專利名稱:制備金屬針尖的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及掃描探針顯微鏡技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種恒流電化學(xué)腐蝕制備超細(xì)金屬針尖的裝置和方法。
背景技術(shù)：
掃描探針顯微鏡(Scanning probe microscope, SPM)-包括掃描隧道
顯微鏡(Scanning tunneling microscope, STM)和原子力顯微鏡(Atomic forcemicroscope)——自發(fā)明以來(lái)，成為在納米尺度進(jìn)行表征的主要實(shí)驗(yàn)手段之一，在納米科技涉及的諸多領(lǐng)域取得了重要成果。而針尖的制備，是SPM性能的關(guān)鍵因素之一。近年來(lái)在傳統(tǒng)SPM技術(shù)的基礎(chǔ)上，隨著單個(gè)有機(jī)分子電導(dǎo)測(cè)量和針尖增強(qiáng)拉曼光譜(Tip-enhancedRaman Spectroscopy, TERS)等光稱合SPM技術(shù)的出現(xiàn),傳統(tǒng)的鶴、鉬、娃等材料制備針尖逐·漸顯示出了局限性，需要使用到金、銀等材料制備的新型SPM針尖。
這其中特別是使用金制備的針尖，具有以下優(yōu)勢(shì)一方面，由于其表面等離激元共振和天線效應(yīng)而引起的對(duì)尖端附近幾十納米范圍內(nèi)電磁場(chǎng)的局域增強(qiáng)效應(yīng)顯著，而且正好處于可見光波段，適用于進(jìn)行TERS實(shí)驗(yàn)，從而大幅度提高拉曼光譜的空間分辨率。另一方面，金的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)與大氣中的氧氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可以直接在大氣或者溶液等環(huán)境中工作，測(cè)量單個(gè)有機(jī)分子的電導(dǎo)或者進(jìn)行TERS等與光耦合的SPM測(cè)量，不需要超高真空等特殊環(huán)境。在進(jìn)行表面形貌和電學(xué)測(cè)量時(shí)，對(duì)于金針尖的要求是其末端愈尖愈好，即小的尖端曲率半徑，以獲得高的空間分辨率。而利用表面等離激元增強(qiáng)效應(yīng)進(jìn)行TERS等實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，不僅要求其末端曲率半徑小，而且要求表面光滑。此外，都要求針尖的制備具有高的重復(fù)率，以避免在實(shí)驗(yàn)前使用掃描電子顯微鏡檢測(cè)針尖質(zhì)量時(shí)在電子束的誘導(dǎo)下在針尖表面沉積碳污染。
電化學(xué)腐蝕金絲是目前制備金針尖比較成熟的方法之一。這種方法將一段金絲插入濃鹽酸和酒精的混合溶液中，接于一個(gè)直流電源的正極，溶液中的另一個(gè)電極(對(duì)電極)接于電源的負(fù)極，二者之間加以直流電壓，金絲浸沒在液面以下的部分逐漸變細(xì)，并且在液面附近的腐蝕速度最快并形成一個(gè)很細(xì)的連頸。液面處的連頸在電化學(xué)腐蝕和液面以下那部分金絲重力的共同作用下最終斷開，從而形成一個(gè)針尖。這樣一段帶有針尖的金絲可以直接用于STM反饋模式，以針尖樣品間的隧道電流維持針尖樣品間的距離；也可以粘于石英晶振音叉的一臂上，以原子力維持針尖樣品間的距離，工作于AFM反饋模式。
但傳統(tǒng)技術(shù)中電化學(xué)腐蝕金絲使用的都是恒壓模式，即在金絲和對(duì)電極之間加以恒定的電壓進(jìn)行腐蝕。文獻(xiàn)報(bào)道中最佳的參數(shù)是濃鹽酸和酒精以體積比1:1混合配制溶液，腐蝕電壓為2. 4 V。但是恒壓腐蝕的局限在于一方面鹽酸與金的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物AuCl會(huì)覆蓋近表面，從而影響到溶液中的離子到達(dá)金表面，使得反應(yīng)進(jìn)程變慢。金絲表面的反應(yīng)產(chǎn)物累積到一定程度，會(huì)從表面脫附進(jìn)入溶液中，重新使得金表面露出來(lái)，使得反應(yīng)進(jìn)程重新加快。