[發(fā)明專利]一種納米材料切斷加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710045914.3
• 申請(qǐng)日: 2017-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN106744675B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許婷婷;裴永永;田永濤;李新建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): B82B3/00
• 分類號(hào): B82B3/00;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 鄭州先風(fēng)專利代理有限公司 41127
• 代理人: 黃偉

本發(fā)明涉及納米材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米材料切斷加工方法，包括將納米材料接觸Li⁺發(fā)生鋰化反應(yīng)，然后對(duì)納米材料施力，使納米材料從已鋰化位置和未鋰化位置交界處斷裂，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米材料的切斷。本發(fā)明納米材料切斷方法是利用原位鋰化的方式使納米材料鋰化膨脹產(chǎn)生應(yīng)力效應(yīng)，使得納米材料在已鋰化和未鋰化的交界處受到拉應(yīng)力或者彎曲應(yīng)力即可斷裂，完成納米材料的切斷。其切斷的機(jī)理與納米材料的鋰化有關(guān)，通過控制鋰化速率和鋰化時(shí)間，實(shí)現(xiàn)納米材料鋰化長(zhǎng)度的可控性，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米材料在長(zhǎng)度方向上切斷的精確可控加工，并且不受加工材料厚度、導(dǎo)電能力等性能的影響，適用范圍廣，操作方便，易于控制，適于推廣應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米材料切斷加工方法。

背景技術(shù)

從二十世紀(jì)90年代以來，納米材料在科研領(lǐng)域中的地位日益重要。由于納米材料的性能和其尺寸、形貌息息相關(guān)，納米材料的可控制備是納米材料合成領(lǐng)域歷來所追求的重要目標(biāo)。但是，目前通過物理或化學(xué)的合成方法最終實(shí)現(xiàn)納米材料的可控制備依然是納米材料制備領(lǐng)域的難點(diǎn)，但這大大限制了納米材料的進(jìn)一步應(yīng)用，而且，目前對(duì)生長(zhǎng)出來的納米材料的尺寸和形貌進(jìn)行再次裁剪和之后對(duì)它們進(jìn)行互連的手段很少。

化學(xué)腐蝕和機(jī)械研磨的方法是常用的簡(jiǎn)單加工納米材料的方法，但是這兩種方法不能準(zhǔn)確的控制納米線的長(zhǎng)度，同時(shí)在研磨的過程中也會(huì)給納米管帶來缺陷。納米材料的精確加工一般需要借助聚焦離子束技術(shù)（FIB）、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、透射電子顯微鏡（TEM）等工具。利用FIB可以精確加工納米材料并在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)三維加工，但是在加工過程中不可避免的會(huì)對(duì)樣品帶來較大的損傷并引入離子源污染；利用SEM的電子束可以將兩端固定的碳納米管切斷，從而實(shí)現(xiàn)了碳納米管的長(zhǎng)度控制，但是這種切割方法的原理是用電子束照射碳納米管的過程中破壞碳納米管中化學(xué)鍵，并不適用于直徑較粗和化學(xué)鍵能較大的材料；利用AFM探針針尖可以對(duì)于石墨烯的機(jī)械切割，但是切割過程中會(huì)對(duì)AFM探針針尖的磨損較大，而且切割效率低（受限于AFM探針的掃描速度），要求切割的樣品厚度小（幾個(gè)納米）、表面平整度高，只適用于切割少層石墨烯、少層MoS₂等超薄的層狀材料，詳見劉連慶、張崳、 席寧等在中國(guó)科學(xué)雜志發(fā)表的名稱為基于原子力顯微鏡的石墨烯可控裁剪方法研究的論文中的記載。在TEM中，將兩根碳納米管相對(duì)，其中一個(gè)作為場(chǎng)發(fā)射源，在場(chǎng)發(fā)射電場(chǎng)作用下碳納米管會(huì)逐漸變短；中國(guó)專利200610113318.6公開了一種精確切斷和削薄納米材料方法，是利用一種納米材料作為納米刀與需要被切割的納米材料在被切割的位置接觸，通過施加電壓的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)納米材料的切割。然而這兩種方法在切割納米材料的切割原理決定了它們只適用于導(dǎo)電性較好的納米材料。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種適用性廣、操作簡(jiǎn)便的納米材料切斷加工方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米材料長(zhǎng)度的精確可控加工。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種納米材料切斷加工方法，包括將納米材料接觸Li⁺發(fā)生鋰化反應(yīng)，然后對(duì)納米材料施力，使納米材料從已鋰化位置和未鋰化位置交界處斷裂，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米材料的切斷。

可選的，所述將納米材料接觸Li⁺的具體方法為：取能夠?qū)щ娗姨峁╀囯x子的物質(zhì)作為正極，納米材料作為負(fù)極，能夠?qū)щ娗姨峁╀囯x子的物質(zhì)表面具有固體電解質(zhì)層，操縱正極接觸納米材料，在正負(fù)極兩端施加電壓。通過控制施加電壓的大小控制能夠?qū)щ娗姨峁╀囯x子的物質(zhì)通過固體電解質(zhì)向納米材料傳輸Li⁺的速率，控制納米材料的鋰化速率，進(jìn)而通過控制施加電壓的時(shí)間來控制鋰化的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰化長(zhǎng)度的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)納米材料在長(zhǎng)度方向上切斷的精確可控加工。

可選的，所述對(duì)納米材料施力為對(duì)納米材料施加拉應(yīng)力或彎曲應(yīng)力。

可選的，所述納米材料為導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料。對(duì)半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能沒有要求。