CN108845161A - 原子力显微镜探针、原子力显微镜及探针的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原子力显微镜探针、原子力显微镜及探针的制备方法。原子力显微镜探针包括探针本体和设置在探针本体的针尖一侧的接触体，接触体具有连接段和接触段，接触段具有接触端面；接触段为二维材料，且接触端面为原子级光滑且平整的单晶界面。本发明的原子力显微镜探针可精确地检测受测样品的各种性质。

Description

原子力显微镜探针、原子力显微镜及探针的制备方法

技术领域

本发明涉及原子力显微镜领域，更具体地，涉及一种原子力显微镜探针、原子力显微镜及探针的制备方法。

背景技术

随着微米纳米科学技术尤其是原子力显微技术的发展，原子力显微镜在微观结构的观察成像、微观结构的表征以及受测样品的光热力电声等理化性能的探测中起着越来越重要的影响。

现有的原子力显微镜利用微悬臂感受和放大微悬臂上的探针与受测样品原子之间的作用力，以达到检测的目的。但是现有的原子力显微镜探针与受测样品相接触的面为非平面，其相接触的面的曲率半径的实际值和标称值会有偏差，导致无法精确地检测受测样品的各种性质，严重限制了原子力显微镜的发展。

因此，如何提供一种可精确地检测受测样品的各种性质的原子力显微镜探针成为本领域亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种可精确地检测受测样品的各种性质的原子力显微镜探针的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种原子力显微镜探针。

该原子力显微镜探针包括探针本体和设置在所述探针本体的针尖一侧的接触体，所述接触体具有连接段和接触段，所述连接段被设置为用于与所述针尖相连接，所述接触段具有接触端面，且所述接触端面被设置为用于与受测样品相接触；其中，

所述接触段为二维材料，且所述接触端面为原子级光滑且平整的单晶界面。

可选地，所述连接段为二维材料，且所述连接段和所述接触段的材质相同。

可选地，所述原子显微镜探针还包括用于将所述连接段连接在所述针尖上的连接体；

所述连接体的包裹所述针尖外，且所述连接体与所述连接段邻近所述针尖的表面相连接。

可选地，所述连接体在所述连接段的表面上的投影面积小于所述连接段与所述连接体相连接的表面的面积。

可选地，所述连接体为导电胶或非导电胶。

可选地，所述针尖与所述连接段的表面相接触。

根据本发明的第二方面，提供了一种原子力显微镜。

该原子力显微镜包括微悬臂和本发明的原子力显微镜探针，所述原子力显微镜探针安装在所述微悬臂上；其中，

所述微悬臂的反光面与所述接触体邻近所述探针本体的表面相平行。

根据本发明的第三方面，提供了一种探针的制备方法。

该探针的制备方法包括如下步骤：

步骤S01：将胶滴转移至接触体的表面上，其中，所述接触体具有连接段和接触段，所述连接段相较于所述接触段邻近胶滴，且至少所述接触段为二维材料；

步骤S02：将探针本体的针尖插入所述胶滴中；

步骤S03：待所述胶滴固化后驱动所述探针本体移动，使得所述接触段在自回复界面上解离，以在所述接触体上得到接触端面，所述接触端面为原子级光滑且平整的单晶界面。

可选地，所述步骤S02具体如下：

将探针本体的针尖插入所述胶滴中，直至所述针尖与所述连接段的表面相接触。

可选地，所述步骤S03具体如下：

步骤S03a：使用紫外固化灯照射所述胶滴，以使得所述胶滴固化；

步骤S03b：待所述胶滴固化后驱动所述探针本体移动，使得所述接触段在自回复界面上解离，以在所述接触体上得到接触端面，所述接触端面为原子级光滑且平整的单晶界面。

根据本公开的一个实施例，本发明的原子力显微镜探针的接触体的接触段为二维材料，且接触体具有为原子级光滑且平整的单晶界面的接触端面，这使得接触端面与受测样品相接触时的接触区域可为表面平滑、面积确定的单晶界面，从而可精确地检测受测样品的力曲线、界面的摩擦、热传导、电学等各种性质。此外，本发明的原子力显微镜探针的接触区域内部没有面内悬键，有利于进一步地提高受测样品的力曲线、界面的摩擦、热传导、电学等各种性质的检测精确性。通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为本公开的原子力显微镜探针实施例的结构示意图。

图2为本公开探针的制备方法实施例的流程图。

图中标示如下：

探针本体-1，接触体-2，连接段-21，接触段-22，接触端面-220，连接体-3。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1中所示，本公开提供了一种原子力显微镜探针。