這樣在金絲表面反應(yīng)產(chǎn)物的周期性沉積和脫附，會(huì)使得電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程時(shí)快時(shí)慢，表現(xiàn)為腐蝕電流的震蕩。另一方面，金絲和對(duì)電極與它們的夾持裝置直接的接觸電阻很難保證在每一次安裝的時(shí)候能夠高度重復(fù)，這使得在這個(gè)接觸電阻上產(chǎn)生的電壓降成為一個(gè)不確定因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制備金屬針尖的裝置及方法。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種制備金屬針尖的裝置，包括控制電路及電化學(xué)池，所述控制電路包括電源、開關(guān)、恒流源；所述電源用于為所述裝置提供電能，所述開關(guān)控制所述裝置的開啟與關(guān)閉，所述恒流源用于維持所述裝置電流恒定所述電化學(xué)池包括對(duì)電極、待制備金屬絲及電解液，所述對(duì)電極一端與控制電路負(fù)極端相連的，所述待制備金屬絲一端與控制電路正極端相連，所述對(duì)電極沒有與控制電路負(fù)極相連的一端及待制備金屬絲沒有與控制電路正極相連的一端均插入電解液中。
進(jìn)一步，所述恒流源設(shè)置于電源負(fù)極與電化學(xué)池的對(duì)電極之間，進(jìn)一步，所述控制電路還包括一個(gè)電壓比較器，所述電壓比較器具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，一個(gè)輸入端 與控制電路的與對(duì)電極連接端相連，用于輸入對(duì)電極的電勢(shì)值，另一個(gè)輸入端設(shè)定一個(gè)參考電勢(shì)，所述輸出端與開關(guān)相連，所述電壓比較器用于比較對(duì)電極電勢(shì)與參考電勢(shì)，根據(jù)比較結(jié)果控制開關(guān)斷開。
進(jìn)一步，所述恒流源輸出的電流范圍為O. ΟΓ ΟΟπιΑ。
進(jìn)一步，所述參考電勢(shì)的范圍為-15V、15V。
進(jìn)一步，所述待制備金屬絲浸沒在電解液液面下的深度為O. f 10mm。
進(jìn)一步，所述待制備金屬絲的材料為金、銀、鎢、鉬銥合金中的一種。
進(jìn)一步，所述對(duì)電極為鎢、鉬、金或碳棒中的一種。
一種采用上述裝置制備金屬針尖的方法，包括如下步驟
(1)提供一待制備金屬絲；
(2)將待制備金屬絲一端浸入電化學(xué)池的電解液液面下，一端與控制電路正極端相
連；
(3)閉合開關(guān)，所述控制電路的恒流源維持裝置電流恒定，所述電化學(xué)池進(jìn)行反應(yīng)，直至待制備金屬絲與電解液液面接觸面附近待制備金屬絲斷裂。
進(jìn)一步，所述恒流源設(shè)置于電源負(fù)極與電化學(xué)池的對(duì)電極之間，進(jìn)一步，所述控制電路還包括一個(gè)電壓比較器，所述電壓比較器具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，一個(gè)輸入端與控制電路的與對(duì)電極連接端相連，用于輸入對(duì)電極的電勢(shì)值，另一個(gè)輸入端設(shè)定一個(gè)參考電勢(shì)，所述輸出端與開關(guān)相連，所述電壓比較器用于比較對(duì)電極電勢(shì)與參考電勢(shì)，根據(jù)比較結(jié)果控制開關(guān)斷開；所述方法進(jìn)一步包括如下步驟
(4)所述電壓比較器比較對(duì)電極電勢(shì)值與參考電勢(shì)值,若對(duì)電極電勢(shì)值大于參考電勢(shì)值，則繼續(xù)執(zhí)行步驟(3);若對(duì)電極電勢(shì)值小于參考電勢(shì)值，則開關(guān)斷開，裝置運(yùn)行結(jié)束。
