CN115458379A - 碳纳米管器件及其使用方法 - Google Patents

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张科
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Abstract

本发明涉及一种碳纳米管器件。所述碳纳米管器件包括一导电基底及一碳纳米管阵列，所述导电基底包括一头部及一长柄，所述头部定义一通孔，该通孔周围的头部表面设置一碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列包括多个基本垂直于端部表面的碳纳米管。本发明进一步提供一种该碳纳米管器件的使用方法。

Description

碳纳米管器件及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种碳纳米管器件及其使用方法。
背景技术
扫描电子显微镜(扫描电镜)是一种电子光学仪器，主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。然而，对于绝缘样品或者导电性不好的样品，在高加速电压下产生的电子不能被导向大地，从而形成样品表面荷电效应，影响扫描电镜(SEM)成像观察。现有技术中，通常的解决方案是在样品的表面喷涂或者蒸镀导电层，如金，铂，碳等，或者采用导电胶涂覆在样品表面，以减少荷电效应。现有技术中的这种样品的处理方式，导电层/导电胶形成在样品表面后，无法从样品上完全去除，导致样品无法二次使用。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种碳纳米管器件及其使用方法，可以解决上述技术技术问题。
一种碳纳米管器件，其包括一导电基底及一碳纳米管阵列，所述导电基底包括一头部及一长柄，所述头部定义一通孔，该通孔周围的头部表面设置一碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列包括多个基本垂直于端部表面的碳纳米管。
一种应用于扫描电镜中的碳纳米管器件，其包括一导电基底及一碳纳米管阵列，所述导电基底包括一头部及一长柄，所述头部定义一通孔，该通孔周围的端部表面设置一碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列包括多个基本垂直于头部表面的碳纳米管，所述通孔用于使扫描电镜发出的电子束穿过，所述碳纳米管阵列与样品表面接触。
本发明所提供的碳纳米管器件，包括一垂直设置的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列的一端与导电基底导电接触，另一端与扫描电镜样品接触，在扫描电镜观测样品的过程中，将样品表面产生的电子导走，从而防止了样品表面的荷电效应，使样品的形貌可以被清楚观测到。同时，在完成扫描电镜拍照后，所述碳纳米管器件与样品可轻易分离，不会对样品造成破坏。该碳纳米管器件可重复使用。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的碳纳米管器件的结构示意图。
图2为图1中碳纳米管器件的侧面示意图。
图3为本发明实施例所提供的碳纳米管器件在应用时与待测样品接触的结构示意图。
图4是一个示例中的碳纳米管器件的结构示意图。
图5是另一个示例中的碳纳米管器件的结构示意图。
图6为本发明第二实施例提供的碳纳米管器件的结构示意图。
图7为本发明第三实施例提供的碳纳米管器件的结构示意图。
图8为本发明第四实施例提供的碳纳米管器件的结构示意图。
主要元件符号说明
碳纳米管器件 10,20，30；40
头部 102,202，302
长柄 104,204，304；404
碳纳米管阵列 106,206，306；406
通孔 108，208，308；408
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明提供的碳纳米管器件作进一步详细说明。
请参见图1及图2，本发明实施例提供一种碳纳米管器件10。所述碳纳米管器件10包括一导电基底(图未标)及一碳纳米管阵列106。所述导电基底包括一头部102及一长柄104。所述头部102定义一通孔108，该通孔108周围的头部102的表面设置一碳纳米管阵列106，该碳纳米管阵列106包括多个基本垂直于头部102表面的碳纳米管(图未标)。
所述导电基底的材料可以为金属、合金或者导电聚合物。本实施例中，导电基底的材料为铜。所述头部102和长柄104的材料可以为相同的导电材料，也可以为不同的导电材料，可根据实际需要选择。所述头部102包括一表面(图未标)。所述表面的形状可以是圆形，如图1所示；也可以是方形，如图3所示。所述表面可以是平面，也可以是曲面，可以根据待观测样品调整。
所述碳纳米管阵列106通过导电胶固定于头部102的表面。所述碳纳米管阵列106通过导电胶固定，可以牢固地固定于头部102的表面，碳纳米管不易脱落。所述碳纳米管阵列106包括多根基本相互平行的碳纳米管。所述多根碳纳米管基本垂直于所述头部102的表面。关于“基本平行”和“基本垂直”，宏观来看，碳纳米管是相互平行且垂直于头部102的表面的。但是，因为碳纳米管属于微观材料，在微观来看，由于碳纳米管本身有弯曲或者略微倾斜，所以，碳纳米管并非绝对的相互平行或绝对的垂直于头部102的表面。所述碳纳米管阵列106可以覆盖整个头部102的表面。
