CN102005357B - 透射电镜微栅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种透射电镜微栅，其包括一网格、一碳纳米管膜状结构及至少两个电极。所述碳纳米管膜状结构设置在该网格表面。所述至少两个电极间隔设置且分别与该碳纳米管膜状结构电连接。该碳纳米管膜状结构包括多个均匀分布的碳纳米管，该多个碳纳米管形成多个微孔。

Description

透射电镜微栅

技术领域

本发明涉及一种透射电镜微栅，尤其涉及一种可用于加热样品的透射电镜微栅。

背景技术

随着材料技术尤其是纳米材料技术的发展，常需要观测材料样品在不同温度下的结构特征。譬如，金属材料在纳米级时，其熔点会随着粒径的变化而变化，即该金属材料在纳米级时其在不同温度下的结构特征有所不同。再譬如，许多催化剂在不同温度下的活性有所差别，即该催化剂在不同温度下的结构有所不同。因此，在对所述材料样品进行结构表征时，不仅需要观测该材料在室温下的结构，还需要观察所述材料样品在不同温度下的结构。即在观察过程中需要对该材料样品进行加热。

透射电子显微镜是表征材料样品结构的一种重要工具，通过透射电子显微镜能够观测到该材料样品的高分辨率的透射电镜图像。在该透射电子显微镜中，所述材料样品一般放置在一微栅表面。在给所述材料样品加热时，将所述微栅放置于一加热炉中或在该微栅周围设置一加热棒，利用该加热炉对该材料样品进行加热。可以理解，在给所述材料样品加热的过程中，所述微栅也同时被加热。

在现有技术中，应用于透射电子显微镜的微栅通常是在铜网或镍网等金属网格上覆盖一层多孔有机膜，再在所述有机膜上蒸镀一层非晶碳膜制成的。然而，现有的透射电子显微镜的热稳定性不够好，由于所述金属网格、有机膜及碳膜的热容与热膨胀系数不一样，该栅网在受热时，所述碳膜、有机膜与金属网格的形变会不一致，从而造成放置在该微栅表面的材料样品产生漂移。即该材料样品在受热过程中，会相对所述透射电子显微镜产生移动。如镍的膨胀系数远大于非晶碳膜，其在受热时的形变大于碳膜，从而导致放置其上的非晶碳膜移动，从而使吸附或放置在碳膜表面的材料样品移动。然而，由于该透射电子显微镜对材料样品的移动非常敏感，所述材料样品在受热时产生的漂移，将使所述透射电子显微镜难以得到高清晰的透射电镜图像。

发明内容

因此，确有必要提供一种具有较好的热稳定性的透射电镜微栅。

一种透射电镜微栅，其包括一网格、一碳纳米管膜状结构及至少两个电极。所述碳纳米管膜状结构与该网格表面电绝缘。所述至少两个电极间隔设置且分别与该碳纳米管膜状结构电连接。该碳纳米管膜状结构包括多个均匀分布的碳纳米管，该多个碳纳米管形成多个微孔。

一种透射电镜微栅，其包括一网格、一碳纳米管膜状结构及两个电极。所述碳纳米管膜状结构与该网格表面电绝缘。所述两个电极间隔设置且分别与该碳纳米管膜状结构电连接。该碳纳米管膜状结构包括多个碳纳米管基本垂直地交叉设置，该多个碳纳米管形成多个微孔。

相较于现有技术，所述透射电镜微栅利用一碳纳米管膜状结构承载及加热放置在其表面的待观察的材料样品。该碳纳米管膜状结构具有较高的电热转换率且直接加热该材料样品无需加热整个透射电镜微栅，即无需加热网格，因此在加热过程中产生的热量较少；同时该碳纳米管膜状结构具有较小的热膨胀系数。因此，在加热材料样品时，由于该碳纳米管膜状结构产生的热量较少且具有较小的热膨胀系数，其因受热而产生的形变较小，因此，能够避免放置在该碳纳米管膜状结构表面的材料样品产生漂移。

附图说明

图1为本发明实施例透射电镜微栅的结构示意图。

图2为图1中透射电镜微栅沿II-II线的剖视图。

图3为图1中透射电镜微栅中用作碳纳米管膜状结构的碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。

图4为图1中透射电镜微栅中用作碳纳米管膜状结构的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。

图5为图1中透射电镜微栅中用作碳纳米管膜状结构的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。

图6为本发明实施例透射电镜微栅的扫描电镜照片。

图7为图6中的透射电镜微栅中的碳纳米管膜状结构的透射电镜照片。

图8为承载样品的碳纳米管膜局部放大示意图。

图9为应用本发明实施例透射电镜微栅观察纳米金颗粒的高分辨透射电镜照片。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1及图2，本发明实施例提供一种透射电镜微栅100，其包括一网格110、一碳纳米管膜状结构130及两个电极120。该碳纳米管膜状结构130设置在该网格110的一表面。所述两个电极120间隔设置且分别与所述碳纳米管膜状结构130电连接。