進(jìn)一步，所述恒流源輸出的電流范圍為O. OflOOmA。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，在控制電路中設(shè)置恒流源，所述恒流源使得在整個(gè)電化學(xué)腐蝕過(guò)程中維持恒定的腐蝕電流，從而使電荷到達(dá)金屬絲表面的速率維持恒定，使電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程更加穩(wěn)定，可以以更高的重復(fù)性獲得尖端曲率半徑小且表面光滑的針尖，該制備方法操作簡(jiǎn)單，成功率高。


附圖I所示為本發(fā)明第一實(shí)施方式制備金屬針尖的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2所示為本發(fā)明第二實(shí)施方式的制備金屬針尖的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖3A和附圖3B所示為采用本發(fā)明裝置和方法制備的金針尖的掃描電子顯微鏡圖片。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的制備金屬針尖的裝置及方法的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說(shuō)明。
附圖I所示為本發(fā)明第一實(shí)施方式制備金屬針尖的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。參見附圖 1，在本實(shí)施方式中，制備金屬針尖的裝置包括控制電路I及電化學(xué)池2。
所述控制電路I包括電源、開關(guān)3及恒流源4。所述電源為所述裝置提供電能，在本實(shí)施方式中，所述電源正極為正直流源5，其電勢(shì)為+15V，所述電源負(fù)極為負(fù)直流源6，其電勢(shì)為-15V。所述開關(guān)3設(shè)置于控制電路I中的任何位置，控制所述裝置的開啟與關(guān)閉。所述恒流源4與所述電源及開關(guān)3串聯(lián)，用于維持所述裝置電流恒定，優(yōu)選地，所述恒流源4輸出的電流范圍為O. Of 100mA。
所述電化學(xué)池2包括對(duì)電極7、待制備金屬絲8及電解液9。在本實(shí)施方式中，所述電解液9放置于一個(gè)U型玻璃管10中，在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，容納電解液9的容器可以隨意選擇，并不限于U型玻璃管。所述對(duì)電極7 —端與控制電路I的負(fù)極端相連，另一端浸沒在位于U型玻璃管10的一端的電解液9的液面下。所述對(duì)電極7用于與待制備金屬絲8組成電解池的兩個(gè)電極，實(shí)現(xiàn)對(duì)待制備金屬絲8的腐蝕。所述對(duì)電極7可以為鎢、鉬、金或碳棒中的一種。
所述待制備金屬絲8的一端與控制電路I的正極端相連，另一端浸沒在位于U型玻璃管10的另一端的電解液9的液面下。待制備金屬絲8浸沒在電解液9的液面下的深度可以根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)定，為了既不浪費(fèi)金屬絲又能制備出性能良好的金屬針尖，優(yōu)選地，所述待制備金屬絲8浸沒在電解液9的深度為O. f 10mm。
本實(shí)施方式中，制備金屬針尖的裝置的工作過(guò)程如下閉合開關(guān)3，所述電源為裝置提供電能，所述恒流源4維持裝置電流恒定，所述電化學(xué)池2中的待制備金屬絲8浸沒在電解液9液面下的部分開始發(fā)生腐蝕反應(yīng)，越來(lái)越細(xì)，而在電解液9液面附近的待制備金屬絲腐蝕速度最快，因此，在該處很快形成一個(gè)很細(xì)的連頸，隨著腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，連頸越來(lái)越細(xì)，最后在電化學(xué)腐蝕和位于電解液9液面下的金屬絲的重力作用下斷裂，從而形成一個(gè)針尖。
金屬針尖均可以采用本發(fā)明的裝置制備，比如待制備金屬絲8的材料為金、銀、鎢、鉬銥合金中的一種。但是對(duì)于不同的金屬材料，采用的電解液不同，比如，制備金針尖采用的電解液為濃鹽酸和酒精的混合液，優(yōu)選地，濃鹽酸與酒精的體積比為1:1;制備鎢針尖采用的電解液為l 5mol/L的氫氧化鈉溶液；制備鉬銥合金針尖采用的電解液為氯化鈣溶液。
