TW201607889A - 一種測量奈米碳管手性的方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種原位測量奈米碳管手性的方法，包括以下步驟：S1, 提供待測奈米碳管；S2, 將所述待測奈米碳管置於耦合液中；S3, 提供一束具有連續光譜的白色入射光，所述待測奈米碳管於該入射光的照射下發生共振瑞利散射；S4, 利用物鏡為水鏡的光學顯微鏡觀測該待測奈米碳管，獲取該待測奈米碳管的位置信息，觀測時該水鏡浸沒於所述耦合液中；S5,獲取所述待測奈米碳管的共振瑞利散射光譜，根據該共振瑞利散射光譜信息獲得待測奈米碳管的手性指數。本發明還涉及一種利用該方法測量奈米碳管手性的裝置。

Description

一種測量奈米碳管手性的方法及裝置
本發明涉及一種測量奈米碳管手性的方法，尤其涉及一利用光譜分析法測量奈米碳管手性的方法。
先前的製備方法生產出的奈米碳管，通常係由不同手性、不同管徑、不同長度的奈米碳管混合於一起，判斷與測量奈米碳管的手性可以量化區分不同管徑、不同導電性的奈米碳管，對奈米碳管的應用具有十分重要的意義。
奈米碳管所具備的一維電子結構使得其具有高度光學敏感性，各種光學現象，如共振瑞利散射（Resonant Rayleigh scattering, RRS），可以被用來測量奈米碳管的手性。瑞利散射係指半徑比光或其他電磁輻射波長小很多的微小顆粒對入射光束的散射。當瑞利散射的入射光波長位於或接近待測物質的吸收帶，電子吸收電磁波頻率與散射頻率相同，電子因共振而強烈吸收光能量並產生再次散射，則該物質的散射會大大增強，並且會出現新的散射特徵，這就係共振瑞利散射。然而單根奈米材料的共振瑞利散射十分微弱，難以進行觀測與採集。先前技術無法便捷且有效的對奈米碳管的手性進行測量。
有鑒於此，提供一種便捷且有效的測量奈米碳管手性的方法實為必要。
一種測量奈米碳管手性的方法，包括以下步驟：
S1，提供一待測奈米碳管；
S2，將所述待測奈米碳管浸沒於耦合液中；
S3，提供一束具有連續光譜的白色入射光，所述待測奈米碳管於該入射光的照射下發生共振瑞利散射；
S4，利用物鏡為水鏡的光學顯微鏡觀測該待測奈米碳管，獲取該待測奈米碳管的位置信息，觀測時該水鏡浸沒於所述耦合液中；
S5，獲取所述待測奈米碳管的共振瑞利散射光譜，根據該共振瑞利散射光譜信息獲得待測奈米碳管的手性指數。
一種測量奈米碳管手性的裝置，包括：一超連續譜白光雷射器，用於產生入射光，所述奈米碳管於該入射光的作用下發生共振瑞利散射；一光學顯微鏡，所述光學顯微鏡的物鏡為一水鏡；一耦合液，所述奈米碳管完全浸沒於該耦合液中，所述光學顯微鏡物鏡通過該耦合液與所述奈米碳管耦合；及一光譜儀，所述光譜儀與光學顯微鏡相連，用於採集所述奈米碳管的光譜信息。
與先前技術相比較，本發明提供的測量奈米碳管手性的方法利用光學顯微鏡於生長基原位進行測量，獲得奈米碳管手性指數及位置、形態等信息，測量時不會破壞該奈米碳管的結構及形態，且所需時間短，設備簡單。
圖1為本發明第一實施例提供的奈米碳管手性測量系統結構示意圖。
圖2為本發明第一實施例浸沒於超純水中的單壁奈米碳管共振瑞利散射照片。
圖3為本發明第一實施例空氣中的單壁奈米碳管共振瑞利散射照片。
圖4為圖2與圖3中單壁奈米碳管掃描電鏡照片。
圖5為存在分子結的單壁奈米碳管共振瑞利散射照片。
圖6為本發明第一實施例石墨烯窄帶共振瑞利散射照片。
圖7為圖2中單壁奈米碳管的共振瑞利散射光譜。
圖8為圖2中第3、4、5根單壁奈米碳管的拉曼散射光譜。
