CN117471674B - 基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵平台，包括激光光源、白光光源、第一偏振片、分光镜、保偏镜头、三维机械臂、四维位移台、第二偏振片、相机及计算机；所述激光用于对待转移的一维纳米线成像，其发出的光经第一偏振片、分光镜后沿竖直方向即z轴方向依次经保偏镜头、样品基板后再经保偏镜头、分光镜、第二偏振片进入相机，所述白光照明一维纳米线附近粘性材料和衬底，反射光沿竖直方向依次经过保偏镜头、分光镜、第二偏振片进入相机；相机与计算机相连，成像被计算机接收并显示。该平台将偏振成像技术与范德华干式转移技术完美融合，可在实时精确定位、成像的同时开展一维纳米线的转移和操纵，且成本低易搭建。
Description
技术领域
本发明属于实验室设备技术领域，涉及一种基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵平台，可广泛应用于物理、化学、材料等领域，用于实现一维纳米线的精确转移操纵和器件精密制备。
背景技术
范德华干式转移技术是近年来在物理和材料领域发展出来的一种全新材料制备技术[One-Dimensional Electrical Contact to a Two-Dimensional Material.Science, 342 , 614-617 （2013）.]。该技术完全打破原有异质结材料制备范式，利用普通光学显微成像系统对二维材料进行成像和转移堆垛操作，为凝聚态物理和材料科学领域近年来的重大发现奠定了基础[Efficient Fizeau drag from Dirac electrons inmonolayer graphene. Nature 594, 517–521 （2021）.]。具有纳米尺寸的一维纳米线材料，例如碳纳米管（CNT），其可视化一般不能通过普通光学显微镜实现，这是因为CNT的直径仅仅为1-2纳米，与光的相互作用远远弱于二维材料和生长衬底。这一局限性导致了在范德华干式转移过程中一维纳米线的不可见，从而无法精确定位一维纳米线。通过监测纳米线在转移过程中的光致发光光谱[Deterministic transfer of optical-quality carbonnanotubes for atomically defined technology. Nature Communications 12, 3138（2021）.]，可以较精确的定位纳米线，然而，此种方法只适用于发光较强的半导体纳米线，并且对激光光源和谱学探测设备要求极高、成本高昂，而且系统搭建复杂，很难在相关实验和研究领域中推广。因此，发展一种可广泛用于一维纳米线高精度转移操纵，且成本较低的平台技术显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵平台，该平台是一种利用偏振成像技术实现一维纳米线高精度转移的低成本实验平台。该平台将低成本、但高灵敏的偏振成像技术与范德华干式转移技术完美融合，在实时精确定位、成像的同时开展一维纳米线的转移和操纵，对一维纳米线的转移操纵精度接近甚至达到光学衍射极限。
本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵平台，包括光源、第一偏振片、分光镜、保偏镜头、三维机械臂、四维位移台、第二偏振片、相机及计算机；所述光源包括激光和白光，所述三维机械臂可沿x、y、z轴移动，其末端悬空固定有样品基板，所述样品基板上设有狭缝，下表面有待转移的一维纳米线跨设于所述狭缝，所述四维位移台顶部设有样品台，可沿x、y、z轴移动并可绕r轴旋转，且样品台设有温控单元可对样品台加热，所述样品台上放置载玻片，载玻片上表面设有粘性材料；所述激光用于对待转移的一维纳米线成像，其发出的光经第一偏振片、分光镜后沿竖直方向即z轴方向依次经保偏镜头、样品基板后，再经保偏镜头、分光镜、第二偏振片进入相机，所述白光用于照明一维纳米线附近较大视场范围的粘性材料和样品基板，其反射光沿竖直方向依次经过保偏镜头、分光镜、第二偏振片进入相机；相机与计算机相连，成像被计算机接收并显示。
上述技术方案中，进一步地，所述激光的光源为二极管激光器，波长在可见光范围。
进一步地，所述的样品基板上的狭缝宽度为5um至50um。
进一步地，所述载玻片的粘性材料上方还设有范德华材料。
