[發明專利]一種原子力探針的制備裝置、方法以及原子力探針

在審

• 申請號: 202010016892.X
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111190032A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 袁泉子;楊錦鴻;趙亞溥;黃先富
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01Q60/38
• 分類號: G01Q60/38;G01Q70/16
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明實施例涉及一種原子力探針的制備裝置、方法以及原子力探針，該方法所制備的金屬針尖具有的特殊幾何形狀可以有效降低毛細吸附，同時覆蓋疏水涂層，會進一步增強對水毛細吸附的屏蔽效果，因此該方法所制備的針尖極大提高了原子力顯微鏡測量的精度；其次，金屬針尖不僅適用于潮濕的測試環境還可應用于試樣表面存在液體的情況，例如試樣表面存在脂類、醇類、醛類等液體，進一步擴大力原子力顯微鏡的使用范圍；再者，由于該針尖使用金屬材料制作，因此具備導電性可用于電化學實驗；另外該制備方法相對簡單，便于在普通實驗室中開展，制備成本相對較低。

技術領域

本發明實施例涉及微納測量技術領域，尤其涉及一種原子力探針的制備裝置、方法以及原子力探針。

背景技術

1986年G.Binning在掃描隧道顯微鏡的基礎上發明了原子力顯微鏡(AFM)，由此實現了對非導電樣品原子級別的觀測(Li J,Xie J,Xue W等，Microsystem technologies(2013)19:285-290)。原子力顯微鏡的性能與其所使用的探針密切相關，當試樣處于潮濕的環境或浸沒于液體中時，試樣表面存在薄層液膜，在觀測過程中隨著探針逐步靠近試樣，試樣表面的液膜會與針尖形成液橋，由此產生的吸附力會極大地影響觀測的精度。當前使用聚焦離子束(FIB)和等離子刻蝕制備的原子力探針，探針針尖的幾何形貌為圓錐和棱錐，因此難以降低毛細吸附對測量精度的影響。現在普遍采用的解決方案有三種：第一種方法是嚴格控制測試環境的濕度(Chen L,Gu X,Fasolka M J等，Langmuir(2009)25:3494-3503)，防止空氣中的水分子在試件或者針尖上凝聚，因此在采用該方法的測試中，樣品處于真空或者保護氣氛圍中，但是該方法不適用與需要處于濕潤環境的測試，例如細胞或者組織表面形貌的掃描；第二種是對探針進行表面處理(中國專利申請號：CN01813256.1)，例如利用烷基硅烷分子的自組裝在針尖表面形成一層疏水層(Liu B H,Chen C H,Ultramicroscopy(2011)111:1124-1130)，或者將針尖浸沒到含有疏水顆粒的懸濁液中從而將疏水顆粒附著到針尖表面(中國專利申請號：CN110514873A)。上述方法只對試樣表面的水膜有效，對于其他液膜效果有限，另外由于疏水涂層通常不具有導電性，所以經過此類處理的探針不能用于電化學實驗；第三種常用的處理方案是將探針完全浸沒于液體中(Vadillo-Rodriguez,Virginia,Terry J.Beveridge,and John R.Dutcher,Journal of bacteriology(2008)190:4225-4232.)，通常用于測量生物組織和細胞(中國專利申請號：CN110108636A)，但是該方法對液膜的厚度有嚴格限制，要求液膜厚度只能略大于探針高度，因此不具有通用性。

發明內容

本發明實施例提供了一種原子力探針的制備裝置、方法以及原子力探針，該方法所制備的金屬針尖安裝在原子力探針上，能夠進一步對水毛細吸附的屏蔽效果，因此極大提高了原子力顯微鏡測量的精度。

第一方面，本申請實施例提供了一種原子力探針的制備裝置，包括：待制備金屬纖維，夾持裝置以及電化學池；

所述待制備金屬纖維的第一端固定于所述夾持裝置，并通過所述夾持裝置中的導線與所述電化學池中的陰極基板連接，所述待制備金屬纖維的第二端插入所述電化學池中，以此形成閉合回路，使所述待制備金屬纖維的第二端在所示電化學池中進行溶解得到金屬針尖。

第二方面，本申請實施例提供了一種原子力探針的制備方法，采用前述的一種原子力探針的制備裝置，包括：

確定金屬纖維的材質以及尺寸；

根據所述金屬纖維的材質選取電解液；

將所述金屬纖維的一端固定于夾持裝置，并將所述金屬纖維的另一端插入所述電解液進行溶解，得到金屬針尖；

按照預設條件對所述金屬針尖進行截取，得到指定長度的金屬針尖；