所述网格110具有至少一通孔111使所述碳纳米管膜状结构130部分悬空设置，该通孔111的孔径在1微米～3毫米之间。所述网格110的形状不限，可选择为圆形、方形、椭圆形等。所述网格110的尺寸不限，可根据实际应用需求调整，通常在应用于透射电子显微镜中，所述网格110的尺寸为3毫米。在本实施例中，所述网格110为一圆形的多孔结构，包括多个均匀分布的通孔111，每一通孔111的孔径在80微米～100微米之间。所述网格110与碳纳米管膜状结构130之间绝缘。为使所述网格110与碳纳米管膜状结构130绝缘，可在所述网格110表面形成一由绝缘耐热材料制成的绝缘层，也可使整个网格110由绝缘耐热材料制成。所述绝缘耐热材料可以为一绝缘的无机非金属材料。具体地，所述绝缘耐热材料包括二氧化硅、氧化硅、氮化硅、陶瓷、石英及玻璃中的一种及任意组合。优选地，所述网格110的热膨胀系数绝对值小于3，从而使该网格110在受热时不容易产生变形。在本实施例中，所述网格110为由陶瓷制成的栅网结构。

所述两个电极120设置在所述碳纳米管膜状结构130相对的两端并与所述碳纳米管膜状结构130电连接。所述两个电极120可设置在网格110与碳纳米管膜状结构130之间，也可设置在该碳纳米管膜状结构130远离该网格110的一侧或将所述两个电极120设置在所述网格110与该碳纳米管膜状结构130相背的一侧。当所述两个电极120设置在网格110与碳纳米管膜状结构130之间时，该两个电极120可通过在该网格110表面丝网印刷导电银浆层而形成。优选地，所述通过丝网印刷而形成的电极120，其厚度为2纳米～50纳米。在本实施例中，所述两个电极120设置在网格110与碳纳米管膜状结构130之间，且该电极120设置在该网格110靠近外缘的位置。优选地，所述两个电极120嵌接在所述网格110中且与该碳纳米管膜状结构130相对的两端电连接，可以理解，此时，所述网格110面向该碳纳米管膜状结构130应具有与所述两个电极120相对应的凹槽。该两个电极120嵌入该凹槽内，并保证该两个电极120面向该碳纳米管膜状结构130的表面与该网格110面向该碳纳米管膜状结构130的表面平齐，从而使所述碳纳米管膜状结构130平整地铺设在该网格110表面。所述两个电极120的形状不限，优选地，所述两个电极120为弧形电极，设置在该网格110靠近边缘的位置，从而使该网格110表面的碳纳米管膜状结构130得到充分利用，得到最大的加热面积。另外，所述透射电镜微栅100还可以包括多对电极120依次排布在所述网格110外缘，此时，相邻的两对电极120彼此并联。

所述碳纳米管膜状结构130铺设在所述网格110表面，覆盖该网格110的通孔111，并通过所述通孔111部分悬空设置。具体地，所述碳纳米管膜状结构130在覆盖该网格110的通孔111的位置悬空设置。该碳纳米管膜状结构130包括多个均匀分布的碳纳米管，该多个碳纳米管之间通过范德华力相互吸引搭接，从而形成一自支撑的碳纳米管膜状结构130，所述多个碳纳米管形成多个孔径在1纳米～1微米之间的微孔。可以理解，每一微孔由相邻的碳纳米管形成，故该微孔为多边形或不规则形状。优选地，所述碳纳米管膜状结构130的厚度小于100纳米。所谓“自支撑”即该碳纳米管膜状结构130无需通过设置于一基体表面，也能保持自身特定的形状。

具体地，所述碳纳米管膜状结构130可包括至少一层碳纳米管膜。该碳纳米管膜可以为一碳纳米管絮化膜、碳纳米管碾压膜或碳纳米管拉膜。

请参阅图3，所述碳纳米管絮化膜包括多个相互缠绕且均匀分布的碳纳米管。所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构，以形成一自支撑的碳纳米管絮化膜。所述碳纳米管絮化膜各向同性。该碳纳米管絮化膜可通过对一碳纳米管阵列絮化处理而获得。所述碳纳米管絮化膜的结构及制备方法请参见范守善等人于2007年4月13日申请，并于2008年10月15日公开的第CN101284662A号大陆公开专利申请。为节省篇幅，仅引用于此，但所述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

