一維材料的局部定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種一維材料的局部定位方法。該方法通過先在一維材料表面形成由包裹材料形成的包裹層，使其在觀測條件下可見；之后去除一維材料上待定位的局部包裹層，從而在一維材料上形成包裹段和對應(yīng)于局部的裸露段，該包裹段的一維材料在觀測條件下可見，裸露段的一維材料暴露于周圍環(huán)境中在觀測條件下不可見，以此可見的包裹段作為定位標(biāo)記對不可見的裸露段進(jìn)行定位，方便了后續(xù)如測定一維材料的熱導(dǎo)率等操作。與現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本發(fā)明提供了一種可逆地實(shí)現(xiàn)一維材料在光學(xué)顯微鏡下可見的方法，并利用該方法對一維材料進(jìn)行操作，使得一維材料的實(shí)際應(yīng)用更加廣泛。該方法簡單實(shí)用、效果可逆，且恢復(fù)原貌后不會影響材料本身的物理性能。
【專利說明】一維材料的局部定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及納米材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種一維材料的局部定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002] -維材料，尤其是一維納米材料，是一種在兩個幾何維度上尺寸極小而在另一個 幾何維度上尺寸接近或達(dá)到宏觀水平的材料。這種材料具有一些宏觀材料所不具備的特殊 的優(yōu)良介觀性能，如對結(jié)構(gòu)高度敏感的優(yōu)異電學(xué)性能、優(yōu)于宏觀材料的熱學(xué)、光學(xué)性能等。 因此，這種材料具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 然而由于其極小的尺寸，表征其形貌只能借助于掃描電子顯微鏡甚至透射電子顯 微鏡等昂貴設(shè)備，且步驟繁瑣，對樣品制作過程和樣品性質(zhì)要求很高。在應(yīng)用或者表征時有 效的操控也同樣是十分困難的。所以就亟需一種使得一維材料在光學(xué)顯微鏡下可見化的方 法。目前雖然已有一些一維材料可見化方法被報道，但目前所存在的方法操作復(fù)雜且不可 逆，容易導(dǎo)致一維材料喪失本身特有的優(yōu)異性能。
[0004] 一維材料本身的物理性能的準(zhǔn)確測定對于這種材料的應(yīng)用是必不可少的。而這種 材料的熱學(xué)、光學(xué)等物理性能的測定一直比較困難。比如在熱學(xué)中熱導(dǎo)率的測量，需要得到 被測物質(zhì)在特定位置的準(zhǔn)確溫度，或者某一個截面通過的熱功率值。另外，對于橫截面積極 小的一維材料，還需要定位精度能精確到至少微米級別，用傳統(tǒng)的紅外測溫儀很難實(shí)現(xiàn)如 此小的探測精度和空間精度。另一方面，一維材料本身極小的尺寸導(dǎo)致其熱容量極小。使 用傳統(tǒng)的接觸式測溫方法時，當(dāng)宏觀尺度溫度探針接觸材料的時候也就導(dǎo)致材料本身的溫 度產(chǎn)生了巨大的變化，嚴(yán)重影響一維材料的熱學(xué)狀態(tài)，阻礙熱學(xué)性質(zhì)的測量。另外宏觀的物 體觸碰一維材料也容易導(dǎo)致一維材料發(fā)生破損，破壞被測一維材料的物理性能，并且測量 過程操作難度也很大。所以對于一維材料熱學(xué)性能的測定亟需一種非接觸式的、空間精度 準(zhǔn)確的方法。
[0005] 另外，一維材料較小的尺寸也導(dǎo)致所測的熱學(xué)信號都是微弱的，這對于測量儀器 要求較高，對測量用器件的設(shè)計和制備過程的要求也十分苛刻，所以如果有一種材料的熱 學(xué)信號可以自己表現(xiàn)出來，而用另一種方法簡單探測這種自己表現(xiàn)出來的熱敏感的反應(yīng)， 會在實(shí)驗上大有裨益。
[0006] 在光學(xué)性能測定方面，由于一維材料極小的尺寸導(dǎo)致與光相互作用區(qū)域很小，所 以吸收截面、散射截面很小，根據(jù)已有的實(shí)驗設(shè)備要準(zhǔn)確探知一維材料的光學(xué)信號過程復(fù) 雜且所需設(shè)備昂貴。而一維材料本身的光致熱現(xiàn)象是一種材料與光相互作用后自發(fā)產(chǎn)生的 響應(yīng)信號，且這種熱響應(yīng)隨著光強(qiáng)度和偏振的改變而改變，既可以降低測定過程中對于聚 焦情況、光強(qiáng)波動等實(shí)驗因素的要求，還能反應(yīng)材料本身對于光的不同的響應(yīng)特征。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的旨在提供一種一維材料的局部定位方法，該方法通過對不可見一維 材料進(jìn)行包裹易揮發(fā)物質(zhì)而使其可見，進(jìn)而對不可見的局部進(jìn)行定位，簡單實(shí)用且效果可 逆。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種一維材料的局部定位方 法，用于在一觀測條件下對一維材料的局部進(jìn)行定位，以便對一維材料的局部進(jìn)行所需的 后續(xù)操作，其中，一維材料自身在觀測條件下不直接可見；該方法包括步驟：