圖9為本發明第二實施例提供的奈米碳管手性測量系統結構示意圖。
圖10為本發明第二實施例單壁奈米碳管共振瑞利散射照片。
圖11為本發明第三實施例單壁奈米碳管共振瑞利散射照片。
圖12為本發明第四實施例設置有凹槽的基體與奈米碳管。
圖13為本發明第五實施例提供的奈米碳管手性測量系統結構示意圖。
以下將結合圖示及具體實施例詳細說明本發明提供的測量奈米碳管手性的方法。
請參見圖1，本發明第一實施例提供一種測量奈米碳管手性的方法，包括以下步驟：
S1，提供一待測奈米碳管100；
S2，將所述待測奈米碳管100浸沒於耦合液205中；
S3，提供一束具有連續光譜的白色入射光300，所述待測奈米碳管100於該入射光300的照射下發生共振瑞利散射；
S4，利用物鏡400為水鏡的光學顯微鏡觀測該待測奈米碳管100，獲取該待測奈米碳管100的位置信息，觀測時該水鏡浸沒於所述耦合液205中；
S5，獲取所述待測奈米碳管100的光譜信息，根據該光譜信息獲得待測奈米碳管的手性指數。
步驟S1中，所述待測奈米碳管100的電子態密度非能量的連續函數，於奈米碳管態密度中會出現一些尖銳峰點，該尖銳峰點被稱為範霍夫奇點（van Hove singularities, vHs）。奈米碳管的範霍夫奇點具有手性依賴的特性，故可以通過奈米碳管光譜（可以為吸收光譜、螢光光譜、拉曼光譜、瑞利光譜等）中與範霍夫奇點相關的特徵峰來指認其手性。
本實施例中，所述奈米碳管100為水平排列的單壁奈米碳管，該水平排列的單壁奈米碳管生長方法包括很多種，本實施例中採用“石英晶格導向法”於一石英基底表面形成複數個平行間隔排列的單壁奈米碳管，具體包括以下步驟：
S11，提供ST-cut石英基底；
S12，於該石英基底表面蒸鍍催化劑層，該催化劑層為鐵（厚度為0.2奈米）；
S13，將上述沈積有催化劑層的石英基底放入石英管中，於800～850攝氏度範圍內，通入碳源氣體甲烷及還原氣體氫氣生長10～20分鐘。
此外，還可以用氣流導向法或電場導向法獲得於基底表面水平排列的奈米碳管。
步驟S2中，所述奈米碳管100完全浸沒於耦合液205中，本實施例中所選用的耦合液205為超純水。所述耦合液205還可以為水溶液，本發明可以用於觀察所述水溶液與奈米碳管100相互作用時奈米碳管100結構性質的變化情況。所述耦合液205應確保純淨，耦合液205中的雜質與氣泡都會影響觀測的準確性。
為了使所述奈米碳管100於耦合液205中保持位置固定，可以將該奈米碳管100與耦合液205中一固定物結合，如可以將奈米碳管100先固定於一基體203表面，然後將該基體203與設置於其上的奈米碳管100一同置於耦合液205中。所述基體203的材料可以係矽、二氧化矽、石英等。該基體203的厚度不限，大小不限。若基體203上形成有複數根奈米碳管100，則相鄰的兩根奈米碳管100之間的最小間距應大於測量系統的解析度。優選地，每根奈米碳管100相互平行設置於基體203的表面。所述奈米碳管100可以採用直接生長的方法水平生長於基體203表面，亦可以採用轉移的方法從其他生長基體轉移至該基體203表面。所述奈米碳管100與基體203的固定可以係將奈米碳管100完全固定於基體203表面，亦可以係僅將奈米碳管100部份固定於基體203表面。
本實施例中，所述基體203為一Si/SiO2 基體，奈米碳管100通過轉移的方法完全固定於該Si/SiO2 基體表面。所述Si/SiO2 基體的底部為Si基，所述Si基的厚度約為1mm，於其上表面形成有一層厚度為100nm的SiO2 層，所述SiO2 層的厚度可以為30-300nm，當SiO2 層厚度為100nm時成像效果最好。
