一种纳米线/微米线原位弯曲下力电性能测试方法

技术领域

本发明涉及一种扫描探针显微镜中纳米线/微米线原位弯曲下力电性能测试方法，属于纳米/微米材料性能原位检测领域。

背景技术

实现对单个纳米/微米结构的操纵和原位性能测量，是一直以来纳米/微米材料以及基于这些材料的新型器件研究的瓶颈性关键科学技术问题。一维纳米/微米材料作为微纳机电系统中的基本功能单元，充分理解单根一维纳米/微米材料的电学性能、力学性能和力电耦合性能是设计新型纳米/微米功能器件的前提。目前对于单个一维纳米/微米材料在弯曲下的力电性能的测试手段大致可以分为以下两种。

第一，在扫描电子显微镜中发展单根一维纳米/微米材料力电性能测试的方法。2006年，《Nano Letters》，vol.6，2768-2772上的“基于单个氧化锌纳米线的压电场效应晶体管和纳米力学传感器”(Piezoelectric field effect transistor andnanoforce sensor based on a single ZnO nanowire)一文中报道了在扫描电子显微镜中利用导电的金属探针去弯曲纳米线同时测量其力电性能。同样是在扫描电镜中，2007年，《Advanced Materials》，vol.19，781-784上的“基于单根氧化锌纳米线的压电门二极管”(Piezoelectric gated diode of a single ZnO nanowire)文章中报道了再扫描电镜中安装一套纳米操控系统，利用纳米操控系统中的两个导电探针实现对单个纳米材料的弯曲和力电性能测试。尽管在扫描电镜中利用金属探针能够实现对单根一维纳米/微米材料的弯曲和力电性能测试，但是由于纳米线/微米线没有被固定在金属探针上，测试过程中纳米线/微米线很容易在金属探针上滑动，导致很难判断测试的电信号来源于材料本身变化还是接触问题。同时，由于扫描电镜必须工作在高真空条件下，因此每次实验必须对系统进行抽真空以及对纳米操控的调试，大大增加了对单根纳米线/微米线的测试时间。

第二，利用改装的透射电子显微镜实现对单根纳米线/微米线的弯曲和力电性能测试。2007年，《Nano Letters》，vol.7，632-637上的“形变导致的单个氮化硼纳米管的电输运”(Deformation-driven electrical transport of individualboron nitride nanotubes)一文中报道了在透射电子显微镜中利用导电的金属探针去弯曲纳米管同时测量其力电性能。同样是在透射电子显微镜中，2008年，《AppliedPhysics Letters》，vol.92，213105上的“在透射电镜下原位弯曲单根氧化锌纳米线的电响应”(In situ probing electrical response on bending of ZnO nanowiresinside transmission electron microscope)一文中同样也报道了在透射电子显微镜中利用导电的金属探针去弯曲单个氧化锌纳米线同时测量其力电性能。尽管在改装的透射电子显微镜中利用金属探针能够实现对单根一维纳米/微米材料的弯曲和力电性能测试，但是纳米线的两端不能全部固定，测试时间很长，效率很低等问题依然存在于这种测试方法中。

在扫描探针系统中利用探针原位的弯曲单根纳米线/微米线同时测量其力电性能是最直接的测量方法。由于扫描探针工作在大气环境下，因此不需要对其进行抽真空，同时纳米线的两端可以完全被固定，测试过程中不存在纳米线/微米线的滑动问题，对于单根纳米线/微米线力电性能测试的信号是完全真实可靠的。

发明内容

本发明是提供一种扫描探针显微镜中对纳米线/微米线原位弯曲下力电性能测试方法，其目的是利用该方法实现对单根一维纳米线/微米线原位力学性能、电学性能以及电力耦合性能测量。

一种纳米线/微米线原位弯曲下力电性能测试方法，其特征在于，单个的纳米线/微米线被固定在扫描探针针尖和导电基底上，通过控制基底的上下移动实现对单个纳米线/微米线的弯曲和拉伸。在纳米线/微米线弯曲的同时，通过在扫描探针和导电基底上施加电压测试电流信号，实现对纳米线/微米线在弯曲下的电学性能测量。

本发明提供一种扫描探针显微镜中纳米线/微米线原位弯曲下力电性能测试方法，可实现单根一维纳米/微米材料在扫描探针显微镜中原位的弯曲变形，可以表征材料的弹性性能、塑性性能以及断裂过程。同时它还可以测试单根一维纳米/微米材料力电耦合性能的测试，其特征在于该方法按如下步骤进行：

1.将单根一维纳米/微米材料用导电银胶固定在扫描探针显微镜的针尖上。

2.控制扫描探针显微镜的驱动马达，让导电的基底接触单根一维纳米/微米材料的另外一端，并利用导电银胶固定，此时一维纳米/微米材料的两端都被很好的固定。

3.通过驱动马达进一步移动基底，被固定的单根一维纳米/微米材料并会发生弯曲变形，其变形程度取决于基底与扫描探针显微镜针尖的距离。

4.在一维纳米/微米材料发生弯曲形变的同时，通过在针尖和基底上加载电压测量电流的方式实现对单根一维纳米/微米材料力电性能的测试。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：本发明对在扫描探针显微镜中单根一维纳米/微米材料在原位弯曲下力电性能的测试不需要对扫描探针显微镜进行改装，依靠现有的扫描探针显微镜即可完成对这种性能的测试。同时，测试的方法简单，测试样品所需要的时间很短(20分钟左右)，可以在短时间完成对大量纳米/微米材料的检测。而且，测试过程中单根一维纳米/微米材料两端均被很好的固定，不存在电流信号不稳定问题，一维纳米/微米材料在电极上滑动等问题。这种方法的实现为一维纳米/微米材料在微机电系统、半导体器件以及传感器等领域的开发设计提供高效可靠的数据结果。

附图说明

图1为单根氧化锌微米线一端被固定在扫描探针显微镜针尖上的光学照片。

图2为单根氧化锌微米线两端被导电银胶固定在针尖和基底上的光学显微镜照片。

图3为单根氧化锌微米线被弯曲的光学显微镜照片。