透射电镜微栅的制作方法

专利名称：透射电镜微栅的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种透射电镜微栅，尤其涉及一种基于碳纳米管的透射电镜微栅。
背景技术：
在透射电子显微镜中，多孔碳支持膜(微栅)是用于承载粉末样品，进行透射电子 显微镜高分辨像(HRTEM)观察的重要工具。随着纳米材料研究的不断发展，微栅在纳米材 料的电子显微学表征领域的应用日益广泛。现有技术中，该应用于透射电子显微镜的微栅通常是在铜网或镍网等金属网格上 覆盖一层多孔有机膜，再蒸镀一层非晶碳膜制成的。然而，当采用上述微栅对被测样品的透 射电镜高分辨像进行成份分析时，被测样品设置于非晶碳膜表面，位于被测样品下方的金 属网格因其经常含有较多杂质，如金属氧化物等，对被测样品成份分析的干扰较大。自九十年代初以来，以碳纳米管(请参见Helical microtubules of graphiticcarbon, Nature, Sumio Iijima, vol 354，p56 (1991))为代表的纳米材料以其独 特的结构和性质引起了人们极大的关注。将碳纳米管应用于微栅的制作，有利于降低金属 网格对被测样品成份分析的干扰。

发明内容
因此，确有必要提供一种基于碳纳米管的透射电镜微栅，该透射电镜微栅对被测 样品成份分析的干扰较小。一种透射电镜微栅及其制备方法，其中，该透射电镜微栅包括一支撑环及一片状 碳纳米管结构，该片状碳纳米管结构的周边通过所述支撑环固定，该片状碳纳米管结构为 一多孔结构。相较于现有技术，本发明提供的透射电镜微栅包括一支撑环及一片状碳纳米管结 构，片状碳纳米管结构周边通过所述支撑环固定，无需金属网格，且片状碳纳米管结构为纯 碳纳米管结构，可有效消除传统微栅中的位于被测样品下方的金属网格对被测样品成份分 析时的干扰，从而有利于提高采用透射电镜进行成份分析时的精确度。


图1为本发明实施例透射电镜微栅的立体结构示意图。图2为本发明实施例透射电镜微栅中的支撑环的立体结构示意图。图3为本发明实施例透射电镜微栅中的支撑环的剖视结构示意图。图4为本发明实施例透射电镜微栅中的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。图5为本发明实施例透射电镜微栅中的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。图6为本发明实施例透射电镜微栅中的碳纳米管序化膜的扫描电镜照片。图7为本发明实施例透射电镜微栅中的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。图8为本发明实施例透射电镜微栅中的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。
图9为本发明实施例透射电镜微栅的制备方法的流程示意图。主要元件符号说明 透射电镜微栅10支撑环102支撑环本体10加延伸部102b表面102c片状碳纳米管结构104微孔10具体实施例方式下面将结合附图对本发明透射电镜微栅及其制备方法作进一步的详细说明。请参阅图1，本发明实施例提供一种透射电镜微栅10。该透射电镜微栅10包括一 支撑环102及一片状碳纳米管结构104。所述片状碳纳米管结构104可为圆片状，直径约为 3毫米。所述片状碳纳米管结构104的周边通过所述支撑环102固定。所述支撑环102用于固定所述片状碳纳米管结构104。所述支撑环102为圆形的 环状结构。所述支撑环102的直径与所述片状碳纳米管结构104的直径基本相同，约为3 毫米。所述支撑环102围成一通孔(图未标)，位於该通孔处的片状碳纳米管结构104悬 空设置。所述支撑环102的材料可为金属或陶瓷等。所述金属包括铜、钼或镍等。所述支 撑环102的截面(垂直于所述支撑环102所在的平面的截面)可为方形、圆形、半圆形或梯 形等形状。优选地，所述支撑环102具有一平整表面，该平整表面用于与片状碳纳米管结构 104贴合，此时，所述片状碳纳米管结构104与支撑环102的平整表面为面接触，从而可更好 地固定片状碳纳米管结构104于所述支撑环102。所述片状碳纳米管结构104可通过粘结 齐U、范德华力、机械方式或上述方式的任意结合固定于所述支撑环102。当采用粘结剂方式 固定时，所述支撑环102的表面可预先涂覆一层粘结剂，然后铺设碳纳米管结构104于支撑 环102设置有粘结剂的表面，实现固定。当采用范德华力方式固定时，所述片状碳纳米管结 构104可通过自身的粘性或通过有机溶剂处理直接铺设于所述支撑环102的表面。当采用 有机溶剂处理方式固定时，所述有机溶剂优选为挥发性有机溶剂，此时，可将挥发性有机溶 剂滴落在铺设有片状碳纳米管结构104的支撑环102表面，在挥发性有机溶剂的作用下，片 状碳纳米管结构104通过范德华力更紧密地贴合固定在所述支撑环102的表面，实现固定。 