进一步地，所述载玻片上表面设有起支撑作用的弹性材料，为厚度为500至1000um的PDMS，在PDMS上涂布有粘性的有机材料PPC薄膜，PPC薄膜用于转移范德华材料。
本发明的一种基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵的方法，基于上述任一的平台实现，包括如下步骤：
1）将样品基板悬空固定于三维机械臂悬臂梁末端并使样品面向下，且调控方向使得狭缝在xy平面内呈45°放置，通过三维机械臂将样品基板移动到保偏镜头焦点处；
2）开启激光光源，通过偏振成像技术，旋转第一偏振片及第二偏振片，实现一维纳米线的光学可视化，在相机中清晰地看到一维纳米线的成像，其空间分辨率仅受制于光学衍射极限；
3）将含有粘性材料的载玻片置于四维位移台上表面，操纵四维位移台，先将载玻片逼近样品基板至一定程度，之后开启白光光源，对粘性材料成像，并启动温控单元加热，进一步调控使载玻片上的粘性材料与样品基板贴紧后再分离，实现高精度转移。
进一步地，所述的步骤2）具体为：旋转第一偏振片的偏振方向，将其偏振调整至x或y方向，将第二偏振片的方向设置为与第一偏振片近似垂直；然后观察相机成像的同时轻微旋转第二偏振片，当样品基板光学对比度最弱，且一维纳米线成像最清楚时，停止旋转第二偏振片，实现纳米线偏振成像。
进一步地，所述的步骤3）具体为：
将含有粘性材料的载玻片置于四维位移台上表面，操纵四维位移台的z轴位移台，将载玻片逼近待转移一维纳米线的样品基板，直至由于粘性材料与光的相互作用太强而无法清晰看到一维纳米线的成像；
打开白光，对粘性材料成像，启动温控单元对载玻片加热，当温度稳定后，操纵四维位移台z轴位移台，使载玻片上的粘性材料与样品基板贴紧，等待5~10秒，然后缓缓操纵四维位移台z轴位移台，将粘性材料与样品基板分离，此时一维纳米线被转移到粘性材料上。
进一步地，所述的对载玻片加热，其温度为40-55℃。
本发明还提供一种基于所述平台或上述任一方法制得的纳米线交叉结结构，所述结构为两根或以上的电子结构一样或不一样的纳米线所构成的交叉结，或者还包括二维材料，所述二维材料位于所述交叉结中纳米线之间、所述交叉结上方、所述交叉结下方中的任一种或多种位置。
进一步地，所述二维材料为六方氮化硼（hBN）、二硫化钼（MoS2）、二硒化钼（MoSe2）、二硫化钨（WS2）、二硒化钨（WSe2）、二硫化铌（NbS2）和二硒化铌（NbSe2）中的一种或多种。
本发明平台及方法的一维纳米线高空间分辨特性使得包含一维纳米线复杂结构的精密转移和制备成为可能。
本发明实现了对一维纳米线的亚微米空间精度的操纵转移，所述方法具有如下优点：
1.低成本、设备易得：所述激光光源为市面常见的廉价二极管激光设备，所述白光光源可用普通手电筒代替。此外，转移平台和控温程序均为自主设计搭建。
2.高精度：实现微米级的转移精度，在新型范德华结构和器件制备领域是重要进展。
3.普适性：可广泛适用于其他一维材料转移，不依赖于材料的电子结构和性质，普通物理、化学和材料实验室或课题组均可自主搭建使用。
这种低成本但高精度转移一维纳米材料技术在基础物理、化学和材料研究中具有重要的意义，在微电子、光电子等领域也具有广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式和现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的实施方式和实施结果，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵平台示意图；
图2为利用本发明所述转移方法，在转移过程中位于粘性材料上方的一维纳米线（CNT）的光学成像。
图3为利用本发明所述转移方法，在转移过程中粘性材料与一维纳米线（CNT）相距很近时，粘性材料上的hBN的光学成像。
图4为利用本发明所述转移方法所得的由两根纳米线（CNT）构成的交叉结的原子力显微镜（AFM）表征数据图与其预计位置。
图5为利用本发明所述转移方法所得的在两根电子结构一样的纳米线（CNT）中间有一个hBN的结构的AFM表征数据图。
图中：1-激光光源；2-第一偏振片；3-分光镜；4-保偏镜头；5-白光光源；6-样品基板；61-xy平面内45°放置的一维纳米线样品示意图；7-载玻片；71-粘性材料；8-四维位移台；81-加热片；82-r轴旋转样品台；83-x轴位移台；84-y轴位移台；85-z轴位移台；9-三维机械臂；91-x轴位移台；92-y轴位移台；93-z轴位移台；94-悬臂梁；10-第二偏振片；11-相机；12-计算机。