[0009] 沿一維材料在一維材料的表面上形成一包裹層，以使得一維材料及其上的包裹層 整體上在觀測條件下可見；其中，包裹層由可從一維材料去除的包裹材料形成；將一維材 料的需定位的局部處的包裹層去除，從而在一維材料上形成包裹段和對應(yīng)于局部的裸露 段，其中，在包裹段處，一維材料保持被包裹層包裹，從而使得包裹段在觀測條件下可見；在 裸露段處，一維材料直接暴露于周圍環(huán)境中而在觀測條件下不可見；由此能夠利用可見的 包裹段作為定位標(biāo)記對不可見的裸露段進(jìn)行定位。
[0010] 進(jìn)一步地，一維材料的局部定位方法還包括：將一維材料放置在含有包裹材料的 前驅(qū)體的沉積環(huán)境中；和調(diào)節(jié)沉積環(huán)境的參數(shù)，以使得前驅(qū)體物理地或化學(xué)地沉積在一維 材料的表面，以形成包裹層。
[0011] 進(jìn)一步地，包裹材料的前驅(qū)體為包裹材料的氣態(tài)形式，調(diào)控沉積環(huán)境的參數(shù)包括 降低沉積環(huán)境的溫度，以使得前驅(qū)體以液態(tài)或固態(tài)形式凝結(jié)在一維材料的表面上。
[0012] 進(jìn)一步地，包裹材料為易受熱揮發(fā)材料；一維材料的局部定位方法還包括：對一 維材料的需定位的局部進(jìn)行加熱，以去除局部表面處的包裹層。
[0013] 進(jìn)一步地，包裹材料為冰或干冰等物質(zhì)。
[0014] 進(jìn)一步地，沉積環(huán)境可以為由包裹材料的前驅(qū)體形成的溶液。
[0015] 進(jìn)一步地，前驅(qū)體為分布在溶液中的有機(jī)物或者為游離在溶液中的離子；可選地， 離子為鹽離子；進(jìn)一步可選地，溶液為水溶液。
[0016] 進(jìn)一步地，包裹材料為易揮發(fā)材料。
[0017] 進(jìn)一步地，包裹材料為易受熱揮發(fā)材料；一維材料的局部定位方法還包括：對一 維材料的需定位的局部進(jìn)行加熱，以去除局部處的包裹層。
[0018] 進(jìn)一步地，一維材料為一維納米材料，觀測條件為用光學(xué)顯微鏡對一維材料進(jìn)行 觀測。
[0019] 進(jìn)一步地，一維材料的局部定位方法還包括：在對一維材料的局部進(jìn)行后續(xù)操作 之后，去除包裹段的包裹層。
[0020] 進(jìn)一步地，后續(xù)操作包括測定一維材料的熱導(dǎo)率。
[0021] 進(jìn)一步地，熱導(dǎo)率的測定包括：加熱一維材料直至使其達(dá)到熱穩(wěn)定平衡狀態(tài)；獲 得一維材料上的第一和第二參考點(diǎn)處的位置和在熱穩(wěn)定平衡狀態(tài)下的溫度；其中，第一參 考點(diǎn)為包裹段與裸露段的鄰接處的鄰接點(diǎn)；第二參考點(diǎn)選自裸露段不同于鄰接點(diǎn)的另一參 考點(diǎn)；根據(jù)第一和第二參考點(diǎn)處的位置和溫度并基于預(yù)先建立的熱導(dǎo)率與第一和第二參考 點(diǎn)處的位置和溫度的計算關(guān)系來計算以獲得熱導(dǎo)率。
[0022] 進(jìn)一步地，加熱一維材料直至使其達(dá)到熱穩(wěn)定平衡狀態(tài)的步驟與將一維材料的局 部處的包裹層去除的步驟為同一步驟。
[0023] 進(jìn)一步地，計算關(guān)系通過將裸露段和包裹段各自對應(yīng)的一維穩(wěn)態(tài)熱擴(kuò)散方程進(jìn)行 關(guān)聯(lián)來建立。
[0024] 進(jìn)一步地，根據(jù)一維材料在鄰接點(diǎn)處的溫度的可微性來關(guān)聯(lián)裸露段和包裹段的一 維穩(wěn)態(tài)熱擴(kuò)散方程。
[0025] 進(jìn)一步地，第一和第二參考點(diǎn)的位置和溫度作為裸露段的一維穩(wěn)態(tài)熱擴(kuò)散方程的 兩個邊界條件；第一參考點(diǎn)的位置和溫度作為包裹段的一維穩(wěn)態(tài)熱擴(kuò)散方程的兩個邊界條 件中的一個。
[0026] 進(jìn)一步地，包裹段的一維穩(wěn)態(tài)熱擴(kuò)散方程的兩個邊界條件中的另一個基于一維材 料在無窮遠(yuǎn)處的溫度為周圍環(huán)境的溫度來設(shè)定。
[0027] 進(jìn)一步地，計算關(guān)系為：

【權(quán)利要求】