本發(fā)明制備金屬針尖的裝置在控制電路中設(shè)置恒流源，從而使得電化學(xué)池在整個(gè)電化學(xué)腐蝕過(guò)程中維持恒定的腐蝕電流，從而使電荷到達(dá)金屬絲表面的速率維持恒定，使電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程更加穩(wěn)定，可以以更高的重復(fù)性獲得尖端曲率半徑小且表面光滑的針尖。
優(yōu)選地，在本發(fā)明第二實(shí)施方式中所述控制電路I還包括一電壓比較器，用于比較對(duì)電極的電勢(shì)值與參考電勢(shì)值，從而控制開關(guān)3的斷開，避免金屬針尖的過(guò)腐蝕。
附圖2所示為本發(fā)明第二實(shí)施方式的制備金屬針尖的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖2所示，所述恒流源4設(shè)置于負(fù)直流電源6與電化學(xué)池2之間。電源比較器10具有兩個(gè)輸入端11和12及一個(gè)輸出端13 ;所述輸入端11與控制電路I的與對(duì)電極7連接端相連，用于輸入對(duì)電極7的電勢(shì)值；所述輸入端12設(shè)定一參考電勢(shì)，用于與對(duì)電極的電勢(shì)值進(jìn)行·比較；所述輸出端13與開關(guān)3直接連接，定義對(duì)電極的電勢(shì)值使用Vm表示，參考電勢(shì)的值使用Vkef表示，所述電壓比較器11用于比較對(duì)電極電勢(shì)的值Vm與參考電勢(shì)的值Vkef，根據(jù)比較結(jié)果控制開關(guān)3斷開。所述參考電勢(shì)的值Vkef的設(shè)定范圍為正直流源5的電勢(shì)和負(fù)直流源6的電勢(shì)之間，比如，在本實(shí)施方式中，正直流源5的電勢(shì)為+15V，負(fù)直流源6的電勢(shì)為-15V，則參考電勢(shì)的值Vkef的范圍為-15V、15 V。
本實(shí)施方式中，制備金屬針尖的裝置的工作過(guò)程如下閉合開關(guān)3，所述電源為裝置提供電能，所述恒流源4維持裝置電流恒定，所述電化學(xué)池2中的待制備金屬絲8浸沒在電解液9液面下的部分開始發(fā)生腐蝕反應(yīng)，所述電壓比較器11采集對(duì)電極7的電勢(shì)值Vm并將對(duì)電極7的電勢(shì)值Vm與參考電勢(shì)值Vkef進(jìn)行比較，若Vm > Veef,則電壓比較器不采取任何動(dòng)作，隨著腐蝕的進(jìn)行，浸沒在電解液9的液面下的待制備金屬絲8越來(lái)越細(xì)，而在電解液9的液面附近的待制備金屬絲腐蝕速度最快，因此，在該處很快形成一個(gè)很細(xì)的連頸，隨著腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，連頸越來(lái)越細(xì)，電阻逐漸變大，加載在對(duì)電極7與待制備金屬絲8之間的電壓逐漸增加，則對(duì)電極7的電勢(shì)值Vm逐漸減小，最后連頸在電化學(xué)腐蝕和位于電解液9液面下的金屬絲的重力作用下斷裂，在連頸斷裂的瞬間，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)突變，Vcd急劇減小，當(dāng)Vm小于參考電勢(shì)Vkef時(shí)，電壓比較器11控制開關(guān)3斷開，腐蝕過(guò)程結(jié)束，形成針尖。
本實(shí)施方式中，制備金屬針尖的裝置進(jìn)一步在控制電路I中設(shè)置電壓比較器11，通過(guò)比較對(duì)電極的電勢(shì)值與預(yù)設(shè)的參考電勢(shì)值，在連頸斷裂的瞬間，切斷腐蝕電路，從而避免剛剛形成的針尖進(jìn)一步被腐蝕，影響針尖的品質(zhì)。如果在連頸斷裂后，腐蝕電路依然沒有切斷，則電化學(xué)池會(huì)繼續(xù)工作，位于電解液液面下的針尖會(huì)繼續(xù)被腐蝕，使得針尖的形狀或光滑度受到影響，從而影響針尖品質(zhì)。