可以理解，所述片状碳纳米管结构104与所述支撑环102之间的固定并不限于上述方式。本实施例中，所述片状碳纳米管结构104通过机械方式固定于所述支撑环102。所 述支撑环102为直径3毫米的铜环。所述支撑环102可包括一圆环状支撑环本体102a和四 个延伸部102b。所述片状碳纳米管结构104固定于所述所述支撑环本体102a和四个延伸 部102b之间。所述支撑环本体102a和四个延伸部102b可为一体结构。所述延伸部102b 的材料与所述支撑环本体102a的材料可相同或不同。优选地，所述延伸部102b的材料为 具有较好的弯折性能的材料，以可实现所述延伸部102b朝支撑环102圆心(支撑环102所 在圆环的圆心)的方向的弯折，进而固定碳纳米管结构104于所述支撑环本体102a与延伸 部102b之间。本实施例中的延伸部102b的材料与支撑环本体102a的材料相同，均为铜。可以理解，所述延伸部102b的数量并不限于四个，以可实现片状碳纳米管结构104较好地 固定于所述支撑环本体102的表面为准，根据所述延伸部102b的面积，所述延伸部102b的 数量可为一个或多个。
请一并参见图2及图3，所述延伸部102b从支撑环本体102a向外延伸，其延伸 方向为沿延伸处与支撑环本体102a所在圆环的圆心的连线方向即半径方向。所述支撑环 本体102a可具有一平整表面102c，所述延伸部102b从支撑环本体102a的平整表面102c 沿半径方向向外延伸。优选地，所述延伸部102b与所述支撑环本体102a位于同一平面内 (参见图2)，或所述延伸部102b所在的平面低于所述支撑环本体102a所在的平面(图未 示)。所述延伸部102b的厚度可小于或等于所述支撑环本体102a的厚度。优选地，所述延 伸部102b的厚度小于所述支撑环本体102a的厚度。采用延伸部102b固定片状碳纳米管 结构104时，可先将一片状碳纳米管结构预制体直接铺设于所述支撑环本体102a的平整表 面102c，然后按支撑环的形状即支撑环本体102a外周沿切割所述片状碳纳米管结构预制 体，形成片状碳纳米管结构104，最后朝支撑环102圆心的方向弯折所述延伸部102b，使其 覆盖位于支撑环本体102a平整表面102c的片状碳纳米管结构104，从而实现片状碳纳米管 结构104固定于所述支撑环本体102a与延伸部102b之间。所述片状碳纳米管结构104用于支撑被测样品用于透射电镜观测。所述片状碳纳 米管结构104为一多孔结构，其具有多个微孔106。所述微孔106可为通孔，即其可从片状 碳纳米管结构104的一个表面延伸至与该表面相对的另一表面。所述微孔106的形状不限， 可为圆形、方形、椭圆形等。所述微孔106的尺寸不限，可根据实际应用需求调整。所述微 孔106的排列方式不限。所述微孔106之间的距离可相等或不等。优选地，所述微孔106均 勻分布在所述片状碳纳米管结构104表面或所述多个微孔106以阵列形式分布在所述片状 碳纳米管结构104表面，且相邻的微孔106之间的距离相等。相邻的微孔106之间的距离 可大于1微米。所述微孔106的尺寸约为1微米 200微米。所述片状碳纳米管结构104 为自支撑结构，且具有一定的支撑性能。所述自支撑为片状碳纳米管结构104不需要大面 积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身片状结构。所述片 状碳纳米管结构104为纯碳纳米管结构。所述片状碳纳米管结构104可由至少一碳纳米管 线状结构编织而成或由至少一碳纳米管膜组成。当所述片状碳纳米管结构104包括多个碳纳米管线状结构时，所述多个碳纳米管 线状结构可平行、并排、交叉或缠绕设置。具体地，所述多个碳纳米管线状结构可采用现有 技术中的编织方法，如平纹编织或斜纹编织法来制备所述片状碳纳米管结构104。所述碳纳 米管线状结构可由至少一碳纳米管线组成。所述碳纳米管线状结构为多个碳纳米管线平行 设置组成的一束状结构或多个碳纳米管线相互扭转组成的一绞线结构。所述碳纳米管线由 若干碳纳米管组成，所述碳纳米管线中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。所述碳纳 米管线可为一扭转的碳纳米管线或一非扭转的碳纳米管线。所述非扭转的碳纳米管线包括多个沿该非扭转的碳纳米管线长度方向择优取向 排列的碳纳米管，其扫描电镜照片请参见图4。非扭转的碳纳米管线可通过将碳纳米管拉膜 通过有机溶剂处理得到。