[發明專利]具有納米結構的云母薄片的制備方法

有效

• 申請號: 201110279528.3
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN103011185A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 江雷;郭維;高軍;侯旭
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C01B33/42
• 分類號: C01B33/42;B82Y40/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明涉及利用原子力顯微鏡微機械加工制備具有納米結構的云母薄片的方法。

背景技術

近年來以石墨烯為代表的單層或少數層的層狀晶體二維材料由于其具有優良的性能和廣闊的應用前景，引起了人們的廣泛關注。云母作為一種層狀材料，具有完美解理性，是二維材料的優良來源。由于云母具有化學惰性，熱絕緣性和電絕緣性，完全不同于石墨烯，因而在某些領域具有獨特的重要應用價值。基于單層或少數層的二維材料的納米結構的制備技術目前都集中在導電的石墨烯上，石墨烯的研究展現了二維材料在納米結構，尤其是超薄非對稱納米孔領域的獨特優勢(Garaj，S.；Hubbard，W.；Reina，A.；Kong，J.；Branton，D.；Golovchenko，J.A.Nature?2010，467，190)。然而，基于絕緣單層或少數層的層狀晶體二維材料的納米結構的制備方法仍然鮮有報道，且制備其它二維材料的納米結構的方法主要是電子束或離子束刻蝕(Dekker，C.Nature?Nanotechnology?2007，2，209)，上述方法的工藝復雜、成本高昂。尋找簡便有效、成本低廉的方法制備二維材料的納米結構，尤其是基于絕緣單層或少數層的層狀晶體的二維材料的納米結構仍然是一大難點。

原子力顯微鏡微機械加工的方法具有制備工藝簡單有效、成本低廉，可精確控制制備二維材料的納米結構的厚度、位置和形狀，制備圖案化納米結構，除云母外，該方法也適用于其它二維材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用原子力顯微鏡微機械加工制備具有納米結構的云母薄片的方法。

本發明的方法中涉及采用機械剝離法制備單層或少數層的云母薄片，并可用此云母薄片為基底，利用原子力顯微鏡微機械加工的方法在所得云母薄片上制備納米結構。

本發明的利用原子力顯微鏡微機械加工制備具有納米結構的云母薄片的方法：將云母薄片置于固體基底上，使原子力顯微鏡的工作處在接觸模式下，控制原子力顯微鏡的針尖與云母薄片接觸的作用力，以控制在云母薄片上得到的納米結構。

所述的納米結構的形狀和位置的控制是由原子力顯微鏡的針尖掃描云母薄片的位置和掃描云母薄片的面積的大小控制。

所述的云母薄片上得到的納米結構選自納米孔、納米線、邊數大于或等于三的多邊形、圓形等中的一種以上。

所述的云母薄片選自人工合成的云母的薄片、自然生長的金云母的薄片、自然生長的白云母的薄片、自然生長的黑云母的薄片等中的一種。

所述的云母薄片的層數是1～100層。

所述的云母薄片的層數中的層是指一層云母分子結構單元。

本發明中所述的云母薄片可通過以下方法獲得：將一片云母的兩面分別粘在膠帶上，撕開膠帶，將一片云母剝離成兩片云母片，再將剝離得到的云母片的兩面分別粘在膠帶上，撕開膠帶，將云母片再剝離成兩片云母片；重復以上步驟，可得到所需層數的云母薄片，優選得到層數是1～100層的云母薄片。所需層數的云母薄片的挑選是將膠帶上的云母薄片轉移到固體基底上，利用光學顯微鏡結合原子力顯微鏡表征云母薄片的厚度及層數，挑選出所需層數的云母薄片。

所述的利用光學顯微鏡結合原子力顯微鏡表征云母薄片的厚度及層數的方法是在云母薄片轉移到固體基底上后，用光學顯微鏡記錄下云母薄片的特征顏色或云母薄片與周圍固體基底的光強對比度，然后利用原子力顯微鏡測量以記錄云母薄片的厚度，得到云母薄片的光學特征與厚度的對應關系，便于以后方便的根據光學特征尋找所需層數的云母薄片。

所述的云母選自人工合成的云母、自然生長的金云母、自然生長的白云母、自然生長的黑云母等中的一種。

所述的膠帶包括各種涂有粘性橡膠的布料或塑料薄膜。

所述的云母薄片的層數中的層是指一層云母分子結構單元。

所述的固體基底的材料選自硅、鎂、鋁、鐵、銅、鎳、鋅、金、銀或它們的氧化物或氮化物中的一種或幾種，或選自碳，或選自上述材料中的任意兩種或多種。

本發明方法中涉及的利用機械剝離法制備云母薄片的操作方法簡單，方便易行，缺陷少。本發明方法中涉及的原子力顯微鏡微機械加工法制備得到的納米結構的厚度可控，精度達到原子層級，納米結構的形狀、位置可控，并可制備得到圖案化的納米結構，除云母外，本發明也適用于其它二維材料。

以下結合附圖及實施例對本發明進行進一步的詳細說明。

附圖說明

圖1.為機械剝離制備單層或少數層的云母薄片，以及利用原子力顯微鏡微機械加工制備納米結構的示意圖。