本實施例中所述耦合液205置於一水槽200中，所述水槽200大小應滿足基體203能夠水平置於其底部，並且裝滿耦合液205後，基體203能夠完全浸沒於水槽200的內部。所述水槽200應至少包括有一個水槽透明側面201，並且該水槽透明側面201與水槽底面202之間的夾角α為一銳角。所述水槽透明側面201的材料可以係玻璃、石英、透明塑膠等，所選用材料應確保入射光300能夠盡可能多的通過，使入射光的衰減與色散減少到最低程度。本實施例中，水槽透明側面201由石英製成，厚度為1mm，與水槽底面202所成的夾角α取值範圍為45°≦ α <90°，優選為75°。
將基體203及奈米碳管100完全浸沒於耦合液205可以降低入射光300於基體203處的散射，這係因為相較於空氣的折射率（1.0003），耦合液205的折射率（如水 1.33）與基體203的折射率（如石英1.49）更為接近，兩種介質的折射率相近可以降低基體203處的散射。此外奈米碳管100與耦合液205的介面處存在介面偶極子增強效應(interface dipole enhancement effect, IDEE)，可以進一步增強共振瑞利散射強度。
需要指出的是，在實際觀測中如果對奈米碳管100的顏色、形態等信息的精確度要求不是很高，可以省略步驟S3，即可以直接於空氣中對奈米碳管100進行觀測。
步驟S3中，所述入射光300為一束具有連續光譜的白光，該入射光300可以直接射向奈米碳管100，亦可以通過其他方式耦合到奈米碳管100，奈米碳管100於入射光300的作用下發生共振瑞利散射。
本實施例中該入射光300由一超連續譜雷射器 (Fianium SC400)發出，該超連續譜雷射器輸出功率高，並於整個光譜範圍內保持很高的亮度。該入射光300通過水槽透明側面201直接射向奈米碳管100，且入射角度與該水槽透明側面201垂直，垂直入射可以有效的減少入射光300於介面處的色散與衰減。
本實施例中所述超連續譜雷射器發出的入射光300在到達奈米碳管100表面之前先進行了濾波與聚焦處理。
所謂濾波處理係指該超連續譜雷射器發出的入射光300於到達所述奈米碳管100的前先經過一濾波器302。所述濾波器302可以濾除入射光300中的紅外線成分。所述紅外線係指波長範圍在760nm至1mm之間的不可見光。本發明中觀測所需的有效光波波段為可見光波段，紅外線波段對觀測不起作用，且長時間紅外線輻照會使奈米碳管100的溫度升高，故，可於所述超連續譜雷射器與奈米碳管100之間添加一濾波器302用以保護奈米碳管100免遭紅外線輻射。可以理解，該濾波器302為可選部件。
所謂聚焦處理係指該超連續譜雷射器發出的入射光300在到達所述奈米碳管100之前先經過一聚焦透鏡301。在實際觀測中，如果入射光300的光強過低，會導致奈米碳管100的散射訊號過於微弱而影響觀測效果。可以於所述超連續譜雷射器與奈米碳管100之間添加一聚焦透鏡301，用於提高入射光300的光強。可以理解，該聚焦透鏡301為可選部件。
步驟S4中，所述光學顯微鏡用於收集共振瑞利散射光，通過該光學顯微鏡可以即時觀察奈米碳管100，獲得所述奈米碳管100的色彩、位置及形態信息，亦可將一相機401與該光學顯微鏡連接，利用相機401記錄所述奈米碳管100的共振瑞利散射圖像。