具体地，该碳纳米管拉膜包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管 片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个基本相互平行并通过范德华力紧 密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均勻性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0. 5纳米-1毫米。具体地，可将有机溶剂浸润所述碳纳米管拉 膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，碳纳米管拉膜中的相 互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合，从而使碳纳米管拉膜收缩为一非扭转的碳 纳米管线。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例 中采用乙醇。通过有机溶剂处理的非扭转碳纳米管线与未经有机溶剂处理的碳纳米管膜相 比，比表面积减小，粘性降低。所述碳纳米管线及其制备方法请参见范守善等人于2002年 9月16日申请的，于2008年8月20日公告的第100411979号中国公告专利，以及于2005 年12月16日申请，于2007年6月20日公开的第1982209号中国公开专利申请。所述扭转的碳纳米管线为采用一机械力将所述碳纳米管拉膜两端沿相反方向扭转获得。该扭转的碳纳米管线包括多个绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米管， 其扫描电镜照片请参见图5。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管 线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相 邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的比表面积减小，密度及强度 增大。所述碳纳米管膜可为碳纳米管絮化膜、碳纳米管碾压膜或碳纳米管拉膜。所述碳纳米管絮化膜包括多个相互缠绕且均勻分布的碳纳米管。所述碳纳米管之 间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构，以形成一自支撑的碳纳米管絮化膜，其 扫描电镜照片可参阅图6。所述碳纳米管絮化膜各向同性。所述碳纳米管絮化膜可通过对 一碳纳米管阵列絮化处理而获得，具体可参见范守善等人于2007年4月13日申请，并于 2008年10月15日公开的第CN101284662A号大陆公开专利申请。为节省篇幅，仅引用于 此，但所述申请中的所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。值得注意的是， 所述碳纳米管絮化膜并不限于上述制备方法。所述碳纳米管絮化膜的厚度为1微米至2毫 米。所述片状碳纳米管结构104可仅包括一层碳纳米管絮化膜，通过调节其厚度来确保其 具有较好的支撑性能。所述碳纳米管碾压膜包括多个碳纳米管无序排列、沿一个方向择优取向排列或沿 多个方向择优取向排列，相邻的碳纳米管通过范德华力结合。该碳纳米管碾压膜可以通过 采用一平面压头沿垂直于上述碳纳米管阵列生长的基底的方向挤压上述碳纳米管阵列而 获得，此时所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管无序排列，该碳纳米管碾压膜各向同性；所述 碳纳米管碾压膜也可以采用一滚轴状压头沿某一固定方向碾压上述碳纳米管阵列而获得， 此时所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管在所述固定方向择优取向排列；所述碳纳米管碾压 膜还可以采用滚轴状压头沿不同方向碾压上述碳纳米管阵列而获得，此时所述碳纳米管碾 压膜中的碳纳米管沿不同方向择优取向排列此时，所述碳纳米管碾压膜可包括多个部分， 每个部分中的碳纳米管沿一个方向择优取向排列，且相邻两个部分中的碳纳米管的排列方 向可不同。所述碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片请参阅图7。所述碳纳米管碾压膜的结 构及制备方法请参见范守善等人于2007年6月1日申请，于2008年12月3日公开的第 CN10131446A号大陆公开专利申请。为节省篇幅，仅引用于此，但所述申请中的所有技术揭 露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。所述的碳纳米管碾压膜的厚度为1微米至1毫 米。所述片状碳纳米管结构104可仅包括一层碳纳米管碾压膜，通过调节其厚度来实现其 具有较好的支撑性能。
