应，使得纳米材料在已锂化和未锂化的交界处受到拉应力或者弯曲应力即可断裂，完成纳米材料的切断。其切断的机理与纳米材料的锂化有关，通过控制锂化速率和锂化时间，实现纳米材料锂化长度的可控性，实现对纳米材料在长度方向上切断的精确可控加工，并且不受加工材料厚度、导电能力等性能的影响，适用范围广，操作方便，易于控制，适于推广应用。

技术领域

本发明涉及纳米材料加工技术领域，具体涉及一种纳米材料切断加工方法。

背景技术

从二十世纪90年代以来，纳米材料在科研领域中的地位日益重要。由于纳米材料的性能和其尺寸、形貌息息相关，纳米材料的可控制备是纳米材料合成领域历来所追求的重要目标。但是，目前通过物理或化学的合成方法最终实现纳米材料的可控制备依然是纳米材料制备领域的难点，但这大大限制了纳米材料的进一步应用，而且，目前对生长出来的纳米材料的尺寸和形貌进行再次裁剪和之后对它们进行互连的手段很少。

化学腐蚀和机械研磨的方法是常用的简单加工纳米材料的方法，但是这两种方法不能准确的控制纳米线的长度，同时在研磨的过程中也会给纳米管带来缺陷。纳米材料的精确加工一般需要借助聚焦离子束技术（FIB）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、透射电子显微镜（TEM）等工具。利用FIB可以精确加工纳米材料并在一定范围内实现三维加工，但是在加工过程中不可避免的会对样品带来较大的损伤并引入离子源污染；利用SEM的电子束可以将两端固定的碳纳米管切断，从而实现了碳纳米管的长度控制，但是这种切割方法的原理是用电子束照射碳纳米管的过程中破坏碳纳米管中化学键，并不适用于直径较粗和化学键能较大的材料；利用AFM探针针尖可以对于石墨烯的机械切割，但是切割过程中会对AFM探针针尖的磨损较大，而且切割效率低（受限于AFM探针的扫描速度），要求切割的样品厚度小（几个纳米）、表面平整度高，只适用于切割少层石墨烯、少层MoS₂等超薄的层状材料，详见刘连庆、张嵛、 席宁等在中国科学杂志发表的名称为基于原子力显微镜的石墨烯可控裁剪方法研究的论文中的记载。在TEM中，将两根碳纳米管相对，其中一个作为场发射源，在场发射电场作用下碳纳米管会逐渐变短；中国专利200610113318.6公开了一种精确切断和削薄纳米材料方法，是利用一种纳米材料作为纳米刀与需要被切割的纳米材料在被切割的位置接触，通过施加电压的方式实现对纳米材料的切割。然而这两种方法在切割纳米材料的切割原理决定了它们只适用于导电性较好的纳米材料。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种适用性广、操作简便的纳米材料切断加工方法，实现对纳米材料长度的精确可控加工。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种纳米材料切断加工方法，包括将纳米材料接触Li⁺发生锂化反应，然后对纳米材料施力，使纳米材料从已锂化位置和未锂化位置交界处断裂，实现对纳米材料的切断。

可选的，所述将纳米材料接触Li⁺的具体方法为：取能够导电且提供锂离子的物质作为正极，纳米材料作为负极，能够导电且提供锂离子的物质表面具有固体电解质层，操纵正极接触纳米材料，在正负极两端施加电压。通过控制施加电压的大小控制能够导电且提供锂离子的物质通过固体电解质向纳米材料传输Li⁺的速率，控制纳米材料的锂化速率，进而通过控制施加电压的时间来控制锂化的时间，实现对锂化长度的控制，进而实现对纳米材料在长度方向上切断的精确可控加工。

可选的，所述对纳米材料施力为对纳米材料施加拉应力或弯曲应力。

可选的，所述纳米材料为导体或半导体材料。对半导体材料的导电性能没有要求。