[發明專利]一種基于納米孔的實驗裝置及實驗方法

在審

• 申請號: 202210337413.3
• 申請日: 2022-04-01
• 公開（公告）號: CN114705743A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 古志遠;殷云棟;楊磊
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

1.一種基于納米孔的實驗裝置，其特征在于，包括：

操作單元(3)，包括兩彈性墊片(31)、夾設于兩彈性墊片之間的基板(32)，每一彈性墊片開設有前后貫穿該彈性墊片的一通孔(310)，基板兩側表面分別緊密貼合于兩彈性墊片，基板具有前后貫穿該基板的一窗口(320)且窗口承載有與該基板平行的一氮化硅片(321)，兩通孔分別暴露該氮化硅片兩側表面，氮化硅片上開設有前后貫穿該氮化硅片的一納米孔(322)；

第一液池(1)，具有一第一容置腔(10)；

第二液池(2)，具有一第二容置腔(20)，第一液池與第二液池的相對側分別具有一開口(40)，操作單元豎向夾緊于第一液池的開口與第二液池的開口之間且通過一卡箍(50)夾緊第一液池及第二液池的外側表面以使操作單元分隔第一容置腔與第二容置腔，第一容置腔容置有第一溶液，第二容置腔容置有第二溶液；

調節裝置(4)，設于第一液池與第二液池之間，用于進行基于納米孔的該實驗裝置重復拆裝實驗，以檢測該實驗裝置每次的實驗電流是否發生偏差，并進行基于納米孔的單分子穿孔檢測實驗，以驗證制備的該納米孔合格。

2.根據權利要求1所述的基于納米孔的實驗裝置，其特征在于，調節裝置還用于產生電流以在氮化硅片上制備前后貫穿該氮化硅片的一納米孔；其中，第一溶液、第二溶液均為電解質溶液；納米孔的孔徑為：其中，G為納米孔的電導，σ為電解質溶液的電導率，t為氮化硅片的厚度，d為納米孔的孔徑，且納米孔的孔徑等于一預設閾值。

3.根據權利要求1所述的基于納米孔的實驗裝置，其特征在于，調節裝置包括設于第一溶液內的第一電極(411)、設于第二溶液內的第二電極(412)、連接于第一電極與第二電極之間用于控制調節裝置的電壓及電流的電表(413)。

4.根據權利要求1所述的基于納米孔的實驗裝置，其特征在于，氮化硅片的厚度范圍為10nm至14nm。

5.根據權利要求1所述的基于納米孔的實驗裝置，其特征在于，兩通孔中心與納米孔中心位于同一水平線。

6.根據權利要求1所述的基于納米孔的實驗裝置，其特征在于，每一通孔為圓孔且每一通孔的直徑為0.8mm至1.2mm。

7.一種基于納米孔的實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)提供一基板(32)、兩彈性墊片(31)，基板具有前后貫穿該基板的一窗口(320)且該窗口承載有與該基板平行的一氮化硅片(321)，對氮化硅片進行預處理，在每一彈性墊片上開設前后貫穿該彈性墊片的通孔(310)，將基板兩側表面緊密貼合于兩彈性墊片之間以作為一個操作單元(3)，兩通孔分別暴露該氮化硅片兩側表面；

(2)提供一第一液池、一第二液池，第一液池具有一第一容置腔(10)，第二液池具有一第二容置腔(20)，第一液池與第二液池的相對側分別具有一開口(40)，將操作單元豎向夾緊于第一液池的開口與第二液池的開口之間且通過一卡箍(50)夾緊第一液池及第二液池的外側表面以使操作單元分隔第一容置腔與第二容置腔，向第一容置腔加入第一溶液，向第二容置腔加入第二溶液；

(3)在第一液池與第二液池之間設置一調節裝置(4)，進行基于納米孔(322)的該實驗裝置重復拆裝實驗，以檢測該實驗裝置每次拆裝的實驗電流是否發生偏差，并進行基于納米孔的單分子穿孔檢測實驗，以驗證制備的該納米孔合格；其中，納米孔成型于氮化硅片上且納米孔前后貫穿該氮化硅片。

8.根據權利要求7所述的基于納米孔的實驗方法，其特征在于，在步驟(3)中進行基于納米孔的實驗的步驟之前，還包括以下步驟：

判斷氮化硅片是否開設有納米孔，若是，直接進行基于納米孔的該實驗裝置重復拆裝實驗及單分子穿孔檢測實驗；若否，先利用調節裝置產生電流以在氮化硅片上制備前后貫穿該氮化硅片的納米孔，再進行基于納米孔的該實驗裝置重復拆裝實驗及單分子穿孔檢測實驗。

9.根據權利要求7所述的基于納米孔的實驗方法，其特征在于，在步驟(3)中，利用電擊穿法制備納米孔，其中第一容置腔的第一溶液、第一容置腔的第二溶液均為電解質溶液，調節裝置包括插入第一容置腔內電解質溶液的第一電極(411)、插入第二容置腔內電解質溶液的第二電極(412)、連接于第一電極與第二電極之間用于控制調節裝置的電壓及電流的電表(413)；制備納米孔的步驟具體包括：

(31)通過電表控制調節裝置的電壓及電流，以檢測墊片是否將氮化硅片整面夾持成功；

(32)逐漸增大調節裝置的施加電壓直至漏電流穩定在20nA～50nA，設置截止電流為漏電流的10倍，當調節裝置的電流低于截止電流時，停止施加電壓，完成納米孔的制備；

(33)計算步驟(32)中的納米孔的孔徑為：

其中，G為納米孔的電導，σ為電解質溶液的電導率，t為氮化硅片的厚度，d為納米孔的孔徑；并判斷該納米孔的孔徑是否小于預設閾值；若是，通過施加脈沖電壓對納米孔擴孔，直至納米孔的孔徑達到一預設閾值。