请参见图8，所述碳纳米管拉膜是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳 纳米管沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的 整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳 纳米管拉膜的表面。进一步地，所述碳纳米管拉膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相 连。具体地，所述碳纳米管拉膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管 与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管拉膜中存在 少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的整体取 向排列构成明显影响。所述自支撑为碳纳米管拉膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对 两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管拉膜置于(或固定 于)间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管拉膜能够悬空 保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管拉膜中存在连续的通过范德华力首尾相 连延伸排列的碳纳米管而实现。 具体地，所述碳纳米管拉膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管并非绝对的直 线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因 此，不能排除碳纳米管拉膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间 可能存在部分接触。具体地，每一碳纳米管拉膜包括多个连续且择优取向排列的碳纳米管 片段。该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个基本相互 平行的碳纳米管，该多个基本相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管片 段具有任意的长度、厚度、均勻性及形状。该碳纳米管拉膜中的碳纳米管沿同一方向择优取 向排列。所述碳纳米管拉膜为从一碳纳米管阵列中拉取获得。根据碳纳米管阵列中碳纳米 管的高度与密度的不同，所述碳纳米管拉膜的厚度为0. 5纳米 100微米。所述碳纳米管 拉膜的宽度与拉取该碳纳米管拉膜的碳纳米管阵列的尺寸有关，长度不限。当片状碳纳米管结构104包括多个碳纳米管膜且每个碳纳米管膜中的碳纳米管 沿同一方向择优取向排列时，相邻两层碳纳米管膜中的碳纳米管的排列方向可相同或不 同。具体地，相邻的碳纳米管膜中的碳纳米管之间具有一交叉角度α，且该α大于等于0 度且小于等于90度。当片状碳纳米管结构中的多个碳纳米管膜中的碳纳米管之间具有一 交叉角度α且α不等于0度时，即多个碳纳米管膜交叉设置时，所述碳纳米管相互交织形 成一网状结构，使所述片状碳纳米管结构的机械性能增强。优选地，所述多个碳纳米管膜交 叉设置。可以理解，多个碳纳米管膜交叉设置并不要求任意两层相邻的碳纳米管膜均交叉 设置，即允许存在相邻两层碳纳米管膜中的多数碳纳米管的排列方向相同的情形，但优选 片状碳纳米管结构中存在至少两层碳纳米管膜中的多数碳纳米管的排列方向之间的交叉 角度大于ο度且小于等于90度。本实施例中，所述透射电镜微栅10由所述支撑环102及片状碳纳米管结构104组 成。该支撑环102为铜环。所述片状碳纳米管结构104由多个碳纳米管线状结构采用平纹 编织法制备。所述片状碳纳米管结构104的直径为3毫米。所述片状碳纳米管结构104的 周边通过所述支撑环102中的支撑环本体102a及延伸部102b固定。本发明实施例提供的透射电镜微栅10由所述支撑环102及片状碳纳米管结构104 组成，所述片状碳纳米管结构104仅周边通过所述支撑环102支撑，无需金属网格，且片状碳纳米管结构104为纯碳纳米管结构，较为纯净，可有效消除传统微栅中位于被测样品下方的金属网格对被测样品成份分析时的干扰，从而有利于提高采用透射电镜10进行成份 分析时的精确度。