本發(fā)明還提供了采用上述裝置制備金屬針尖的方法，具體步驟如下步驟S31 :提供一待制備金屬絲；步驟S32 :將待制備金屬絲一端浸入電化學(xué)池的電解液液面下，一端與控制電路正極端相連；步驟S33 :閉合開關(guān)，所述控制電路的恒流源維持裝置電流恒定，所述電化學(xué)池進(jìn)行反應(yīng)，直至待制備金屬絲與電解液液面接觸面附近待制備金屬絲斷裂；步驟S34 :電壓比較器比較對(duì)電極電勢(shì)值與參考電勢(shì)值，若對(duì)電極電勢(shì)值大于參考電勢(shì)值，則繼續(xù)執(zhí)行步驟S33 ;若對(duì)電極電勢(shì)值小于參考電勢(shì)值，則開關(guān)斷開，裝置運(yùn)行結(jié)束。
參見步驟S31，提供一待制備金屬絲。一般掃描探針顯微鏡中常用的金屬針尖均可以采用本發(fā)明的裝置制備，比如金屬針尖可以為金針尖、銀針尖、鎢針尖、鉬銥合金針尖中的一種。但是對(duì)于不同的制備金屬針尖的材料，采用的電解液不同，比如，制備金針尖采用的電解液為濃鹽酸和酒精的混合液，優(yōu)選地，濃鹽酸與酒精的體積比為1:1;制備鎢針尖采用的電解液為l 5mol/L的氫氧化鈉溶液；制備鉬銥合金針尖采用的電解液為氯化鈣溶液。
參見步驟S32 :將待制備金屬絲一端浸入電化學(xué)池的電解液液面下，一端與控制電路正極端相連。待制備金屬絲浸沒在電解液的液面下的深度可以根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)定，為了既不浪費(fèi)金屬絲又能制備出性能良好的金屬針尖，優(yōu)選地，所述待制備金屬絲浸沒在電解液液面下的深度為O. f 10mm。
參見步驟S33 :閉合開關(guān)，所述控制電路的恒流源維持待制備金屬絲腐蝕過(guò)程電流恒定，所述電化學(xué)池進(jìn)行反應(yīng)，直至待制備金屬絲與電解液液面接觸面附近待制備金屬絲斷裂。優(yōu)選地，所述恒流源4輸出的電流范圍為O. Of 100mA。在本步驟中，閉合開關(guān)，所述電源為裝置提供電能，所述恒流源維持裝置電流恒定，所述電化學(xué)池中的待制備金屬絲 浸沒在電解液液面下的部分開始發(fā)生腐蝕反應(yīng)，越來(lái)越細(xì)，而在電解液液面附近的待制備金屬絲腐蝕速度最快，因此，在該處很快形成一個(gè)很細(xì)的連頸，隨著腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，連頸越來(lái)越細(xì)，最后在電化學(xué)腐蝕和位于電解液液面下的金屬絲的重力作用下斷裂，從而形成一個(gè)針尖。
本發(fā)明的制備金屬針尖的方法在電化學(xué)腐蝕過(guò)程中維持電流恒定，從而是電荷到達(dá)待制備金屬絲表面的速率維持恒定，使得電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程更加穩(wěn)定，可以以更高的重復(fù)性獲得尖端曲率半徑小且表面光滑的針尖。
優(yōu)選地，參見步驟S34 :電壓比較器比較對(duì)電極電勢(shì)值與參考電勢(shì)值，若對(duì)電極電勢(shì)值大于參考電勢(shì)值，則繼續(xù)執(zhí)行步驟S33 ;若對(duì)電極電勢(shì)值小于參考電勢(shì)值，則開關(guān)斷開，裝置運(yùn)行結(jié)束。此步驟為可選步驟。所述恒流源設(shè)置于負(fù)直流電源與電化學(xué)池之間。電源比較器具有兩個(gè)輸入端及一個(gè)輸出端，所述一個(gè)輸入端用于輸入對(duì)電極的電勢(shì)值；另一個(gè)輸入端設(shè)定一參考電勢(shì)，用于與對(duì)電極的電勢(shì)值進(jìn)行比較，輸出端與開關(guān)直接連接。定義對(duì)電極的電勢(shì)值使用Vm表示，參考電勢(shì)的值使用Vkef表示，所述參考電勢(shì)的值Vkef的設(shè)定范圍為正直流源5的電勢(shì)和負(fù)直流源6的電勢(shì)之間，比如，在本實(shí)施方式中，正直流源5的電勢(shì)為+15V，負(fù)直流源6的電勢(shì)為-15V，則參考電勢(shì)的值Vkef的范圍為-15V、15 V。