该原子力显微镜探针包括探针本体1和设置在探针本体1的针尖一侧的接触体2。本公开中的探针本体1实质上为常规的原子力显微镜探针，该常规的原子力显微镜探针安装在微悬臂上，并可在驱动机构的驱动下与微悬臂同步移动。探针本体1的材质可为金属或绝缘体或半导体等。

整个接触体2均可为二维材料，例如，整个接触体2均为HOPG(Highly OrientedPyrolytic Graphite，高定向热解石墨)的材质。或者，接触体2可由二维材料和其它非二维材料复合而成，例如，接触体2为SiO₂/HOPG复合材料，上述SiO₂/HOPG复合材料指的是在HOPG上沉积一定厚度的SiO₂所形成的材料，且HOPG位于复合材料与受测样品相接触的一侧。

接触体2具有连接段21和接触段22。接触体2的形状可根据实际需求设置，例如，接触体2具有矩形块形状，连接段21和接触段22层叠设置；又例如，接触体2具有圆盘形状，连接段21和接触段22层叠设置。

连接段21可用于与探针本体1的针尖相连接。连接段21和探针本体1的针尖之间的连接可通过胶粘或卡固或嵌固等方式实现。接触段22具有接触端面220，且接触端面220可用于与受测样品相接触。接触段22的接触端面220面对外界，当探针本体1带着接触体2移动时，接触端面220可与受测样品相接触。根据接触体2的形状的不同，接触端面220可具有不同的形状。

接触段22为二维材料，且接触端面220为原子级光滑且平整的单晶界面。该接触端面220可通过二维材料在自回复界面上的解离等方式得到。根据不同形状和尺寸的接触体2，可得出接触端面220准确的表面面积。

本发明的原子力显微镜探针的接触体2的接触段22为二维材料，且接触体2具有为原子级光滑且平整的单晶界面的接触端面220，这使得接触端面220与受测样品相接触时的接触区域可为表面平滑、面积确定的单晶界面，从而可精确地检测受测样品的力曲线、界面的摩擦、热传导、电学等各种性质。此外，本发明的原子力显微镜探针的接触区域内部没有面内悬键，有利于进一步地提高受测样品的力曲线、界面的摩擦、热传导、电学等各种性质的检测精确性。

在本公开原子力显微镜探针的一个实施例中，连接段21为二维材料，且连接段21和接触段22的材质相同。也即是，整个接触体2可由同种二维材料形成，这种接触体2的成本较低。

在本公开原子力显微镜探针的另一个实施例中，原子显微镜探针还包括用于将连接段21连接在探针本体1的针尖上的连接体3。连接体3的设置有利于探针本体1和接触体2更可靠地连接在一起。连接体3可例如为胶或导电银浆等。更具体地，连接体3可为AB胶、瞬干胶、UV胶或环氧树脂等。

连接体3的包裹探针本体1的针尖外，且连接体3与连接段21邻近针尖的表面相连接。探针本体1的针尖可与连接段21的表面相接触，或者，探针本体1的针尖仅包裹在连接体3内而未与连接段21的表面相接触。

可选地，连接体3在连接段21的表面上的投影面积小于连接段21与连接体3相连接的表面的面积，这种设置有利于避免因连接体3的尺寸过大导致影响到接触体2的接触端面220与受测样品的正常接触。

可选地，连接体3为导电胶或非导电胶。

可选地，探针本体1的针尖与连接段21的表面相接触。当针尖与连接段21的表面相接触时，探针本体1更加可靠地与接触体2连接在一起。

本公开还提供了一种原子力显微镜。

该原子力显微镜包括微悬臂和本公开的原子力显微镜探针。原子力显微镜探针安装在微悬臂上，具体安装方式可为本领域熟知的方式，本发明对此不作进一步地限定。微悬臂的材质可为金属或绝缘体或半导体等。微悬臂的形状可为矩形或三角形等。

微悬臂的反光面与接触体2邻近探针本体1的表面相平行，以保证原子力显微镜的检测精度。

本公开的原子力显微镜上设有具有接触体2的原子力显微镜探针，因此可用于检测受测样品的力学曲线。

如图2所示，本公开还提供了一种探针的制备方法。

该探针的制备方法包括如下步骤：

步骤S01：将胶滴转移至接触体的表面上。胶滴的转移可通过吸管移液或蘸笔滴点等方式实现。接触体具有连接段和接触段，连接段相较于接触段邻近胶滴，且至少接触段为二维材料。具体实施时，胶滴位于连接段的表面上。