奈米碳管100在發生共振瑞利散射時呈現出的顏色與手性相關。手性不同的奈米碳管100在發生共振瑞利散射時所表現出的顏色各不相同。故，所述奈米碳管100的共振瑞利散射圖像可以用於判斷：複數根奈米碳管100手性是否一致；及單根奈米碳管100在分子節（Intramolecular Junction）兩側手性是否改變。
請一併參見圖2～圖4，圖2與圖3為相機401記錄下的本實施例中同一組單壁奈米碳管發生共振瑞利散射的照片，其中圖2與圖3均為真彩色。圖2為浸沒於超純水中的單壁奈米碳管的共振瑞利散射照片，所用光學顯微鏡物鏡400為水鏡，放大倍數63X，數值孔徑0.9，使用時所述水鏡浸入到所述超純水中進行觀測。圖3為空氣中的單壁奈米碳管共振瑞利散射照片，所用光學顯微鏡物鏡400為普通物鏡，放大倍數50X，數值孔徑0.55。圖4為該待測單壁奈米碳管掃描電鏡照片。
圖2中共有6根單壁奈米碳管，依次編號為1～6，其中每根單壁奈米碳管的顏色及其對應的RGB值依次為：淺藍色(173, 219, 239)、粉色(239, 215, 231)、藍色(132, 186, 206)、綠色(148, 207, 165)、紫色(214, 211, 239)、橙色(206, 166, 140)，上述不同的顏色對應著不同的手性。圖3為空氣中的單壁奈米碳管共振瑞利散射照片，與圖2相比圖3中的解析度有一定程度的降低，但各根單壁奈米碳管的顏色信息依然可以分辨。
請參見圖5，圖5為帶有分子結(箭頭所指之處)的單壁奈米碳管共振瑞利散射照片，圖中共有3根單壁奈米碳管，編號依次為1、2、3。其中每根單壁奈米碳管在分子結兩側的顏色各不相同，如：第1根單壁奈米碳管分子結上側部位RGB值為(123,142,148) ，下側部位RGB值為(198,150,181)；第2根單壁奈米碳管分子結上側部位RGB值為(231,211,181) ，下側部位RGB值為(165,215,214)；第3根單壁奈米碳管分子結上側部位RGB值為(247,182,148) ，下側部位RGB值為(173,81,90)。分子結兩側顏色的不同表明分子結處單壁奈米碳管手性發生了改變。
請參見圖6，圖6為石墨烯窄帶的共振瑞利散射照片。
除了色彩信息，圖2、圖3、圖5與圖6還包含有每根單壁奈米碳管的位置與形態信息，其中位置信息可以用於對奈米碳管100進行定位。
利用本實施例提供的觀測奈米碳管100的方法可以獲得奈米碳管100發生共振瑞利散射時的顏色、位置、形態、長度及密度等信息，通過顏色信息還可以進一步判斷複數根待測奈米碳管100的手性是否一致及單根待測奈米碳管100在分子節處手性的改變。此外，還可以在觀測中改變所述奈米碳管100的外部條件或施加一作用力，所述奈米碳管100在上述過程中結構性質的變化情況可以在光學顯微鏡下進行即時觀測。
步驟S5中，所述散射光通過光學顯微鏡物鏡400後最終進入到一光譜儀501，以獲取所述奈米碳管100的光譜信息。所述光譜信息可以是瑞利散射、拉曼散射、螢光等光譜信息，通過上述光譜信息可以進而推知所述奈米碳管100的手性及相關物理性質。
本實施例中獲取了上述奈米碳管100的瑞利散射光譜與拉曼散射光譜，並且通過上述光譜信息獲得單壁奈米碳管的手性指數。請參見圖7，圖7為圖2中的6根單壁奈米碳管的共振瑞利散射光譜。圖7中第1、2、6根單壁奈米碳管的瑞利散射光譜中存在兩個共振峰，可以直接通過其瑞利散射光譜判斷其手性；第3、4、5根單壁奈米碳管均只有一個共振峰，可以將所述瑞利散射光譜與其他輔助信息結合判斷其手性，所述輔助信息包括單壁奈米碳管的管徑、螢光光譜等。本實施例中利用奈米碳管的管徑信息作為輔助信息幫助判斷手性。所述管徑信息可以根據拉曼散射光譜中徑向呼吸模(Radial Breathing Mode, RBM)波數確定。圖1所示的系統亦可以用來測量奈米碳管100的拉曼散射光譜，此時拉曼散射所需的激勵能量由光源500提供。本實施例中拉曼散射光譜的獲取方法為：
