[發(fā)明專利]一種單分子介電性質(zhì)的測量方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910153163.2
• 申請日: 2009-09-24
• 公開（公告）號: CN102033171A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周星飛;張金海;崔成毅
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波大學(xué)
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 寧波誠源專利事務(wù)所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛(wèi)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)測量方法領(lǐng)域，具體涉及一種單分子介電性質(zhì)的測量方法。

背景技術(shù)

單個分子的導(dǎo)電性的研究具有重要的基礎(chǔ)理論意義，同時也具有重要的實際應(yīng)用價值。目前大部分實驗室采用伏安法，也就是通過在分子的兩端外加一定的電壓(V)來測量流經(jīng)分子的相應(yīng)電流(I)，利用I-V曲線來表征分子的介電性質(zhì)。這個方法很直接而且相對比較簡單，但是在外加電壓的時候需要制備電極和被測分子進行連接，這樣就存在一個接觸電阻問題。在微觀尺度上這個接觸電阻往往對測量結(jié)果造成很大的影響，以致影響測量的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題為針對現(xiàn)有的技術(shù)背景提供一種單分子介電性質(zhì)的測量方法，能夠非接觸式地、比較準確地測試單分子介電性質(zhì)。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：一種單分子介電性質(zhì)的測量方法，其特征在于采用振動模式掃描極化力顯微鏡，采用非接觸的方法來定性地表征單個分子的介電性質(zhì)，測量步驟為：將輕敲模式(Tapping-mode)原子力顯微鏡的針尖用函數(shù)發(fā)生器加上交流電壓(即轉(zhuǎn)變?yōu)檎駝幽Ｊ綊呙铇O化力顯微鏡)，將被測分子置于云母襯底上，由于云母表面被帶電針尖極化，針尖和云母襯底表面之間就會形成電場，這個電場力我們稱為極化力，與范德華力相比，這個極化力更大，其作用力程也更遠，被測分子對針尖的極化力根據(jù)被測分子的介電性能而變化，根據(jù)檢測針尖振動的相位變化來表征被測分子的介電性質(zhì)。

所述的振動模式掃描極化力顯微鏡就是改造了的原子力顯微鏡，原子力顯微鏡在輕敲模式(Tapping?mode)工作時在導(dǎo)電針尖上加上交流電壓。

所述的交流電壓為1-10KHz、振幅為6-8V。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明使用振動模式掃描極化力顯微鏡，采用非接觸的方法來定性的表征單個分子的介電性質(zhì)，不存在接觸電阻影響測量結(jié)果的問題，而且測試方法簡單、準確。

附圖說明

圖1.A為針尖和樣品相互作用示意圖；

帶電針尖在云母上方，云母表面局域區(qū)域產(chǎn)生極化電荷；

圖1.B為針尖和樣品相互作用示意圖；

針尖在樣品(被測分子)上方，由于被測分子介電性的不同，由此引發(fā)其對針尖的作用力不同，這個作用力會影響針尖振動的相位，檢測針尖相位的變化可以表征被測分子的介電性質(zhì)；

圖2，制備在Mica襯底表面的DNA和CdSe半導(dǎo)體量子點的表面形貌圖；

圖3.1、3.2是針尖不加偏壓情況下針尖在掃過DNA分子與量子點時振動振幅的變化圖；

圖3.3、3.4是針尖加5V偏壓情況下針尖在掃過DNA分子與量子點時振動振幅的變化圖。

具體實施方式

如圖1所示意，一種單分子介電性質(zhì)的測量方法，其步驟依次為：

1.首先把樣品(被測分子)制備在云母襯底上。

2.采用導(dǎo)電的原子力顯微鏡針尖，此時針尖上不加電壓，在原子力顯微鏡的輕敲模式下(Tapping?Mode)得到單個分子的形貌圖像。

3.然后把針尖抬起，用函數(shù)發(fā)生器在針尖上加上頻率為1-10KHz、振幅為6-8V的交流電壓，使用高頻交流電壓的原因是要盡量的避免云母表面的離子對測量的影響。針尖加上電壓之后再一次進針，這時針尖和云母間的極化力可以用來維持系統(tǒng)的反饋，針尖在不接觸云母(可以間隔10納米)的情況下也可以穩(wěn)定成像。

4.當針尖掃描到云母上方(不在樣品上面)如圖1.A所示，針尖只和云母表面的感應(yīng)電荷有相互作用，和樣品(被測分子)沒有相互作用力。當針尖掃描到樣品上方時(如圖1.B所示)，如果分子是導(dǎo)電的，那么分子在外電場(帶電針尖產(chǎn)生的)的作用下就會產(chǎn)生大量的感應(yīng)電荷，反過來，這個感應(yīng)電荷會影響針尖振動，使它振動的相位發(fā)生很大的變化。如果分子是半導(dǎo)體，其在外電場的作用下會產(chǎn)生極化電荷，但是這個極化電荷的數(shù)量非常少，因此在被測分子是半導(dǎo)體的情況下分子產(chǎn)生的極化電荷對針尖的運動相位影響比較小。當樣品是絕緣體時，被測分子產(chǎn)生的極化電荷極少，幾乎不會對針尖運動的相位產(chǎn)生影響。原子力顯微鏡的相位成像(Phase?Image)模式可以記錄帶電針尖在整個區(qū)域進行掃描時針尖振動的相位信號(相位大小)，這樣針尖在樣品上方振動的相位(圖1.B)和在云母上方(圖1.A)振動的相位之差(Δφ_被測分子)就可以用來表征單個分子介電性質(zhì)。