此外，由于本实施例中的透射电镜微栅10中的片状碳纳米管结构104被 所述支撑环102中的支撑环本体102a及延伸部102b固定，因此，在使用一镊子等移动该 透射电镜微栅10时，镊子可直接夹持所述延伸部102b，避免镊子与所述片状碳纳米管结构 104直接接触，从而可避免由于片状碳纳米管结构104的质量较轻而引起该片状碳纳米管 结构104的飘移，同时也减少了镊子对片状碳纳米管结构104的污染，进而有利于提高采用 透射电镜对样品进行成分分析时的精确度及分辨率。本实施例透射电镜微栅10在应用时，待观察的材料样品承放在所述片状碳纳米 管结构104表面。当所述材料样品的尺寸大于所述片状碳纳米管结构104的微孔106时，所 述微孔106可以支持该材料样品。可通过微孔106观测该材料样品。而当所述材料样品的 尺寸小于所述微孔106时，所述材料样品可通过片状碳纳米管结构104中的碳纳米管的吸 附作用被稳定地吸附在碳纳米管管壁表面，此时，亦可通过所述微孔106观测该材料样品。请参阅图9，本发明还提供一种上述透射电镜微栅10的制备方法，该方法可包括 以下步骤步骤一提供一支撑环102。所述支撑环102为圆环状，其直径约为3毫米。所述支撑环102的截面可为方形、 圆形、半圆形或梯形等形状。所述支撑环102的材料可为金属或陶瓷等。所述金属包括铜、 钼或镍等。本实施例中，所述支撑环102为铜环，请参见图2，所述支撑环102包括一支撑环本 体102a和四个延伸部102b。所述支撑环本体102a和四个延伸部102b可为一体结构。所 述支撑环本体102a可具有一平整表面102c。所述延伸部102b从支撑环本体102a的平整 表面102c向外延伸，其延伸方向为沿延伸处与支撑环本体102a所在圆环的圆心的连线方 向即半径方向。优选地，所述延伸部102b与支撑环本体102a位于同一平面内。所述延伸 部102b的材料优选为具有较好的弯折性能的材料，以可实现所述延伸部102b朝支撑环本 体102a圆心(支撑环本体102a所在圆环的圆心)的方向的弯折，进而固定碳纳米管结构 104于所述支撑环本体102a与延伸部102b之间。本实施例中的延伸部102b的材料与支撑 环本体102a的材料相同，均为铜。步骤二 提供一片状碳纳米管结构预制体，铺设所述片状碳纳米管结构预制体于 所述支撑环102。所述片状碳纳米管结构预制体可由至少一碳纳米管线状结构编织而成或由至少 一碳纳米管膜组成。所述碳纳米管膜可为至少一碳纳米管拉膜、一碳纳米管碾压膜或一碳纳米管絮化 膜。当所述片状碳纳米管结构预制体由多个碳纳米管拉膜组成时，所述片状碳纳米管结构 预制体可通过对多个碳纳米管拉膜层叠且交叉设置而形成。该碳纳米管拉膜为从一碳纳米 管阵列中直接干法拉取获得。所述碳纳米管拉膜的制备方法可包括以下步骤提供一碳纳 米管阵列以及从上述碳纳米管阵列中抽取获得至少一具有一定宽度和长度的碳纳米管膜。所述层叠且交叉设置多个碳纳米管拉膜的步骤可具体包括以下步骤首先，提供 一基体。该基底具有一平整表面，其材料不限。本实施例中，该基底可为一陶瓷片。其次，将上述碳纳米管拉膜依次层叠且交叉铺设在所述基体表面。由于碳纳米管较为纯净且具有较大的比表面积，故从碳纳米管阵列直接拉取获得的碳纳米管拉膜具有较好的粘性。所述 碳纳米管拉膜可直接铺设在基体表面或另一碳纳米管拉膜表面。所谓层叠且交叉设置即在 层叠设置的碳纳米管拉膜中，多个碳纳米管拉膜中的碳纳米管之间具有一交叉角度α且 α不等于O度。相邻两层碳纳米管拉膜之间通过范德华力紧密结合。所述碳纳米管线状结构可由至少一碳纳米管线组成。当所述碳纳米管线状结构由 多个碳纳米管线组成时，所述碳纳米管线状结构为多个碳纳米管线平行设置组成的一束状 结构或多个碳纳米管线相互扭转组成的一绞线结构。所述碳纳米管线由若干碳纳米管组 成，所述碳纳米管线中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。所述碳纳米管线可为一扭 转的碳纳米管线或一非扭转的碳纳米管线。所述片状碳纳米管结构预制体可由多个碳纳米 管线状结构采用平纹编织法编织而形。本实施例中，所述片状碳纳米管结构预制体由多个碳纳米管线状结构采用平纹编 织法编织而成。所述碳纳米管线状结构包括多个碳纳米管线平行设置组成的一束状结构。 所述碳纳米管线及其制备方法请参见范守善等人于2002年9月16日申请的，于2008年8 月20日公告的第100411979号中国公告专利，以及于2005年12月16日申请，于2007年 6月20日公开的第1982209号中国公开专利申请。所述片状碳纳米管结构预制体可直接铺设在所述支撑环102表面。当所述支撑环 102具有一平整表面时，所述片状碳纳米管结构预制体可直接铺设在所述支撑环102的平 整表面。本实施例中，所述片状碳纳米管结构预制体可直接铺设于所述支撑环本体102a的 平整表面102c。步骤三按预定尺寸切割所述片状碳纳米管结构预制体，形成所述片状碳纳米管 结构104。