S51，獲得奈米碳管100的共振瑞利散射光譜；
S52，由所述共振瑞利散射光譜計算拉曼散射所需的能量；
S53，獲得奈米碳管100的的拉曼散射光譜。
不同的奈米碳管100激發共振拉曼散射所需能量不同，先前技術中需要花費較長時間確定激發拉曼光譜所需的能量。本實施例中拉曼散射光譜所需的能量直接由共振瑞利散射光譜獲得，從而縮短了獲取拉曼散射光譜所需的時間。圖2中第3與第5根奈米碳管所需的激勵波長為633nm，第4根奈米碳管所需的激勵波長為514nm。
圖8為用上述方法獲得的第3、4、5根奈米碳管的拉曼散射光譜。綜合上述共振瑞利散射光譜與拉曼散射光譜，可以計算出圖2中6根奈米碳管的手性指數依次為：(35, 10) , (17, 12) , (22, 3), (13, 9), (19, 14), 及 (26, 21)。
本發明第二實施例提供另一種測量奈米碳管手性的方法，包括以下步驟：
S1，提供一待測奈米碳管100；
S2，提供一棱鏡210，所述棱鏡具有一棱鏡第一表面211與一棱鏡第二表面212，兩表面之間夾角小於90°，所述奈米碳管100設置於棱鏡第二表面212；
S3，一束具有連續光譜的白色入射光300由棱鏡第一表面211入射後射向所述奈米碳管100，所述奈米碳管100在該入射光300的照射下發生共振瑞利散射；
S4，利用光學顯微鏡觀測該奈米碳管100，所述光學顯微鏡所配備的物鏡400為油鏡或水鏡之中的一種，觀測時該奈米碳管100與所述物鏡400通過一耦合液205耦合；
S5，獲取所述待測奈米碳管100的共振瑞利散射光譜，根據該共振瑞利散射光譜信息獲得待測奈米碳管100的手性指數。
本發明第二實施例提供的測量奈米碳管手性的方法與本發明第一實施例主要區別在於：第一實施例中光學顯微鏡配備的物鏡400為水鏡，而第二實施例中光學顯微鏡配備的物鏡400可以為水鏡亦可以為油鏡；第一實施例中入射光300經由一水槽200射向所述奈米碳管100，而第二實施例中入射光300經由一棱鏡210射向所述奈米碳管100。圖9為本發明第二實施例提供的奈米碳管手性測量系統的結構示意圖。現將本實施例中與第一實施例不相同的步驟進行詳細介紹。
步驟S2中，所述棱鏡210用於對入射光300進行耦合，可以由透明材料如玻璃、石英、透明塑膠等製成。
所述棱鏡210形狀可根據實際需要選擇，可以為三棱鏡、四棱鏡或其他常見的棱鏡形狀。所述棱鏡210具有兩個夾角小於90°的表面，分別定義為棱鏡第一表面211與棱鏡第二表面212。本實施例中所述棱鏡210為一截面為梯形的四棱鏡，所述棱鏡第一表面211與棱鏡第二表面212為四棱鏡相鄰的兩個表面，兩個表面間的夾角β的範圍為45°≦β<90°，優選為75°。
所述奈米碳管100可以直接設置於棱鏡第二表面212，亦可以將該奈米碳管100通過一基體203設置於所述棱鏡第二表面212，後一方法使奈米碳管100的更換更為簡便。所述奈米碳管100可以係完全固定於所述基體203表面，亦可以係僅部份固定於所述基體203表面。前一方法中所述基體203由透明材料製備，如玻璃、石英、透明塑膠等，其折射率與棱鏡210折射率相同或相近，以減少入射光300在透明基體203與棱鏡210交界面處的損失。本實施例中，所述基體203為一層狀石英基體，該基體203的一個表面設置有奈米碳管100，另一表面則與棱鏡第二表面212緊密結合。