所述電壓比較器采集對(duì)電極的電勢(shì)值Vm并將對(duì)電極的電勢(shì)值Vm與參考電勢(shì)值Vkef進(jìn)行比較，若Vm > Vkef，則電壓比較器不采取任何動(dòng)作，隨著腐蝕的進(jìn)行，浸沒在電解液的液面下的待制備金屬絲越來(lái)越細(xì)，而在電解液的液面附近的待制備金屬絲腐蝕速度最快，因此，在該處很快形成一個(gè)很細(xì)的連頸，隨著腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，連頸越來(lái)越細(xì)，電阻逐漸變大，加載在對(duì)電極與待制備金屬絲之間的電壓逐漸增加，則對(duì)電極的電勢(shì)值Vm逐漸減小，最后連頸在電化學(xué)腐蝕和位于電解液液面下的金屬絲的重力作用下斷裂，在連頸斷裂的瞬間，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)突變，Vm急劇減小，當(dāng)Vm小于參考電勢(shì)Vkef時(shí)，電壓比較器控制開關(guān)斷開，腐蝕過(guò)程結(jié)束，形成針尖。
采用電壓比較器比較對(duì)電極的電勢(shì)值與預(yù)設(shè)的參考電勢(shì)值，在連頸斷裂的瞬間，會(huì)使得對(duì)電極的電勢(shì)急劇減小，從而小于預(yù)設(shè)的參考電勢(shì)，電壓比較器根據(jù)比較結(jié)果切斷腐蝕電路，從而避免剛剛形成的針尖進(jìn)一步被腐蝕，影響針尖的品質(zhì)。
下面以制備金針尖為例，列舉一個(gè)本發(fā)明的實(shí)施例。
提供一金絲，所述金絲的直徑為O. 2mm，將金絲浸沒在電解液液面下2mm，所述電解液為濃鹽酸與酒精的體積比為1:1，設(shè)定參考電勢(shì)為0V，設(shè)定所述恒流源控制腐蝕電路為6mA，開啟開關(guān)，電化學(xué)腐蝕反應(yīng)進(jìn)行，在金絲的連頸斷裂的瞬間，電壓比較器根據(jù)比較結(jié)果切斷腐蝕電路，從而制備出金針尖。附圖3A和附圖3B所示為本發(fā)明裝置和方法制備的一個(gè)金針尖的掃描電子顯微鏡圖片，其中附圖3A為低倍像，附圖3B為高倍像。從圖片附圖3B上可見，金針尖的尖端直徑僅有25nm。本實(shí)施例中，采用相同的參數(shù)制備了 13個(gè)針尖，其中有11個(gè)金針尖的尖端直徑不超過(guò)40nm，在這11個(gè)金針尖中有4個(gè)金針尖的尖端直徑在2(T30nm范圍內(nèi)。在本實(shí)施例中，每個(gè)針尖的制備都在5. 5飛分鐘的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)完成，而且制備的金針尖可不經(jīng)掃描電子顯微鏡檢測(cè)而直接用于單壁碳納米管的TERS實(shí)驗(yàn)，拉曼光強(qiáng)像上獲得了 15nm的空間分辨率。
在上述說(shuō)明書的描述中提到的數(shù)值及數(shù)值范圍并不用于限制本發(fā)明，只是為本發(fā)明提供優(yōu)選的實(shí)施方式。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種制備金屬針尖的裝置，包括控制電路及電化學(xué)池，其特征在于，所述控制電路包括電源、開關(guān)、恒流源；所述電源用于為所述裝置提供電能，所述開關(guān)控制所述裝置的開啟與關(guān)閉，所述恒流源用于維持所述裝置電流恒定；所述電化學(xué)池包括對(duì)電極、待制備金屬絲及電解液，所述對(duì)電極一端與控制電路負(fù)極端相連，另一端插入電解液中，所述待制備金屬絲一端與控制電路正極端相連，另一端插入電解液中。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的制備金屬針尖的裝置，其特征在于，所述恒流源設(shè)置于電源負(fù)極與電化學(xué)池的對(duì)電極之間，進(jìn)一步，所述控制電路還包括一個(gè)電壓比較器，所述電壓比較器具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，一個(gè)輸入端與控制電路的與對(duì)電極連接端相連，用于輸入對(duì)電極的電勢(shì)值，另一個(gè)輸入端設(shè)定一個(gè)參考電勢(shì)，所述輸出端與開關(guān)相連，所述電壓比較器用于比較對(duì)電極電勢(shì)與參考電勢(shì)，根據(jù)比較結(jié)果控制開關(guān)斷開。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I或2所述的制備金屬針尖的裝置，其特征在于，所述恒流源輸出的電流范圍為O. Ol 100mA。