a-悬空CNT成像；b-狭缝边缘。
c-hBN边缘；d-位于粘性材料上方的一维纳米线基板的狭缝边缘。
e-实施例1所得CNT的AFM图像；f-实施例1中CNT的预计位置；g-实施例2所得CNT的AFM图像；h-实施例2中CNT的预计位置。
i-底层CNT的AFM图像；j-顶层CNT的AFM图像；k-夹在底层CNT和顶层CNT中间的hBN的边缘轮廓。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
如图1所示为本发明所述的基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵平台的示意图，包括激光光源1、第一偏振片2、分光镜3、保偏镜头4、白光光源5、样品基板6、载玻片7、粘性材料71、四维位移台8、三维机械臂9、第二偏振片10、相机11、计算机12。
其中，激光光源1为波长为520 nm的二极管激光器；四维位移台8包括加热片81、r轴旋转台82、x轴位移台83、y轴位移台84和z轴位移台85；三维机械臂9包含x轴位移台91、y轴位移台92、z轴位移台93、悬臂梁94；样品基板6为悬空固定于悬臂梁94下表面，样品基板6上设有狭缝，其下表面有待转移的一维纳米线材料，且一维纳米线为跨设于所述狭缝上；四维位移台8置于三维机械臂9可操作范围内；载玻片7设于四维位移台8的加热片上，其上还设有粘性材料71，其中粘性材料71涂布在一个起支撑作用的弹性材料PDMS上表面，此外还可以根据转移需要，在粘性材料71上还可设置有范德华材料；计算机12用于程序控制加热片81和接收相机10传输的图像。
在本发明中，待转移的一维纳米线材料可以是直接生长于所述样品基板上，也可以为转移到样品基板的材料。可以为碳纳米管、二硫化钼纳米管等任意的一维纳米线材料。
所述的起支撑作用的弹性材料可以为PDMS（polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷），粘性材料可以为PPC（polypropylene carbonate，聚碳酸丙烯酯）、PC（Polycarbonate，聚碳酸酯）、PVC（polyvinyl chloride，聚氯乙烯）……中的一种。
所述的起支撑作用弹性材料PDMS的厚度可以为500um。
本发明中，粘性材料上还可以设有其他范德华材料，如六方氮化硼（hBN）等。
本发明中，样品基板上的狭缝通常宽度为30um，在操纵时为了得到最佳的成像效果，通常可将样品基板调控至狭缝是在xy平面内沿约45°方向布置，这样可使得跨设于狭缝上的一维纳米线的轴向在xy平面内与y轴/x轴成约45°（如图1中图标61所示）。
本发明中，激光光源发出的光依次经过第一偏振片、分光镜、保偏镜头、样品，再次先后经过保偏镜头和分光镜，然后经过第二偏振片，进入相机，最终所成一维纳米线的像被计算机接收。白光光源发出的光照明一维纳米线附近较大视场范围的粘性材料和衬底（一维纳米线在单独白光照明条件下不可见），反射光经过保偏镜头、分光镜、第二偏振片，进入相机，成像被计算机接收。上述平台中，为了将偏振成像技术与范德华干式转移技术完美融合，本发明将主光路沿竖直方向（即xz平面）搭建，而非采用水平（xy平面）光路；同时本发明将待转移的一维纳米线样品置于粘性材料上方，这样设置可以有效解决当粘性材料在待转移一维纳米线样品上方时导致激光光源发出的光必须先经过粘性材料，而会发生散射以致于无法再对一维纳米线成像的难题。
采用上述平台进行基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵的方法，通常可以包括如下步骤：
1）在三维机械臂的悬臂梁下表面及保偏镜头焦点处，悬空放置待转移的一维纳米线样品基板（可以一端固定于悬臂梁下表面，另一端悬空），并调整狭缝方向以尽量使纳米线的轴向在xy平面内与y轴成约45°。
2）开启激光，旋转第一偏振片的偏振方向,将其偏振调整至y方向（如图1，为垂直纸面），激光经过分光镜反射后偏振方向仍然沿着y方向。将第二偏振片的方向设置为与第一偏振片近似垂直（也就是近似x方向）。
从干涉测量的角度来看，反射条件下纳米线的光学对比度是由纳米线散射电场ENT和衬底反射电场Er之间的干涉造成的。这就产生了光学对比度，其中R是来自纯衬底反射的光信号，/>是由纳米线存在产生的光信号差，/>是ENT和Er的相位差。由公式可知，原则上可以在保持纳米线散射电场的同时，通过减少衬底反射电场来大大提高纳米线的光学对比度。