步驟S3中，所述入射光300為一束具有連續光譜的白光，本實施例中該入射光300由一超連續譜雷射器 (Fianium SC400)發出，該超連續譜雷射器輸出功率高，並在整個光譜範圍內保持很高的亮度。奈米碳管100在入射光300的作用下發生共振瑞利散射。
本實施例中所述入射光300由棱鏡第一表面211射向所述奈米碳管100，入射時，入射光300的入射方向與棱鏡第一表面211之間的夾角γ越大，入射光300在介面處的色散與衰減程度越低，故，本實施例中入射光300的入射方向與棱鏡第一表面211垂直。
本實施例中還對所述超連續譜雷射器發出的入射光300在射向奈米碳管100之前進行了濾波與聚焦處理，詳細過程可參考第一實施中的相關介紹。圖10為本實施例獲得的單壁奈米碳管的共振瑞利散射照片。
步驟S4中，可以直接在所述光學顯微鏡下實時觀察奈米碳管100，亦可以將該光學顯微鏡與一相機401連接，利用相機401記錄下奈米碳管100所成之像，以便對該奈米碳管100進一步分析。
所述光學顯微鏡物鏡400可以為一油鏡亦可以為一水鏡，觀測前需在所述奈米碳管100上滴加耦合液205，觀測時物鏡400浸入耦合液205中。所述耦合液205的選擇應與光學顯微鏡物鏡400的種類相對應，當物鏡400為油鏡時，所述耦合液205需為油性耦合液，如甘油、香柏油、石蠟油或其他合成浸油；當物鏡400為水鏡時，所述耦合液205需為水性耦合液，如水或水溶液。本實施例中採用的光學顯微鏡物鏡400為一油鏡，其放大倍數100X，孔徑數值1.30，本實施例中所選用的耦合液205為甘油。
本實施例利用油鏡取代第一實施例中的水鏡，進一步提高了光學顯微鏡物鏡400的放大倍數與數值孔徑，有助於提高測量的精確程度。需要指出的是，實際觀測中如果對奈米碳管100的顏色、形態等信息的精確度要求不是很高，可以省略步驟S3，即可以直接在空氣中對奈米碳管100進行觀測。
本發明第三實施例提供一種測量奈米碳管手性的方法，其基本步驟與本發明第一實施例相同，區別在於：第一實施例中所述基體203為一Si/SiO2 基體，該Si/SiO2 基體的底部為Si基，Si基上表面形成有一層厚度為100nm的SiO2 層，奈米碳管100通過轉移至所述基體203表面；而本實施例中所述基體203為石英基體，奈米碳管100直接生長於所述石英基體203表面。圖11為本實施例獲得的單壁奈米碳管共振瑞利散射照片。
本實施例可以在生長基原位直接對奈米碳管100進行測量，省去了轉移奈米碳管100的步驟，簡化了測量過程，同時亦擴大了本發明的應用範圍。
本發明第四實施例提供一種測量奈米碳管手性的方法，本實施例對第一與第二實施例中所用的基體203進行改變，區別在於：第一實施例與第二實施例中所述奈米碳管100完全固定於基體203表面，而本實施例中僅將奈米碳管100部份固定於基體203表面。基體203表面設置有一凹槽204，所述奈米碳管100的兩端分別固定於所述凹槽204的兩側，位於凹槽上方的部份與凹槽的底面間隔設置。圖12為本實施例設置有凹槽204的基體及位於其表面的奈米碳管100。
本實施例將奈米碳管100兩端分別固定於凹槽204的兩側，位於凹槽上方的部份與凹槽的底面間隔設置，在確保奈米碳管100固定的同時進一步減少基體散射對觀測結果的影響。