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的制備金屬針尖的裝置，其特征在于，所述參考電勢(shì)的范圍為-15V +15V 。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I或2所述的制備金屬針尖的裝置，其特征在于，所述待制備金屬絲浸沒在電解液液面下的深度為O. f 10mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I或2所述的制備金屬針尖的裝置，其特征在于，所述待制備金屬絲的材料為金、銀、鎢、鉬銥合金中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求
I或2所述的制備金屬針尖的裝置，其特征在于，所述對(duì)電極為鎢、鉬、金或碳棒中的一種。
8.一種采用權(quán)利要求
I所述裝置制備金屬針尖的方法，其特征在于，包括如下步驟(I)提供一待制備金屬絲；(2)將待制備金屬絲一端浸入電化學(xué)池的電解液液面下，一端與控制電路正極端相連；(3)閉合開關(guān)，所述控制電路的恒流源維持裝置電流恒定，所述電化學(xué)池進(jìn)行反應(yīng)，直至待制備金屬絲與電解液液面接觸面附近待制備金屬絲斷裂。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的制備金屬針尖的方法，其特征在于，所述恒流源設(shè)置于電源負(fù)極與電化學(xué)池的對(duì)電極之間，進(jìn)一步，所述控制電路還包括一個(gè)電壓比較器，所述電壓比較器具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，一個(gè)輸入端與控制電路的與對(duì)電極連接端相連，用于輸入對(duì)電極的電勢(shì)值，另一個(gè)輸入端設(shè)定一個(gè)參考電勢(shì)，所述輸出端與開關(guān)相連，所述電壓比較器用于比較對(duì)電極電勢(shì)與參考電勢(shì)，根據(jù)比較結(jié)果控制開關(guān)斷開；所述方法進(jìn)一步包括如下步驟(4)所述電壓比較器比較對(duì)電極電勢(shì)值與參考電勢(shì)值，若對(duì)電極電勢(shì)值大于參考電勢(shì)值，則繼續(xù)執(zhí)行步驟(3);若對(duì)電極電勢(shì)值小于參考電勢(shì)值，則開關(guān)斷開，裝置運(yùn)行結(jié)束。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8或9所述的制備金屬針尖的方法，其特征在于，所述恒流源輸出的電流范圍為O. 01 100mA。
專利摘要
本發(fā)明提供一種制備金屬針尖的裝置及方法，所述裝置包括控制電路及電化學(xué)池，控制電路包括電源、開關(guān)、恒流源，恒流源用于維持裝置電流恒定；電化學(xué)池包括對(duì)電極、待制備金屬絲及電解液，對(duì)電極一端與控制電路負(fù)極端相連的，待制備金屬絲一端與控制電路正極端相連。閉合開關(guān)，恒流源維持裝置電流恒定，電化學(xué)池進(jìn)行反應(yīng)，直至待制備金屬絲與電解液液面接觸面附近待制備金屬絲斷裂。本發(fā)明制備金屬針尖的裝置及方法在控制電路中設(shè)置恒流源，使得在整個(gè)電化學(xué)腐蝕過(guò)程中維持恒定電流，從而使電荷到達(dá)金屬絲表面的速率維持恒定，使電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程更加穩(wěn)定，可以以更高的重復(fù)性獲得尖端曲率半徑小且表面光滑的針尖，該制備方法操作簡(jiǎn)單，成功率高。
文檔編號(hào)G01Q70/16GKCN102901846SQ201210313301
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年8月30日
發(fā)明者徐耿釗, 劉爭(zhēng)暉, 鐘海艦, 樊英民, 徐科 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan