[发明专利]一种碳纳米管手性关联电学、热学本征性质的微型测量装置

说明书

本发明涉及纳米材料精细测量领域，具体来说，涉及一种碳纳米管手性关联电学、热学本征性质的微型测量装置。该装置主要由硅基片、介电层、金属电极等构成，硅基片具有一定的厚度并且中心区域有两个以上狭缝和通孔标记，介电层为氮化硅层，覆盖在硅基片表面；金属电极位于介电层上，且设有两个以上金属电极。采用本发明的装置，可实现在透射电镜下快速定位在狭缝上悬空的碳纳米管，并准确表征出碳纳米管的手性结构。借助装置上的金属电极和狭缝，可以利用拉曼光谱、源表等仪器对同一根确定手性的碳纳米管进行电学和热学性质的准确测量，从而建立碳纳米管手性与其电学、热学等性质的关联。

技术领域

本发明涉及纳米材料精细测量领域，具体来说，涉及一种碳纳米管手性关联电学、热学本征性质的微型测量装置。

背景技术

碳纳米管具有优异的电学、热学等性质，因而受到人们的广泛关注，在纳电子器件、热管理等方面具有广阔的应用前景。理论研究表明，碳纳米管的本征物理性质与其手性结构密切相关。探索碳纳米管手性结构与电学、热学性质的直接关联，对于其基础科学研究和应用探索都具有十分重要的意义。

单壁碳纳米管的手性结构可以通过一对指数(n,m)来唯一确定。碳纳米管的手性可通过电子衍射、拉曼光谱、荧光光谱等手段进行表征，其中电子衍射被认为是最准确的表征碳纳米管手性的手段。电子衍射表征需在透射电子显微镜下进行，商用的透射电镜微栅无法实现对被表征样品的性质测量。研究人员开发出了在透射电镜中原位测量纳电子器件性质的样品台系统(CN101275895A)，但是该系统只能测量样品的电学性质，无法实现对碳纳米管热学性质的测量。对于碳纳米管本征热学性质的测量，采用电流自加热结合拉曼特征峰偏移是一种有效的方法(文献1Li,Q.；Liu,C.；Wang,X.；Fan,S.Measuring theThermal Conductivity of Individual Carbon Nanotubes by the Raman ShiftMethod.Nanotechnology 2009,20(14),2–7.)。但文献中所采用的器件基底尺寸较大，且不能透过电子束，因此无法直接用于在透射电镜下对碳纳米管的手性进行表征，难以实现碳纳米管手性相关的本征热学性质测量。此外，目前缺少能够同时关联碳纳米管手性和多种物性(如：电学、热学性质)的测量装置。上述局限在很大程度上限制了碳纳米管手性相关的电学、热学性质测量，且目前没有很好的解决方案。

发明内容

针对上述背景与技术现状，本发明的目的在于提供了一种碳纳米管手性关联电学、热学本征性质的微型测量装置，采用本发明可实现直接对装置上的单根碳纳米管进行精细的手性结构表征，然后对同一根碳纳米管进行电学和热学本征性质的准确测量，从而实现碳纳米管手性与其电学、热学性质的关联。

本发明的技术方案是：

一种碳纳米管手性关联电学、热学本征性质的微型测量装置，该装置包括：硅基片、介电层和金属电极，介电层为氮化硅层，覆盖在硅基片表面；硅基片的中心区域设有两个以上狭缝和通孔标记，金属电极位于硅基片上表面的介电层上，且设有两个以上金属电极。

所述的碳纳米管手性关联电学、热学本征性质的微型测量装置，硅基片厚度为100～200μm，硅基片的形状为正方形、多边形或者圆形，硅基片的对角线最大长度不超过3mm，使其可放入透射电镜样品杆中以表征碳纳米管的手性。

所述的碳纳米管手性关联电学、热学本征性质的微型测量装置，狭缝包括一个宽狭缝和两个以上窄狭缝，宽狭缝与窄狭缝平行。

所述的碳纳米管手性关联电学、热学本征性质的微型测量装置，宽狭缝宽度为10～100μm，窄缝宽度为2～5μm，窄狭缝中间均匀排列两个以上凸起；宽狭缝与窄狭缝长度相同，为100～500μm。

所述的碳纳米管手性关联电学、热学本征性质的微型测量装置，金属电极分布于宽狭缝的两侧，且金属电极的数量至少为四个。