本發明第五實施例提供一種測量奈米碳管手性的方法，其基本步驟與本發明第一實施例相同，區別在於：第一實施例中奈米碳管100完全浸沒於盛有耦合液205的水槽200中，入射光300通過一水槽透明側面201射向奈米碳管100表面，而本實施例中入射光300通過一光纖303耦合到奈米碳管100表面，所述光纖303的一端與入射光300耦合，另一端與奈米碳管100同時浸入到耦合液205中。圖13為本實施例提供的通過光纖303耦合的奈米碳管手性測量系統結構示意圖，圖13中奈米碳管100完全浸沒於盛有耦合液205的水槽200中，實際測量中亦可以不需要提供水槽200，而只是於奈米碳管100的表面滴加耦合液205，使奈米碳管100完全浸沒於耦合液205中。
本實施例進一步降低了入射光300傳播過程中發生的衰減與色散，且對水槽200的外形與材料均無特定要求。
本發明還提供一種測量奈米碳管手性的裝置，包括：一超連續譜白光雷射器，用於產生入射光300，所述奈米碳管100在該入射光300的作用下發生共振瑞利散射；一光學顯微鏡，所述光學顯微鏡的物鏡400為一水鏡；一耦合液205，所述奈米碳管100完全浸沒於該耦合液205中，所述光學顯微鏡物鏡400通過該耦合液205與所述奈米碳管100耦合；及一光譜儀501，所述光譜儀501與光學顯微鏡相連，用於採集所述奈米碳管100的光譜信息。所述測量奈米碳管手性的裝置還可以進一步包括一基體203，用於固定所述待測奈米碳管100；及一與所述光學顯微鏡相連的相機401，用於記錄光學顯微鏡所獲得的奈米碳管100的色彩、位置及形態信息。
本發明還提供一種測量奈米碳管手性的裝置，包括：一棱鏡210，所述棱鏡210包含一棱鏡第一表面211及一棱鏡第二表面212，兩表面之間夾角β的取值範圍為45°≦β <90°；一超連續譜白光雷射器，用於產生入射光300，並使該入射光300自棱鏡第一表面211射向待測奈米碳管100；一光學顯微鏡，所述光學顯微鏡所配備的物鏡400為油鏡或水鏡之中的一種；一耦合液205，所述耦合液205與所述光學顯微鏡的物鏡400種類相對應；及一光譜儀501，所述光譜儀501與光學顯微鏡相連，用於採集所述奈米碳管100的光譜信息。所述測量奈米碳管手性的裝置還可以進一步包括一基體203，所述基體203為一透明基體，該透明基體的一個表面設置有所述奈米碳管100，與之相對的另一表面與所述棱鏡第二表面212緊密接觸，所述入射光300能夠穿過該透明基體射向所述奈米碳管100；以及一與所述光學顯微鏡相連的相機401，用於記錄光學顯微鏡所獲得的奈米碳管100的色彩、位置及形態信息。
與先前技術相比較，本發明提供的測量奈米碳管手性的方法將奈米碳管100浸沒於耦合液205之中，利用奈米碳管100於液體介面處存在的介面偶極子增強效應提高共振瑞利散射強度，可以實現光學顯微鏡下實時、無損的於生長基原位對奈米碳管100進行觀測，獲取奈米碳管100的色彩、位置、形態及手性信息，且測量方法相較於先前技術更為簡便，成本更低。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧奈米碳管
200‧‧‧水槽
201‧‧‧水槽透明側面
202‧‧‧水槽底面
203‧‧‧基體
204‧‧‧凹槽
205‧‧‧耦合液
210‧‧‧棱鏡
211‧‧‧棱鏡第一表面
212‧‧‧棱鏡第二表面
300‧‧‧入射光
301‧‧‧聚焦透鏡
302‧‧‧濾波器
303‧‧‧光纖
400‧‧‧物鏡
401‧‧‧相機
500‧‧‧光源
501‧‧‧光譜儀
無。
100‧‧‧奈米碳管
200‧‧‧水槽
201‧‧‧水槽透明側面
202‧‧‧水槽底面
203‧‧‧基體
205‧‧‧耦合液
300‧‧‧入射光
301‧‧‧聚焦透鏡
302‧‧‧濾波器
400‧‧‧物鏡