所述碳纳米管碾压膜包括多个碳纳米管无序排列、沿一个方向择优取向排列或沿多个方向择优取向排列，相邻的碳纳米管通过范德华力结合。该碳纳米管碾压膜可以采用一平面压头沿垂直于上述碳纳米管阵列生长的基底的方向挤压上述碳纳米管阵列而获得，此时所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管无序排列，该碳纳米管碾压膜各向同性；所述碳纳米管碾压膜也可以采用一滚轴状压头沿某一固定方向碾压上述碳纳米管阵列而获得，此时所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管在所述固定方向择优取向；请参阅图4，所述碳纳米管碾压膜还可以采用滚轴状压头沿不同方向碾压上述碳纳米管阵列而获得，此时所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管沿不同方向择优取向。所述碳纳米管碾压膜的结构及制备方法请参见范守善等人于2007年6月1日申请，于2008年12月3日公开的第CN10131446A号大陆公开专利申请。为节省篇幅，仅引用于此，但所述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

请参阅图5，所述碳纳米管拉膜包括多个基本相互平行且基本平行于碳纳米管拉膜表面排列的碳纳米管。具体地，所述碳纳米管拉膜包括多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且基本沿同一方向择优取向排列。所述碳纳米管拉膜可通过从碳纳米管阵列中直接拉取获得，为一自支撑结构。所述碳纳米管拉膜的结构及其制备方法请参见范守善等人于2007年2月9日申请的，于2008年8月13日公开的第CN101239712A号大陆公开专利申请。为节省篇幅，仅引用于此，但所述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。当所述碳纳米管膜状结构130为一碳纳米管膜时，所述两个电极120间隔设置在碳纳米管膜的两端，所述碳纳米管膜中的多个碳纳米管的轴向基本沿一个电极120向另一个电极延伸120。

进一步地，该碳纳米管膜状结构130可包括多个碳纳米管膜层叠设置，相邻的碳纳米管膜通过范德华力结合。当该碳纳米管膜状结构包括多个碳纳米管拉膜时，优选地，所述碳纳米管膜状结构包括的碳纳米管膜的层数小于或等于10层。该碳纳米管膜状结构中相邻的碳纳米管拉膜中的碳纳米管之间具有一交叉角度α，且该α大于0度且小于等于90度。当相邻的碳纳米管拉膜中的碳纳米管之间具有一交叉角度α时，所述碳纳米管相互交织形成一网状结构，使所述碳纳米管膜状结构130的机械性能增加，同时使该碳纳米管膜状结构130具有多个均匀且规则排布的微孔，该微孔的孔径与碳纳米管拉膜的层数有关，层数越多，微孔的孔径越小。所述碳纳米管膜还可以进一步进行有机溶剂处理，使该碳纳米管膜收缩，增加该碳纳米管膜的强度。在本实施例中，所述碳纳米管膜状结构130包括至少两层碳纳米管拉膜层叠设置，相邻的碳纳米管膜中的碳纳米管之间的交叉角度α大致等于90度，形成一网状结构，即相邻的碳纳米管膜中的碳纳米管大致相互垂直。

请参阅图6至图8，本发明实施例透射电镜微栅结构100中的碳纳米管膜状结构130为四层碳纳米管拉膜以90度角交叉层叠形成的网状结构。每一层碳纳米管拉膜中的碳纳米管均定向排列，相邻两碳纳米管拉膜之间通过范德华力结合，相邻碳纳米管膜中的碳纳米管基本垂直地交叉设置。该碳纳米管拉膜中的碳纳米管聚集成束，该碳纳米管膜状结构130中碳纳米管束交叉形成多个微孔结构，所述微孔孔径在1纳米～1微米之间。

本实施例透射电镜微栅100在应用时，一待观察的材料样品承放在该碳纳米管膜状结构130表面，当所述材料样品的尺寸大于该碳纳米管膜状结构130的微孔时，该碳纳米管膜状结构130中的微孔可以支持该材料样品，而当所述材料样品的尺寸小于该碳纳米管膜状结构130的微孔时，尤其是粒径小于5nm的纳米颗粒时，所述材料样品主要是靠碳纳米管的吸附作用被稳定地吸附在碳纳米管管壁表面，从而使其承放在该碳纳米管膜状结构130表面。请参阅图9，图中黑色颗粒为待观察的纳米金颗粒。该纳米金颗粒稳定地吸附在碳纳米管管壁边沿，有利于观察纳米金颗粒的高分辨像。