激光光源发出的光经过第一偏振片后，以y轴方向偏振入射照射45°放置的纳米线，由于纳米线的强退极化效应，其散射电场沿纳米线方向极化（），而衬底反射电场保持y轴方向极化（/>）。第二偏振片的取向接近与第一偏振片方向垂直（有一个小的角度偏差θ），纳米线散射电场和衬底反射电场经过保偏镜头和第二偏振片后，衬底反射电场强烈地降低到/>，但在很大程度上保持了纳米线散射电场/>，因此，纳米线的光学对比度增强了/>，角度θ很小（小于1°），其光学对比度可以增强100倍甚至以上。
进一步地，步骤2）具体的操作步骤可以如下：
通过旋转第一偏振片将入射光偏振方向设置为沿y轴方向，旋转第二偏振片，先令其取向与第一偏振片偏振方向近似垂直，然后观察相机成像的同时轻微旋转第二偏振片，当样品基板光学对比度最弱，且一维纳米线成像最清楚时，停止旋转第二偏振片。此时，成功实现一维纳米线的光学可视化，空间分辨率仅受制于光学衍射极限。
3）将含有粘性材料的载玻片置于四维位移台上表面，操纵四维位移台，先将载玻片逼近样品基板至一定程度，之后开启白光光源，对粘性材料成像，并启动温控单元加热，进一步调控使载玻片上的粘性材料与样品基板贴紧后再分离，实现对上述步骤中被高精度空间定位的一维纳米线进行转移操纵。具体步骤可以如下：
将含有粘性材料的载玻片置于四维位移台上表面，操纵四维位移台的z轴位移台，将载玻片逼近待转移一维纳米线样品基板，当二者相距较近时（通常为约小于30um时），由于粘性材料与光的相互作用太强，此时已无法清晰看到纳米线的成像，但是考虑到一维纳米线样品及其基板的位置不会发生变化，且粘性材料此时与纳米线相距很近，即使此时无法对纳米线成像，也不会影响转移精度。
打开白光，对纳米线样品下方的粘性材料成像，启动加热程序，当温度稳定后（45℃），操纵四维位移台z轴位移台，使载玻片上的粘性材料与纳米线基板贴紧，等待5~10秒，然后缓缓操纵z轴位移台，将粘性材料与纳米线样品基板分离，此时纳米线被准确地转移到了粘性材料上。
进一步地，利用本发明的制备结构可以为：两根或以上的电子结构一样或不一样的纳米线所构成的交叉结，或者还包括二维材料，所述二维材料位于所述交叉结中纳米线之间、所述交叉结上方、所述交叉结下方中的任一种或多种位置，其中，二维材料可以为六方氮化硼（hBN）、二硫化钼（MoS2）、二硒化钼（MoSe2）、二硫化钨（WS2）、二硒化钨（WSe2）、二硫化铌（NbS2）和二硒化铌（NbSe2）等其中的一种或多种。
实施例1
将基板上碳纳米管转移至六方氮化硼上，其中基板为氧化层厚度90nm的硅片，CNT由化学气相沉积法制备。且为了获得悬空碳纳米管，基板上刻蚀有30um的狭缝。
1）打开520 nm激光光源，将含有待转移纳米线的基板在xy平面内45°放置于三维机械臂悬臂梁的下表面，移动三位机械臂的z轴，使物镜焦点和纳米线在同一个xy平面。通过旋转第一偏振片将入射光偏振方向设置为沿y轴方向，旋转第二偏振片，先令其取向与第一偏振片偏振方向近似垂直，然后观察相机成像的同时轻微旋转第二偏振片，当基板光学对比度最弱，且一维纳米线成像最清楚时，停止旋转第二偏振片。此时，成功实现一维纳米线的光学可视化，空间分辨率仅受制于光学衍射极限。一维纳米线CNT的光学成像如图2所示，其中图标a为在基板狭缝中的悬空CNT激光成像，图标b为基板狭缝边缘。
2）在四维位移台上表面放置载玻片，载玻片的上表面粘有500um厚的起支撑作用的弹性材料PDMS，PDMS材料上表面涂布有粘性的有机材料PPC，在本实施例中，PPC上表面已有一个用标准转移操作转移的厚度约为60 nm的六方氮化硼（hBN）。
3）通过调整四维位移台z轴，将PPC上的hBN在z方向逼近待转移纳米线样品基板，当六方氮化硼快接触到待转移纳米线的基板时（相距约30um），由于hBN与光的相互作用太强，此时已无法清晰看到纳米线的成像，但是考虑到一维纳米线样品及其基板的位置不会发生变化，且hBN此时与纳米线相距很近，即使此时无法对纳米线成像，也不会影响转移精度。打开白光光源，通过调整四维位移台x，y轴，将hBN移动到视场中心，此时，粘性材料上的hBN的成像如图3所示，其中，c为hBN的边缘；d为位于粘性材料上方的一维纳米线基板的狭缝边缘。
4）启动加热片的温控程序，输入设置温度（45 °C），当温度稳定后，操作四维位移台的z轴，令hBN和纳米线接触，等待约5秒钟，操纵四维位移台的z轴，令hBN与纳米线基板分离，此时纳米线被转移到了hBN上，如图4中e。