401‧‧‧相機
500‧‧‧光源
501‧‧‧光譜儀

Claims (14)

  1. 一種測量奈米碳管手性的方法，包括以下步驟：
    S1，提供待測奈米碳管；
    S2，將所述待測奈米碳管置於耦合液中；
    S3，提供一束具有連續光譜的白色入射光，所述待測奈米碳管在該入射光的照射下發生共振瑞利散射；
    S4，利用物鏡為水鏡的光學顯微鏡觀測該待測奈米碳管，獲取該待測奈米碳管的位置信息，觀測時該水鏡浸沒於所述耦合液中；
    S5，獲取所述待測奈米碳管的共振瑞利散射光譜，根據該共振瑞利散射光譜信息獲得待測奈米碳管的手性指數。
  2. 如請求項1所述的測量奈米碳管手性的方法，其中，所述步驟S5進一步包括在共振瑞利散射光譜的基礎上獲取拉曼散射光譜的方法，具體包括：
    S51，獲得奈米碳管的共振瑞利散射光譜；
    S52，由奈米碳管的共振瑞利散射光譜計算拉曼散射所需的能量；
    S53，獲得奈米碳管的拉曼散射光譜。
  3. 如請求項1所述的測量奈米碳管手性的方法，其中，所述步驟S4進一步包括：對所述奈米碳管的色彩、位置及形態信息進行記錄。
  4. 如請求項1所述的測量奈米碳管手性的方法，其中，所述耦合液為水或水溶液。
  5. 如請求項4所述的測量奈米碳管手性的方法，其中，所述耦合液為超純水。
  6. 如請求項1所述的測量奈米碳管手性的方法，其中，所述入射光預先進行濾波處理濾除入射光中的紅外線，然後通過一聚焦透鏡進行聚焦後照射該奈米碳管。
  7. 一種測量奈米碳管手性的裝置，包括：
    一超連續譜白光雷射器，用於產生入射光，所述奈米碳管在該入射光的作用下發生共振瑞利散射；
    一光學顯微鏡，所述光學顯微鏡的物鏡為一水鏡；
    一耦合液，所述奈米碳管完全浸沒於該耦合液中，所述光學顯微鏡物鏡通過該耦合液與所述奈米碳管耦合；及
    一光譜儀，所述光譜儀與光學顯微鏡相連，用於採集所述奈米碳管的光譜信息。
  8. 如請求項7所述的測量奈米碳管手性的裝置，其中，進一步包括一與所述光學顯微鏡相連的相機，用於記錄光學顯微鏡所獲得的奈米碳管的色彩、位置及形態信息。
  9. 如請求項7所述的測量奈米碳管手性的裝置，其中，進一步包括一基體，用於固定所述待測奈米碳管。
  10. 如請求項9所述的測量奈米碳管手性的裝置，其中，所述基體為一Si/SiO2 基體，該Si/SiO2 基體底部為Si基，在Si基的上部形成有一層SiO2 層，該SiO2 層厚度為30-300nm，所述奈米碳管直接鋪設於所述SiO2 層的表面。
  11. 如請求項9所述的測量奈米碳管手性的裝置，其中，所述基體具有一凹槽，所述奈米碳管兩端分別固定於上述凹槽兩側，所述奈米碳管位於凹槽上方的部份與凹槽的底面間隔設置。
  12. 如請求項7至9中任一項所述的測量奈米碳管手性的裝置，其中，進一步包括一盛有耦合液的水槽，所述水槽包括一底面及至少一透明側面，所述透明側面與水槽底面之夾角α取值範圍為45°≦ α <90°，所述奈米碳管完全浸沒於所述耦合液中，入射光垂直於該水槽透明側面射向該奈米碳管。
  13. 如請求項12所述的測量奈米碳管手性的裝置，其中，所述水槽透明側面與水槽底面之夾角α為75°。
  14. 如請求項7至9中任一項所述的測量奈米碳管手性的裝置，其中，進一步包括一光纖，所述光纖一端與入射光耦合，另一端與待測奈米碳管同時浸入到耦合液中。
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