[發明專利]基于掃描探針的納米顆粒三維操控方法

有效

• 申請號: 202110026544.5
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112834786B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 張偉華;呂亞坤
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01Q60/00
• 分類號: G01Q60/00;G01Q60/10;G01Q20/02;G01Q10/00
• 代理公司: 江蘇法德東恒律師事務所 32305
• 代理人: 李媛媛

本發明公開了一種基于掃描探針的納米顆粒三維操控裝置及方法。該裝置包括一個導電且表面鍍有低表面能涂層的掃描探針，以及掃描模塊和觀測模塊。利用觀測模塊觀測掃描探針及納米顆粒的位置；掃描模塊根據觀測模塊收集的位置圖像，將掃描探針移動到納米顆粒的附近，并通過在探針表面施加電壓信號來調控探針與納米顆粒之間的相互作用，最終可以實現三維空間上單個納米顆粒的拾取、轉移和放置。本發明通過對掃描探針的電壓信號進行調控，進而引入介電泳力實現對其表面能的調節，能夠高效可控地重復實現對納米顆粒的操控。

技術領域

本發明涉及納米尺度器件的技術領域，具體涉及一種基于掃描探針的納米顆粒三維操控方法。

背景技術

隨著量子和納米光學的發展，納米器件和結構集成的研究引起了很多人的關注。經證實，使用掃描探針對納米物體的操控是一個能夠應用在諸多領域且具有廣闊前景的方法。其無論是在生物化學的研究還是納米結構的制備等廣泛領域都發揮著重要的作用。

現有一些用于操控納米顆粒的方法，是使用掃描探針通過“推”和“拉”的方式操控納米顆粒在一個平整表面上二維移動。由于二維移動的局限性，導致這些方法不能實現納米顆粒在不同高度的平面或不同平臺上的轉移，因此也就限制了其在實際納米器件制備中的應用。為了解決這個問題，就需要使用掃描探針實現在垂直方向上的納米操控，即通過“拾取”和“放置”的方法，實現對納米顆粒的三維操控。

目前，有研究提出使用近場光力對液體環境中的顆粒進行俘獲的方法，但由于這種方法只能限定在液體環境中，因此無法應用在納米器件的制備上。究其原因，由于在“拾取”和“放置”過程中，要求探針-顆粒之間的作用力分別大于和小于樣品-顆粒之間的作用力，導致目前沒有有效的方法能夠實現大氣環境中固-氣界面上可控且可重復的納米顆粒的拾取與放置的方法。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種基于掃描探針的納米顆粒三維操控方法，能夠有效且可控地實現在大氣環境中，對單個納米顆粒在三維空間上的可重復轉移和操控。

本發明的裝置采用的技術方案如下：

基于掃描探針的納米顆粒三維操控裝置，包括掃描探針、掃描模塊和觀測模塊，所述掃描探針導電且表面鍍有低表面能涂層；所述觀測模塊用于實時觀測掃描探針和納米顆粒的位置；所述掃描模塊根據觀測模塊收集的位置圖像，用于控制掃描探針在三維空間上的位移和掃描，并調控掃描探針表面的電壓信號。

進一步地，所述納米顆粒放置在襯底上，襯底的表面鍍有導電層。

進一步地，所述觀測模塊為光學顯微鏡的成像系統或者電子顯微鏡的成像系統。

本發明利用上述裝置進行操控的方法，具體步驟包括：利用觀測模塊觀測掃描探針及納米顆粒的位置；掃描模塊根據觀測模塊收集的位置圖像，將掃描探針移動到納米顆粒的附近，然后在掃描探針表面施加電壓，使得探針與顆粒之間的作用能大于顆粒與襯底之間的作用能，從而將納米顆粒拾??；隨后控制掃描探針移動到指定位置，通過施加調制電壓的方式降低在掃描探針表面施加的電壓強度，使得探針與顆粒之間的作用能小于顆粒與襯底之間的作用能，最終實現納米顆粒從探針表面脫附，放置在指定位置。

本發明通過對掃描探針的電壓信號進行調控，進而引入介電泳力實現對其表面能的調節，能夠高效可控地實現對納米顆粒的操控，具有以下有益效果：

(1)本發明采用掃描探針直接對納米顆粒進行操控，能夠在納米精度的定位下，簡單有效且可重復地實現對單個納米顆粒在三維空間上的拾取、轉移和放置。

(2)本發明不需要特殊的使用環境，可直接在大氣環境下應用。

(3)本發明對操控的納米顆粒的材料沒有要求，能夠應用于多種材料的納米顆粒。

附圖說明