CN1689961A - 解理纳米线的方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种解理纳米线的方法，包括：将欲解理的纳米线放于清洁的基底上，再将基底连同纳米线放入装有纳米探针操纵系统的扫描电子显微镜的样品室中；纳米探针操纵系统上装有解理纳米线用的针尖；对扫描电子显微镜样品室抽真空，真空达到扫描电子显微镜使用要求后，开启电子束及电子束加速电压，在用扫描电镜观察的同时移动样品找到要解理的纳米线，然后移动纳米探针的针尖到要解理的纳米线边上；调整好针尖和纳米线的相互位置后使纳米探针向着纳米线前进一大步，从而给纳米线施加一个冲击力，把纳米线解理。解理的纳米线连上光源或激发电源构成纳米激光器。本发明解理纳米线的方法简便，可控制解理部位，从而控制纳米激光器的谐振腔的长度。

Description

解理纳米线的方法及应用

技术领域：

本发明涉及一种解理纳米线的方法及应用。

背景技术：

纳米加工和纳米器件的研究是当今纳米科学技术中最为重要的领域。纳米光学器件和纳米光电器件不仅体积小，能耗低，而且，纳米光电器件更是将纳米电子器件和纳米光学器件有效集成，具有广泛的应用前景。已有报道指出可用氧化锌纳米线制成紫外光纳米激光器[M.H.Huang，S.Mao，H.Feick，H.Yan，Y.Wu，H.Kind，E.Weber，R.Russo and P.D.Yang，Science 292，1897(2001).]。另有实验表明，两端具有解理面的单晶硫化镉(CdS)纳米线可形成Fabry-Perot光学谐振腔，再加上光激发或电激发就可形成纳米激光器[X.F.Duan，Y.Huang，R.Agarwaland C.M.Lieber，Nature 421，241(2003).]。两个相互平行的好的反射面是构成谐振腔进而构成激光器的关键。上述用氧化锌纳米线构成的纳米激光器中是利用材料生长过程中自然形成的垂直于纳米线轴的端面，而在单晶硫化镉纳米线光学谐振腔的例子中是用超声波将纳米线震断构成解理面。利用自然生长的平整端面做反射面将大大限制可用的材料和材料的制备方法，而用超声波又无法控制解理的位置，因而无法控制谐振腔的长度。

发明内容：

针对上述现有纳米激光器制作方法所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种解理纳米线的方法及将该方法用于加工纳米激光器的纳米线谐振腔的应用。

本发明是这样实现的：一种解理纳米线的方法，包括以下步骤：

将欲解理的纳米线放于清洁的基底上，再将所述基底连同所述纳米线放入装有纳米探针操纵系统的扫描电子显微镜的样品室中；所述纳米探针操纵系统上装有解理纳米线用的针尖；

对所述扫描电子显微镜样品室抽真空，真空达到所述扫描电子显微镜使用要求后，开启电子束及电子束加速电压，在用扫描电镜观察的同时移动样品找到要解理的纳米线，然后移动纳米探针的针尖到要解理的纳米线边上；

调整好针尖和纳米线的相互位置后使纳米探针向着纳米线前进一大步，从而给纳米线施加一个冲击力，把纳米线解理。

进一步地，所述纳米线为硫化镉，该硫化镉纳米线的分散方法如下：

将少量硫化镉纳米线倒入酒精中制成悬浮液，将悬浮液超声处理2-10分钟，将处理后的悬浮液滴到清洁的基底上，待酒精挥发干净后即得到分散在基底上的纳米线。

进一步地，所述基底为硅片，其还可以是碳支持膜或其它材料。

进一步地，所述纳米线为氧化锌纳米线，其可通过物理气相沉积方法制备而成。

进一步地，所述针尖的制作方法如下：

用浓度为5摩尔每升的NaOH溶液腐蚀直径0.2-1毫米的钨丝直到其曲率半径小于100纳米即得到针尖。

一种用前述解理纳米线的方法解理的纳米线的应用方法，将解理好的纳米线连上光源或激发电源即构成纳米激光器。

本发明采用纳米探针来解理纳米结构，并利用安装于电子显微镜中的纳米探针操纵系统将纳米线在所需要的地方解理得到了原子尺度平整的解理面，这些解理面是垂直于纳米线的长轴的，与纳米线一起构成Fabry-Perot光学谐振腔，从而可制成纳米激光器。一根纳米线就可构成一个激光器。

本发明解理纳米线的方法非常简便，可控制解理的部位，从而控制纳米激光器的谐振腔的长度。本发明解理方法不受材料和材料生长方法的影响，纳米线可以是用化学气相沉积方法(简称CVD方法)、物理气相沉积方法(简称PVD方法)或任何其它方法制备的，具有广泛的应用前景。

附图说明：

下面结合附图，对本发明作出详细描述。

图1为扫描电子显微镜照片显示纳米探针和被它解理的氧化锌纳米线；

图2为本发明的被解理的两根硫化镉纳米线的透射电子显微镜照片；

图3为本发明的硫化镉纳米线解理面处的高分辨透射电子显微镜照片显示的解理面是原子尺度的平整面。

具体实施方式：

本发明的具体步骤如下：

首先完成准备工作，具体如下：

用化学合成方法制备硫化镉纳米线；将硫化镉纳米线分散：将少量硫化镉纳米线倒入酒精中并制成悬浮液，将悬浮液超声处理2-10分钟，将处理后的悬浮液滴到清洁的基底如硅上；待酒精挥发干净后即可得到分散在基底上的纳米线。这里，如需要进一步用透射电子显微镜观察，可直接将其滴在碳支持膜上。

再将直径0.2-1毫米的钨丝一端浸入浓度为5摩尔每升的NaOH溶液腐蚀，直到该钨丝端头形成曲率半径小于100纳米的针尖，针尖的半径可用扫描电子显微镜观察，因此可保证上述所要求的尺寸。把针尖安装在纳米探针的针尖套管中。把装有该针尖的纳米探针系统也在扫描电子显微镜中安装好。

准备好以上步骤后，即可开始对硫化镉纳米线的解理：

把分散好的纳米线连同基底放入扫描电子显微镜的样品室中；待扫描电子显微镜样品室中的真空度达到使用要求后，开启电子束及电子束加速电压。这里，不同的扫描电子显微镜对真空度要求不同，一般真空度要好于10^-4乇。在观察二次电子像的同时移动样品找到要解理的纳米线；然后移动纳米探针使针尖到要解理的纳米线边上；调整好针尖和纳米线的相互位置后，即选择好欲解理的点后，使纳米探针向着纳米线前进一大步，从而给纳米线施加一个冲击力，把纳米线解理。这里，向纳米线前进一大步即是要给纳米线一个可将其解理的冲击力，如针尖与纳米线间距小于1纳米时驱动针尖向着纳米线前进5纳米左右即可将其解理。

如图2所示，被解理的两根硫化镉纳米线的透射电子显微镜照片，图中右上部分为解理面所在，其是垂直于纳米线轴的平面。左下部分为纳米线的自然生长面，为非垂直于纳米线轴的面。图3示出了硫化镉纳米线解理面的电子显微镜照片。

这里，纳米探针的针尖曲率半径可小到10纳米。本发明可以解理小到几个纳米的纳米结构。纳米探针可以由任意不易断裂且不易变形的材料制得，制作针尖的方法也可任意选，只要能满足曲率半径要求即可。

本发明利用电子显微镜的高放大率，可直接将探针准确移到要解理的点。定点准确率在1纳米量级。

本发明的纳米线还可以是其他结构，如氧化锌纳米线等，其不受物质和制作方法的限制。其解理方法与上述方法相同，不同的是这里的纳米线是用物理气相沉积方法制备的氧化锌纳米线。如图1所示，为扫描电子显微镜照片显示纳米探针和被它解理的氧化锌纳米线，照片中探针是从下指向上方的，纳米线在探针的冲击下是横向断开的。照片中的被解理的氧化锌纳米线下的有孔结构是碳支持膜。

将利用上述方法解理后的纳米线连上光源或激发电源即构成纳米激光器。

Claims (6)

1.一种解理纳米线的方法，包括以下步骤：

将欲解理的纳米线放于清洁的基底上，再将所述基底连同所述纳米线放入装有纳米探针操纵系统的扫描电子显微镜的样品室中；所述纳米探针操纵系统上装有解理纳米线用的针尖；

对所述扫描电子显微镜样品室抽真空，真空达到所述扫描电子显微镜使用要求后，开启电子束及电子束加速电压，在用扫描电镜观察的同时移动样品找到要解理的纳米线，然后移动纳米探针的针尖到要解理的纳米线边上；

调整好针尖和纳米线的相互位置后使纳米探针向着纳米线前进一大步，从而给纳米线施加一个冲击力，把纳米线解理。

2.如权利要求1所述的解理纳米线的方法，其特征在于，所述纳米线为硫化镉，该硫化镉纳米线的分散方法如下：

将少量硫化镉纳米线倒入酒精中制成悬浮液，将悬浮液超声处理2-10分钟，将处理后的悬浮液滴到清洁的基底上，待酒精挥发干净后即得到分散在基底上的纳米线。

3.如权利要求2所述的解理纳米线的方法，其特征在于，所述基底为硅片，其还可以是碳支持膜或其它材料。

4.如权利要求1所述的解理纳米线的方法，其特征在于，所述纳米线为氧化锌纳米线，其通过物理气相沉积方法制备而成。

5.如权利要求1所述的解理纳米线的方法，其特征在于，所述针尖制作方法如下：

用NaOH溶液腐蚀直径0.2-1毫米的钨丝直到其曲率半径小于100纳米即得到针尖。

6.一种利用权利要求1中所述方法解理的纳米线的应用，其特征在于，将解理好的纳米线连上光源或激发电源即构成纳米激光器。