所述按预定尺寸切割所述片状碳纳米管结构预制体的步骤具体包括以下步骤提 供一聚焦激光束；将该聚焦激光束照射至所述片状碳纳米管结构预制体表面；以及按照支 撑环的形状即支撑环本体102a外周沿进行切割，切割后的片状碳纳米管结构104的周边通 过所述支撑环102支撑，片状碳纳米管结构104的中心部分悬空设置。具体地，所述片状碳 纳米管结构104的周边固定于所述支撑环本体102a与至少一延伸部102b之间。本实施例 中，激光束可通过传统的氩离子激光器或二氧化碳激光器产生，其功率为5 30瓦(W)，优 选为18W。具体地，该激光束可通过一透镜聚焦后从正面直接照射在上述片状碳纳米管结构 预制体表面，可以理解，该激光束可采用垂直照射或倾斜照射聚焦于所述片状碳纳米管结 构预制体表面。所述片状碳纳米管结构预制体可吸收激光束的能量从而与空气中的氧发生 反应并分解，从而使具有预定尺寸的片状碳纳米管结构预制体与其它部分断开。本实施例 中，切割后所形成的片状碳纳米管结构104为圆片状，其周边固定于所述支撑环本体102a 与至少一延伸部102b之间，所形成的片状碳纳米管结构104的直径约为3毫米。上述切割步骤可采用固定所述片状碳纳米管结构预制体，移动激光束；或固定激 光束，移动所述片状碳纳米管结构预制体的方式来实现。本实施例并不限于上述激光处理 方法，现有技术中的其它方法，如物理或化学刻蚀法，同样可用于切割所述片状碳纳米管结 构预制体。步骤四固定所述片状碳纳米管结构104于所述支撑环102。
所述片状碳纳米管结构104可通过粘结剂、范德华力，采用机械方式，或上述任意 两种或多种方式的结合固定于所述支撑环102。当采用粘结剂方式固定时，进一步包括在铺设所述片状碳纳米管结构预制体于所 述支撑环表面之前，涂覆一层粘结剂于所述支撑环的表面，以及在切割所述片状碳纳米管 结构预制体，形成一片状碳纳米管结构104之后，固化所述粘结剂，进而固定所述片状碳纳 米管结构104于所述支撑环102。当采用范德华力方式固定时，所述片状碳纳米管结构104可通过自身的粘性或通 过有机溶剂处理直接铺设于所述支撑环102的表面。当采用有机溶剂处理方式固定时，所 述有机溶剂优选为挥发性有机溶剂，此时，可将挥发性有机溶剂滴落在铺设有片状碳纳米 管结构104的支撑环102表面，在挥发性有机溶剂的作用下，片状碳纳米管结构104通过范 德华力更紧密地贴合固定在所述支撑环102的表面，实现固定。可以理解，所述片状碳纳米 管结构104与所述支撑环102之间的固定并不限于上述方式。本实施例中，可通过将所述四个延伸部102b朝支撑环102圆心的方向弯折，使其 覆盖位于支撑环本体102a的平整表面102c的片状碳纳米管结构104，来实现片状碳纳米管 结构104固定于所述支撑环本体102a与四个延伸部102b之间。进一步地，可采用有机溶剂处理所述片状碳纳米管结构预制体或片状碳纳米管结 构104的步骤。该有机溶剂为常温下易挥发的有机溶剂，可选用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷 和氯仿中一种或者几种的混合，本实施例中的有机溶剂采用乙醇。该有机溶剂应与该碳纳 米管具有较好的润湿性。该使用有机溶剂处理的步骤具体为通过试管将有机溶剂滴落在 片状碳纳米管结构预制体或片状碳纳米管结构104表面，或将固定后的片状碳纳米管结构 104与支撑环102浸入盛有有机溶剂的容器中浸润。有机溶剂处理后，片状碳纳米管结构预 制体或片状碳纳米管结构104中部分相邻的碳纳米管会聚集形成碳纳米管束，片状碳纳米 管线状结构表面具有自由端的碳纳米管会贴合在碳纳米管线状结构表面。当所述片状碳纳 米管结构104包括多个碳纳米管拉膜，且相邻两层碳纳米管拉膜中的碳纳米管具有一交叉 角度0，且0<0 <90°时，有机溶剂处理后的碳纳米管拉膜中的碳纳米管束相互交叉， 从而形成多个微孔106。该微孔106的尺寸小于10微米。可以理解，进一步地，通过有机 溶剂处理还可使该片状碳纳米管结构预制体或片状碳纳米管结构104与支撑环102结合紧 密，从而使该片状碳纳米管结构预制体或片状碳纳米管结构104更牢固地固定在该支撑环 102 上。可以理解，上述步骤可通过铺设一较大尺寸的片状碳纳米管结构预制体于多个支 撑环102表面，并按支撑环102的形状即支撑环本体102a的外周沿切割所述片状碳纳米管 结构预制体，来实现快速批量生产透射电镜微栅10。 本发明实施例提供的透射电镜微栅及其制备方法具有以下优点其一，所述透射 电镜微栅由一支撑环及一片状碳纳米管结构组成，片状碳纳米管结构仅周边通过所述支撑 环固定，无需金属网格，且片状碳纳米管结构为纯碳纳米管结构，可有效消除传统微栅中的 位于被测样品下方的金属网格对被测样品成份分析时的干扰，从而有利于提高采用透射电 镜进行成份分析时的精确度。