当需要观察该材料样品在受热时的结构时，通过所述两个电极120接入一电源，使一电流通过该两个电极120传导至所述碳纳米管膜状结构130，该碳纳米管膜状结构130在通电时发热。作为加热单元的碳纳米管膜状结构130具有极小的单位面积热容，较高的电热转换率及较快的温度响应，且该碳纳米管膜状结构130与材料样品直接接触，由碳纳米管膜状结构130发出的热量能够直接、快速传递给所述材料样品，能源利用率高。同时，该碳纳米管膜状结构130形成的网状结构具有较好的机械稳定性，该碳纳米管膜状结构130具有极小的热膨胀系数绝对值，具体地，所述碳纳米管膜状结构130的热膨胀系数绝对值范围为0.01～0.5。因此，该材料样品在受热时，碳纳米管膜状结构130不容易产生形变。

所述透射电镜微栅利用一碳纳米管膜状结构承载及加热放置在其表面的待观察的材料样品。该碳纳米管膜状结构具有较高的电热转换率且直接加热该材料样品无需加热整个透射电镜微栅，即不需要加热网格，因此在加热过程中产生的热量较少；同时该碳纳米管膜状结构具有较小的热膨胀系数。因此，在加热材料样品时，由于该碳纳米管膜状结构产生的热量较少且具有较小的热膨胀系数，其因受热而产生的形变较小，因此，能够避免放置在该碳纳米管膜状结构表面的材料样品产生漂移。进一步地，由于所述网格也选用膨胀系数较小的陶瓷制成，且在加热材料样品时，并不需要加热该网格，该网格只是在靠近所述碳纳米管膜状结构的部分吸收热量，即吸收的热量非常少，从而使该网格其因受热而形变也比较少。因此，可减小所述碳纳米管膜状结构与网格之间因为形变而产生的相对移动，进一步避免放置在该碳纳米管膜状结构表面的材料样品产生漂移。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (19)

1.一种透射电镜微栅，其包括一网格，其特征在于，该透射电镜微栅还包括：

一碳纳米管膜状结构，所述碳纳米管膜状结构与该网格表面电绝缘，该碳纳米管膜状结构包括多个均匀分布的碳纳米管，该多个碳纳米管形成多个微孔；及

至少两个电极间隔设置且分别与该碳纳米管膜状结构电连接。

2.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述网格表面具有一绝缘层，该绝缘层的材料为绝缘耐热材料。

3.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述网格的材料为绝缘耐热材料。

4.如权利要求2或3所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述绝缘耐热材料包括二氧化硅、氧化硅、氮化硅、陶瓷、石英及玻璃中的一种或任意组合。

5.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述网格为由陶瓷制成的栅网结构。

6.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述网格包括至少一个通孔，该通孔的孔径在1微米～3毫米之间。

7.如权利要求6所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述网格包括多个通孔，该通孔的孔径在80微米～100微米之间。

8.如权利要求6或7所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述碳纳米管膜状结构通过所述网格至少部分悬空设置。

9.如权利要求6所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述碳纳米管膜状结构覆盖所述网格的至少一个通孔，所述碳纳米管膜状结构在覆盖通孔的位置悬空设置。

10.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述碳纳米管膜状结构的厚度小于100纳米。

11.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述碳纳米管膜状结构中的微孔的孔径在1纳米～1微米之间。

12.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述碳纳米管膜状结构包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个碳纳米管基本相互平行，且平行于碳纳米管膜的表面。

13.如权利要求12所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个碳纳米管通过范德华力首尾相连，且沿同一方向择优取向排列。

14.如权利要求12所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述碳纳米管膜状结构为一碳纳米管膜，所述两个电极间隔设置在碳纳米管膜的两端，所述碳纳米管膜中的多个碳纳米管的轴向基本沿一个电极向另一个电极延伸。

15.如权利要求12所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述碳纳米管膜状结构包括多个碳纳米管膜层叠设置。

16.如权利要求15所述的透射电镜微栅，其特征在于，相邻碳纳米管膜中的碳纳米管基本垂直地交叉设置。

17.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述两个电极分别设置在该碳纳米管膜状结构相对的两端。

18.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述网格为圆形，两个电极为弧形，且设置在网格边缘。

19.一种透射电镜微栅，其包括一网格，其特征在于，该透射电镜微栅还包括：

一碳纳米管膜状结构，所述碳纳米管膜状结构与该网格表面电绝缘；

该碳纳米管膜状结构包括多个碳纳米管基本垂直地交叉设置，该多个碳纳米管形成多个微孔；及

两个电极间隔设置且分别与该碳纳米管膜状结构电连接。

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