实施例2
在实施例1成功转移一根CNT的基础上，继续进行下述操作：
5）沿水平方向90°旋转四维位移台的r轴旋转样品台，在同一样品基板上找到第二根待转移的纳米线（CNT），此时其轴向方向垂直于第一根CNT轴向方向。重复实施例1的步骤1）、3）和步骤4）；由此，最终在hBN上成功转移CNT交叉结构。其他角度的交叉结构可以通过调整相应的第一和第二偏振片的角度实现。
6）用AFM对转移后的样品进行表征，得到CNT交叉结构的图像，如图4所示，其中白色虚线为转移过程中预测的CNT在hBN上的位置，由此可知以该方法实施的一维纳米线转移的精度小于等于2um。
类似地，图5为利用本发明所制备的，两根完全一样的CNT中间夹有一个hBN的结构的AFM图像。
以上所述，仅为本发明在高精度转移碳纳米管（CNT）上的具体实施方式，但本发明同样适用于其他一维材料，且本发明可制备两根或以上的电子结构一样或不一样的纳米线所构成的交叉结，或者还包括二维材料，所述二维材料位于所述交叉结中纳米线之间、所述交叉结上方、所述交叉结下方中的任一种或多种位置，其中，二维材料可以为六方氮化硼（hBN）、二硫化钼（MoS2）、二硒化钼（MoSe2）、二硫化钨（WS2）、二硒化钨（WSe2）、二硫化铌（NbS2）和二硒化铌（NbSe2）等其中的一种或多种。
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化和替换，都应涵盖在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵平台，其特征在于，包括光源、第一偏振片、分光镜、保偏镜头、三维机械臂、四维位移台、第二偏振片、相机及计算机；所述光源包括激光和白光，所述三维机械臂可沿x、y、z轴移动，其末端悬空固定有样品基板，所述样品基板上设有狭缝，下表面有待转移的一维纳米线跨设于所述狭缝，所述四维位移台顶部设有样品台，可沿x、y、z轴移动并可绕r轴旋转，且样品台设有温控单元可对样品台加热，所述样品台上放置载玻片，载玻片上表面设有粘性材料；所述激光用于对待转移的一维纳米线成像，其发出的光经第一偏振片、分光镜后沿竖直方向即z轴方向依次经保偏镜头、样品基板后再经保偏镜头、分光镜、第二偏振片进入相机，所述白光照明一维纳米线附近的粘性材料和样品基板，反射光沿竖直方向依次经过保偏镜头、分光镜、第二偏振片进入相机；相机与计算机相连，成像被计算机接收并显示。
2.根据权利要求1所述的基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵平台，其特征在于，所述激光的光源为二极管激光器，波长在可见光范围内。
3.根据权利要求1所述的基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵平台，其特征在于，所述的样品基板上的狭缝宽度为5um至50um。
4.根据权利要求1所述的基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵平台，其特征在于，所述载玻片的粘性材料上方还设有范德华材料。
5.根据权利要求1所述的基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵平台，其特征在于，所述载玻片上表面设有起支撑作用的弹性材料，为厚度为500um至1000um的PDMS，在PDMS上涂布有粘性的有机材料PPC薄膜，PPC薄膜用于转移范德华材料。
6.一种基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵的方法，其特征在于，基于如权利要求1-5任一项所述的平台实现，包括如下步骤：
1）将样品基板悬空固定于三维机械臂悬臂梁末端并使样品面向下，且使得狭缝在xy平面内呈45°放置，通过三维机械臂将样品基板移动到保偏镜头焦点处；
2）开启激光光源，通过偏振成像技术，旋转第一偏振片及第二偏振片，实现一维纳米线的光学可视化，在相机中清晰地看到一维纳米线的成像，其空间分辨率仅受制于光学衍射极限；
3）将含有粘性材料的载玻片置于四维位移台上表面，操纵四维位移台，先将载玻片逼近样品基板，之后开启白光光源，对粘性材料成像，并启动温控单元加热，进一步调控使载玻片上的粘性材料与样品基板贴紧后再分离，实现高精度转移。