1. 一維材料的局部定位方法，用于在一觀測條件下對所述一維材料的局部進(jìn)行定位， 以便對所述一維材料的所述局部進(jìn)行所需的后續(xù)操作，其中，所述一維材料自身在所述觀 測條件下不直接可見；所述方法包括步驟： 沿所述一維材料在所述一維材料的表面上形成一包裹層，以使得所述一維材料及其上 的所述包裹層整體上在所述觀測條件下可見；其中，所述包裹層由可從所述一維材料去除 的包裹材料形成； 將所述一維材料的需定位的所述局部處的所述包裹層去除，從而在所述一維材料上形 成包裹段和對應(yīng)于所述局部的裸露段，其中，在所述包裹段處，所述一維材料保持被所述包 裹層包裹，從而使得所述包裹段在所述觀測條件下可見；在所述裸露段處，所述一維材料直 接暴露于周圍環(huán)境中而在所述觀測條件下不可見；由此能夠利用可見的所述包裹段作為定 位標(biāo)記對不可見的所述裸露段進(jìn)行定位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部定位方法，其特征在于，還包括： 將所述一維材料放置在含有所述包裹材料的前驅(qū)體的沉積環(huán)境中；和 調(diào)控所述沉積環(huán)境的參數(shù)，以使得所述前驅(qū)體物理地或化學(xué)地沉積在所述一維材料的 表面，以形成所述包裹層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的局部定位方法，其特征在于，所述包裹材料的所述前驅(qū)體為 所述包裹材料的氣態(tài)形式，調(diào)控沉積環(huán)境的參數(shù)包括降低所述沉積環(huán)境的溫度，以使得所 述前驅(qū)體以液態(tài)或固態(tài)形式凝結(jié)在所述一維材料的表面上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的局部定位方法，其特征在于，所述包裹材料為易受熱揮發(fā) 材料；所述方法還包括： 對所述一維材料的需定位的所述局部進(jìn)行加熱，以去除所述局部處的所述包裹層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3-4中任一項所述的局部定位方法，其特征在于，所述包裹材料為冰 或干冰等物質(zhì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的局部定位方法，其特征在于，所述沉積環(huán)境為由所述包裹材 料的所述前驅(qū)體形成的溶液。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的局部定位方法，其特征在于，所述前驅(qū)體為分布在所述溶液 中的有機(jī)物或者為游離在所述溶液中的離子；可選地，所述離子為鹽離子；進(jìn)一步可選地， 所述溶液為水溶液。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的局部定位方法，其特征在于，所述包裹材料為易揮發(fā)材 料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的局部定位方法，其特征在于，所述包裹材料為易受熱揮發(fā)材 料；所述方法還包括： 對所述一維材料的需定位的所述局部進(jìn)行加熱，以去除所述局部處的所述包裹層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1_9中任一項所述的局部定位方法，其特征在于，所述一維材料為一 維納米材料，所述觀測條件為用光學(xué)顯微鏡對所述一維材料進(jìn)行觀測。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的局部定位方法，其特征在于，還包括： 在對所述一維材料的所述局部進(jìn)行定位操作后，去除所述包裹段上的所述包裹層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項所述的局部定位方法，其特征在于，所述后續(xù)操作包 括測定所述一維材料的熱導(dǎo)率。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的局部定位方法，其特征在于，所述熱導(dǎo)率的測定包括： 加熱所述一維材料直至使其達(dá)到熱穩(wěn)定平衡狀態(tài)； 獲得所述一維材料上的第一參考點(diǎn)和第二參考點(diǎn)處的位置和在所述熱穩(wěn)定平衡狀態(tài) 下的溫度；其中，所述第一參考點(diǎn)為所述包裹段與所述裸露段的鄰接處的鄰接點(diǎn)；所述第 二參考點(diǎn)選自所述裸露段不同于所述鄰接點(diǎn)的另一參考點(diǎn)； 根據(jù)所述第一參考點(diǎn)和第二參考點(diǎn)處的位置和溫度并基于預(yù)先建立的所述熱導(dǎo)率與 所述第一參考點(diǎn)和第二參考點(diǎn)處的位置和溫度的計算關(guān)系來計算以獲得所述熱導(dǎo)率。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的局部定位方法，其特征在于，加熱所述一維材料直至使其 達(dá)到熱穩(wěn)定平衡狀態(tài)的步驟與將所述一維材料的所述局部處的所述包裹層去除的步驟為 同一步驟。
【文檔編號】G01N1/36GK104359941SQ201410682661
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】張霄, 周維亞, 解思深 申請人:中國科學(xué)院物理研究所