接触体的材质可根据实际需求设置。例如，整个接触体均可为HOPG(HighlyOriented Pyrolytic Graphite，高定向热解石墨)等二维材料。又例如，接触体可为SiO₂/HOPG等复合材料，上述SiO₂/HOPG复合材料指的是在HOPG上沉积一定厚度的SiO₂所形成的材料，且HOPG位于复合材料与受测样品相接触的一侧。

步骤S02：将探针本体的针尖插入胶滴中。此时的胶滴还未固化，探针本体的针尖可插入胶滴直至针尖与接触体的表面相接触，或者探针本体的针尖可插入胶滴内而未与接触体的表面相接触。

步骤S03：待胶滴固化后驱动探针本体移动，使得接触段在自回复界面上解离，以在接触体上得到接触端面，接触端面为原子级光滑且平整的单晶界面。探针本体的移动可由驱动机构实现。

上述自回复界面是指二维材料的某一层的表面。通过探针本体带动接触体移动，接触段通过自回复运动可在自回复界面处解离为两个彼此分离的独立部分，此时与探针本体连接在一起的部分接触段的表面上可形成接触端面，该接触端面为原子级光滑且平整的单晶界面。

本公开的原子力显微镜探针的制备方法可方便高效地将接触体连接在探针本体上，并且在接触体上形成接触端面。

通过形成原子级光滑且平整的单晶界面的接触端面，原子力显微镜探针可精确地检测受测样品的力曲线、界面的摩擦、热传导、电学等各种性质。此外，具有原子级光滑且平整的单晶界面的接触端面的原子力显微镜探针的接触区域内部没有面内悬键，有利于进一步地提高受测样品的力曲线、界面的摩擦、热传导、电学等各种性质的检测精确性。

在本公开的制备方法的一个实施例中，步骤S02具体如下：

将探针本体的针尖插入胶滴中，直至针尖与连接段的表面相接触，以使得探针本体更加可靠地与接触体连接在一起。

在本公开的制备方法的另一个实施例中，步骤S03具体如下：

步骤S03a：使用紫外固化灯照射胶滴，以使得胶滴固化。紫外固化灯的照射时间可选地为3min-5min。

步骤S03b：待胶滴固化后驱动探针本体移动，使得接触段在自回复界面上解离，以在接触体上得到接触端面，接触端面为原子级光滑且平整的单晶界面。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种原子力显微镜探针，其特征在于，包括探针本体和设置在所述探针本体的针尖一侧的接触体，所述接触体具有连接段和接触段，所述连接段被设置为用于与所述针尖相连接，所述接触段具有接触端面，且所述接触端面被设置为用于与受测样品相接触；其中，

所述接触段为二维材料，且所述接触端面为原子级光滑且平整的单晶界面。

2.根据权利要求1所述的原子力显微镜探针，其特征在于，所述连接段为二维材料，且所述连接段和所述接触段的材质相同。

3.根据权利要求1所述的原子力显微镜探针，其特征在于，所述原子力显微镜探针还包括用于将所述连接段连接在所述针尖上的连接体；

所述连接体的包裹所述针尖外，且所述连接体与所述连接段邻近所述针尖的表面相连接。

4.根据权利要求3所述的原子力显微镜探针，其特征在于，所述连接体在所述连接段的表面上的投影面积小于所述连接段与所述连接体相连接的表面的面积。

5.根据权利要求3所述的原子力显微镜探针，其特征在于，所述连接体为导电胶或非导电胶。

6.根据权利要求3至5任一项中所述的原子力显微镜探针，其特征在于，所述针尖与所述连接段的表面相接触。

7.一种原子力显微镜，其特征在于，包括微悬臂和权利要求1至6任一项中所述的原子力显微镜探针，所述原子力显微镜探针安装在所述微悬臂上；其中，

所述微悬臂的反光面与所述接触体邻近所述探针本体的表面相平行。

8.一种探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S01：将胶滴转移至接触体的表面上，其中，所述接触体具有连接段和接触段，所述连接段相较于所述接触段邻近胶滴，且至少所述接触段为二维材料；

步骤S02：将探针本体的针尖插入所述胶滴中；

步骤S03：待所述胶滴固化后驱动所述探针本体移动，使得所述接触段在自回复界面上解离，以在所述接触体上得到接触端面，所述接触端面为原子级光滑且平整的单晶界面。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S02具体如下：

将探针本体的针尖插入所述胶滴中，直至所述针尖与所述连接段的表面相接触。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S03具体如下：

步骤S03a：使用紫外固化灯照射所述胶滴，以使得所述胶滴固化；

步骤S03b：待所述胶滴固化后驱动所述探针本体移动，使得所述接触段在自回复界面上解离，以在所述接触体上得到接触端面，所述接触端面为原子级光滑且平整的单晶界面。