7.根据权利要求6所述的基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵的方法，其特征在于，所述的步骤2）具体为：旋转第一偏振片的偏振方向,将其偏振调整至x或y方向，将第二偏振片的方向设置为与第一偏振片近似垂直；然后观察相机成像的同时轻微旋转第二偏振片，当样品基板光学对比度最弱，且一维纳米线成像最清楚时，停止旋转第二偏振片，实现纳米线偏振成像。
8.根据权利要求6所述的基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵的方法，其特征在于，所述的步骤3）具体为：
将含有粘性材料的载玻片置于四维位移台上表面，操纵四维位移台的z轴位移台，将载玻片逼近待转移一维纳米线的样品基板，直至由于粘性材料与光的相互作用太强而无法清晰看到一维纳米线的成像；
打开白光，对粘性材料成像，启动温控单元对载玻片加热，当温度稳定后，操纵四维位移台z轴位移台，使载玻片上的粘性材料与样品基板贴紧，等待5~10秒，然后缓缓操纵四维位移台z轴位移台，将粘性材料与样品基板分离，此时一维纳米线被转移到粘性材料上。
9.根据权利要求8所述的基于一维纳米线可视化的高精度、低成本转移操纵的方法，其特征在于，所述的对载玻片加热，其温度为40-55℃。
10.一种纳米线交叉结结构，其特征在于，所述结构基于如权利要求1-5任一项所述的平台或基于如权利要求6-9任一项所述的方法制得，所述结构为两根或以上的电子结构一样或不一样的纳米线所构成的交叉结，或者还包括二维材料，所述二维材料位于所述交叉结中纳米线之间、所述交叉结上方、所述交叉结下方中的任一种或多种位置。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201011618D0 (en) * | 2010-02-10 | 2010-08-25 | Ohnesorge Frank M | Concept for laterally resolved optical (far field - /Frenel -regime but also near field) FTIR microscopy/spectroscopy beyond the lateral diffraction limit - |
| CN108982374A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-12-11 | 北京大学 | 一种测量一维材料复极化率的装置及方法 |
| CN109541790A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-03-29 | 湖南大学 | 转移钙钛矿纳米线和黑磷薄膜复合材料的显微镜及方法 |
| FR3100335A1 (fr) * | 2019-08-30 | 2021-03-05 | Centre National De La Recherche Scientifique | Méthode et dispositif de caractérisation optique de particules |
| CN116544302A (zh) * | 2023-04-04 | 2023-08-04 | 南昌大学 | 一种基于准一维范德华材料ZrS3纳米带的可调偏振光电探测器的制备方法 |
| CN116736669A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-09-12 | 之江实验室 | 一种基于离轴全息的干涉散射成像方法及装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6953927B2 (en) * | 2002-08-09 | 2005-10-11 | California Institute Of Technology | Method and system for scanning apertureless fluorescence microscope |
