[发明专利]一种碳纳米管探针的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管探针的制备方法，包括步骤：1)在扫描探针显微镜探针的尖端生长碳纳米管束；2)利用聚焦离子束系统对生长有碳纳米管束的探针进行加工得到细长的碳纳米管尖端。本发明能够得到长径比较大的扫描探针显微镜的探针，对高深宽比复杂微细结构的测量具有高精度的测量能力。

技术领域

本发明属于微纳米制造测量技术领域，具体涉及一种碳纳米管探针的制备方法。

背景技术

随着航空航天，集成电路，微纳传感等应用领域的不断发展，高深宽比复杂微细结构的测量需求不断增加。高深宽比复杂微细结构通常指宽度为微纳米尺度，深度为微米尺度的微纳结构，具有垂直侧壁和狭小间隙的特征。在深度方向上，很难进行精确的测量，且测量是用来保证加工的，其精度往往至少要高于加工一个数量级，所以，如果没有先进的测量手段去保证或检验加工出的三维微结构，就会使其加工无标准可遵循，难以对其结构的功能、用途、新型制造工艺开展更深入的研究。

目前测量方法主要分为非接触法和接触法两大类。典型的非接触光学测量技术测量范围受到光波波长的限制，不适合测量凹凸变化大的复杂曲面。接触式测量常用的仪器为高精度探针式轮廓仪，横向分辨率与针尖半径有关。测量时由于探针要在一定压力下接触被测表面，这样被测表面单位面积上承受的接触压力很大，如果被测表面硬度较低，探针往往会划伤被测表面，因此该方法不适用于铜、铝等软质金属加工出的微纳表面。此外，目前所用探针大部分是金属钨材质或金刚石制成的，尚无可靠工艺使探针的长径比足够大，对高深宽比微细结构的测量无能为力。相比之下，扫描探针显微术接触测量方法具有较高的分辨率，但普通探针长径比较小，分辨率受限于针尖的曲率半径，当样品的尺寸大小与探针的曲率半径相当，特别是样品结构深宽比较大时，普通探针会产生显著的加宽效应。难以满足大深宽比结构的测量需求。

碳纳米管是一种具有特殊结构和突出物理化学性能的新型纳米材料，具有广泛的应用前景。将碳纳米管和扫描探针显微镜的探针结合起来，可以极大提高原子力显微镜的成像性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的缺陷和不足，提供一种碳纳米管探针的制备方法，以满足高深宽比微细结构测量的稳定可靠、精度高等要求。

本发明采用如下技术方案来实现：

一种碳纳米管探针的制备方法，包括以下步骤：

1)在扫描探针显微镜探针的尖端生长碳纳米管束；

2)利用聚焦离子束系统对生长有碳纳米管束的探针进行加工得到细长的碳纳米管尖端。

本发明进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法如下：

将催化剂与扫描探针显微镜的探针置于反应器中，待还原处理后，通入水蒸气和有机物，在高温下进行持续反应，碳纳米管在扫描探针显微镜的探针表面生长，反应完毕后即得尖端生长有碳纳米管束的探针。

本发明进一步的改进在于，催化剂类型为K/SiO₂，其中K为Fe、Co、或Ni。

本发明进一步的改进在于，还原处理过程为在还原性气氛由H₂或CO气体形成的气氛下，温度为800℃-1000℃，处理0.5-1.5h。

本发明进一步的改进在于，水蒸气和有机物的摩尔比为2：1或3：1，并在保护气体N₂或Ar惰性气体的保护下通入，持续反应的温度为600℃-900℃；

有机物为甲烷、甲苯、乙炔、乙烯、乙醇或苯酚的一种或多种的组合。

本发明进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法如下：