其二，由于本发明实施例透射电镜微栅中的片状碳纳米管结 构被所述支撑环中的支撑环本体及延伸部固定，因此，在使用镊子等移动该透射电镜微栅 时，镊子可直接夹持所述延伸部，避免镊子与所述片状碳纳米管结构直接接触，从而可避免由于片状碳纳米管结构的质量较轻而引起该片状碳纳米管结构的飘移，同时也减少了镊子 对片状碳纳米管结构的污染，进而有利于提高采用透射电镜对样品进行成分分析时的精确 度及分辨率。其三，本发明实施 例提供的透射电镜微栅通过提供一支撑环及一片状碳纳米 管结构预制体，将该片状碳纳米管结构预制体铺设于所述支撑环，及将切割后的片状碳纳 米管结构预制体固定于支撑环来制备，无需蒸镀过程，因此，制备方法较为简单。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精 神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
一种透射电镜微栅，其特征在于，该透射电镜微栅包括一支撑环及一片状碳纳米管结构，该片状碳纳米管结构的周边通过所述支撑环固定，该片状碳纳米管结构为一多孔结构。
2.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述支撑环的截面为方形、圆形、 半圆形或梯形。
3.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述支撑环的材料为金属或陶瓷。
4.如权利要求3所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述金属为铜、钼或镍。
5.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述支撑环具有一平整表面，所述 片状碳纳米管结构直接贴合固定于所述支撑环的平整表面。
6.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述片状碳纳米管结构通过粘结 齐U、范德华力、机械方式或上述方式的任意结合固定于所述支撑环。
7.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述支撑环由支撑环本体和至少 一延伸部组成，所述片状碳纳米管结构固定于所述支撑环本体和至少一延伸部之间，且所 述支撑环本体和至少一延伸部为一体结构。
8.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述片状碳纳米管结构为自支撑 结构，所述支撑环围成一通孔，位於该通孔处的片状碳纳米管结构悬空设置。
9.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述片状碳纳米管结构由至少一 个碳纳米管线状结构编织而成。
10.如权利要求9所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述碳纳米管线状结构为一个碳 纳米管线、多个碳纳米管线并排设置形成的一束状结构或多个碳纳米管线相互扭转形成的 一绞线结构。
11.如权利要求10所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述碳纳米管线为从碳纳米管 阵列中直接干法拉取获得，所述碳纳米管线由若干碳纳米管组成，若干碳纳米管沿同一方 向择优取向排列，所述碳纳米管线中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。
12.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述片状碳纳米管结构由至少一 层碳纳米管膜构成。
13.如权利要求12所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述碳纳米管膜由若干碳纳米 管组成，若干碳纳米管沿同一方向择优取向排列，且所述碳纳米管膜中多数碳纳米管是通 过范德华力首尾相连。
14.如权利要求1所述的透射电镜微栅，其特征在于，所述片状碳纳米管结构具有多个 微孔，微孔的孔径为1微米 200微米。
全文摘要
本发明涉及一种透射电镜微栅，其中，该透射电镜微栅包括一支撑环及一片状碳纳米管结构，该片状碳纳米管结构的周边通过所述支撑环固定，该片状碳纳米管结构为一多孔结构。
文档编号H01J37/20GK101866804SQ20101014678
公开日2010年10月20日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者冯辰, 刘亮, 潜力, 王昱权, 范立 申请人:北京富纳特创新科技有限公司