| US8885251B2 (en) * | 2005-04-04 | 2014-11-11 | Essilor International (Compagnie Generale D'optique) | Apparatus for conforming a planar film on an optical lens, method for functionalizing an optical lens by means of said apparatus, the optical lens so-obtained |
| US8331019B2 (en) * | 2007-01-26 | 2012-12-11 | New York University | Holographic microscopy of holographically trapped three-dimensional nanorod structures |
| US8599383B2 (en) * | 2009-05-06 | 2013-12-03 | The Regents Of The University Of California | Optical cytometry |
| GB2484749B (en) * | 2010-10-20 | 2013-10-23 | Frank Michael Ohnesorge | Interatomic force measurements using passively drift-compensated non-contact in-situ calibrated atomic force microscopy - quantifying chemical bond forces |
| CN106595521B (zh) * | 2016-12-12 | 2019-12-13 | 武汉颐光科技有限公司 | 基于液晶调相的垂直物镜式穆勒矩阵成像椭偏仪 |
-
2023
- 2023-12-28 CN CN202311835709.9A patent/CN117471674B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201011618D0 (en) * | 2010-02-10 | 2010-08-25 | Ohnesorge Frank M | Concept for laterally resolved optical (far field - /Frenel -regime but also near field) FTIR microscopy/spectroscopy beyond the lateral diffraction limit - |
| CN108982374A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-12-11 | 北京大学 | 一种测量一维材料复极化率的装置及方法 |
| CN109541790A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-03-29 | 湖南大学 | 转移钙钛矿纳米线和黑磷薄膜复合材料的显微镜及方法 |
| FR3100335A1 (fr) * | 2019-08-30 | 2021-03-05 | Centre National De La Recherche Scientifique | Méthode et dispositif de caractérisation optique de particules |
| CN116544302A (zh) * | 2023-04-04 | 2023-08-04 | 南昌大学 | 一种基于准一维范德华材料ZrS3纳米带的可调偏振光电探测器的制备方法 |
| CN116736669A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-09-12 | 之江实验室 | 一种基于离轴全息的干涉散射成像方法及装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 微接触压印法制备ZnO纳米线二维光子晶体;吕海立;邓建平;张鹏超;袁兆林;;陕西理工学院学报(自然科学版);20170420(第02期);全文 * |
| 扫描近场圆偏振光学显微镜;金涛;谢孟宇;冀胡东;吴丹丹;郑继红;;红外与激光工程;20171125(第11期);全文 * |
Also Published As
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