所述碳纳米管阵列106中的碳纳米管用于与待观测样品接触，在扫描电镜的观测过程中，将样品表面产生的电子导走，从而防止了样品表面的荷电效应，使样品的形貌可以被清楚观测到。碳纳米管的一端与样品接触，另一端与导电的头部102电连接，由于碳纳米管本身的纵向方向有良好的导电性，因此，样品表面的电子可以通过碳纳米管被导走。
所述通孔108贯穿头部102和碳纳米管阵列106。通孔108的数量为1个。所述通孔108的形状不限，可以是圆形，如图1所示；也可以是方形，如图4所示。通孔108的形状可以根据实际需要选择。通孔108的孔径用于使扫描电镜发射的电子束通过该通孔108打到样品上，孔径的大小可根据实际需要选择微孔的孔径尺寸可以为。所述微孔的孔径尺寸可以为小于等于100微米。优选地，微孔的孔径尺寸为10微米～20微米。
所述长柄104一端与头部102电连接，另一端用于把持，从而精确控制碳纳米管器件10的位置，使碳纳米管器件10中碳纳米管阵列106的一端恰好与待观测样品的表面接触，而且，碳纳米管器件10中头部102不会压住样品表面，导致碳纳米管阵列106变形，或者导致样品被破坏。所述长柄104的材料为导电材料。
请参见图5，所述碳纳米管器件10在使用时，机械手把持所述长柄104使碳纳米管器件10中碳纳米管阵列106的一端与待观测样品的表面接触；扫描电镜发出的电子束通过头部102的通孔108打在样品上，可以实现对样品表面拍照；样品表面由于和碳纳米管接触并电连接，样品表面的电子被碳纳米管器件10倒走，从而避免了样品表面的荷电效应。在完成样品的拍照后，将碳纳米管器件10从样品上拿走收纳后以待下次使用。
本发明所提供的碳纳米管器件，包括一垂直设置的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列的一端与导电基底导电接触，另一端与扫描电镜样品接触，在扫描电镜观测样品的过程中，将样品表面产生的电子导走，从而防止了样品表面的荷电效应，使样品的形貌可以被清楚观测到。同时，在完成扫描电镜拍照后，所述碳纳米管器件与样品可轻易分离，不会对样品造成破坏。该碳纳米管器件可重复使用。
请参见图6，本发明第二实施例提供一种碳纳米管器件20。所述碳纳米管器件20包括一导电基底(图未标)及一碳纳米管阵列206。所述导电基底包括一头部202及一长柄204。所述头部202定义一通孔208，该通孔208周围的头部202的表面设置一碳纳米管阵列206。本实施例所提供的碳纳米管器件20与第一实施例提供的碳纳米管器件10的结构基本相同，不同之处在于，碳纳米管阵列206并非完全覆盖头部202的表面。碳纳米管阵列206的横截面积可根据实际需要进行选择。
请参见图7，本发明第三实施例提供一种碳纳米管器件30。所述碳纳米管器件30包括一导电基底(图未标)及一碳纳米管阵列306。所述导电基底包括一头部302及一长柄304。所述头部302定义一通孔308，该通孔308周围的头部302的表面设置一碳纳米管阵列306。本实施例所提供的碳纳米管器件30与第一实施例提供的碳纳米管器件10的结构基本相同，不同之处在于，所述导电基底整体为一长条状结构，导电基底的一端为碳纳米管器件30的头部，另一端为碳纳米管器件30的长柄304。所述导电基底为一整体结构，只需一端包括用于承载碳纳米管阵列的表面，另一端具有一定长度可以把持即可。
请参见图8，本发明第三实施例提供一种碳纳米管器件40。所述碳纳米管器件40包括一导电基底(图未标)及一碳纳米管阵列406。所述导电基底包括一头部(图未标)及一长柄404。所述头部定义一多个通孔408，该多个通孔408周围的头部的表面设置一碳纳米管阵列406。本实施例所提供的碳纳米管器件40与第一实施例提供的碳纳米管器件10的结构基本相同，不同之处在于，所述通孔408的个数大于等于2个，通孔408之间间隔设置。所述多个通孔408的孔径大小不同。所述多个通孔408的形状也可以不同。本实施例中，所述通孔408的个数为2个，通孔408的形状均为圆形，两个通孔408的孔径各不相同。本实施例所提供的碳纳米管器件40在应用时，可以根据待观测样品尺寸的大小，选择采用哪个通孔408使扫描电镜的电子束通过。当待观测样品的尺寸较小时，采用孔径较小的通孔408；当待观测样品的尺寸较大时，采用孔径较大的通孔408。
本发明实施例进一步提供一种上述碳纳米管器件的使用方法，其包括以下步骤：
提供一碳纳米管器件，该碳纳米管器件包括一碳纳米管阵列及一通孔；
提供一待观测的扫描电镜样品，将该样品置于扫描电镜的观测区域；
将所述碳纳米管器件固定于一机械臂上，移动机械臂的位置，使碳纳米管器件中的碳纳米管阵列与样品接触；以及
打开扫描电镜，使扫描电镜的电子束通过所述通孔打在样品上，对样品进行拍照。
所述碳纳米管器件为上述实施例所提供的碳纳米管器件10、20或30中的任意一种。
所述待观测的扫描电镜样品的材料为绝缘材料或者导电性不好的材料。
所述机械臂的位置可以通过电脑精确控制，使碳纳米管器件中碳纳米管阵列的一端恰好与待观测样品的表面接触，而且，碳纳米管器件中头部不会压住样品表面，导致碳纳米管阵列变形，或者导致样品被破坏。
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 (10)

1.一种碳纳米管器件，其特征在于，包括：
一导电基底，所述导电基底包括一头部及一长柄，所述头部定义一通孔；以及
一碳纳米管阵列，设置于所述通孔周围的头部的表面，该碳纳米管阵列包括多个基本垂直于头部表面的碳纳米管。
2.如权利要求1所述的碳纳米管器件，其特征在于，所述头部和长柄的材料为相同的导电材料。
3.如权利要求1所述的碳纳米管器件，其特征在于，所述头部的表面为方形、圆形、椭圆形或者三角形。
4.如权利要求1所述的碳纳米管器件，其特征在于，所述导电基底整体为一长条状结构，导电基底的一端为碳纳米管器件的头部，另一端为碳纳米管器件的长柄。
5.如权利要求1中所述的碳纳米管器件，其特征在于，所述通孔用于使扫描电子显微镜发出的电子束通过该通孔打在待观测样品上。
6.如权利要求1中所述的碳纳米管器件，其特征在于，所述通孔的孔径为1微米～100微米。
7.如权利要求1中所述的碳纳米管器件，其特征在于，所述碳纳米管阵列通过导电胶固定于头部的表面。
8.如权利要求1中所述的碳纳米管器件，其特征在于，所述碳纳米管阵列中的碳纳米管用于与扫描电镜的待观测样品接触。
9.一种应用于扫描电镜中的碳纳米管器件，其包括一导电基底及一碳纳米管阵列，所述导电基底包括一头部及一长柄，所述头部定义一通孔，该通孔周围的端部表面设置一碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列包括多个基本垂直于头部表面的碳纳米管，所述通孔用于使扫描电子显微镜发出的电子束穿过，所述碳纳米管阵列与样品表面接触。
10.如权利要求1-9中任意一种碳纳米管器件的使用方法，其包括以下步骤：
提供所述碳纳米管器件，该碳纳米管器件包括一碳纳米管阵列及一通孔；
提供一待观测的扫描电镜样品，将该样品置于扫描电镜的观测区域；
将所述碳纳米管器件固定于一机械臂上，移动机械臂的位置，使碳纳米管器件中的碳纳米管阵列与样品接触；以及
打开扫描电镜，使扫描电镜的电子束通过所述通孔打在样品上，对样品进行拍照。
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