一维材料的局部定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种一维材料的局部定位方法。该方法通过先在一维材料表面形成由包裹材料形成的包裹层，使其在观测条件下可见；之后去除一维材料上待定位的局部包裹层，从而在一维材料上形成包裹段和对应于局部的裸露段，该包裹段的一维材料在观测条件下可见，裸露段的一维材料暴露于周围环境中在观测条件下不可见，以此可见的包裹段作为定位标记对不可见的裸露段进行定位，方便了后续如测定一维材料的热导率等操作。与现有的技术相比较，本发明提供了一种可逆地实现一维材料在光学显微镜下可见的方法，并利用该方法对一维材料进行操作，使得一维材料的实际应用更加广泛。该方法简单实用、效果可逆，且恢复原貌后不会影响材料本身的物理性能。
【专利说明】一维材料的局部定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及纳米材料【技术领域】，尤其是涉及一种一维材料的局部定位方法。
【背景技术】
[0002] -维材料，尤其是一维纳米材料，是一种在两个几何维度上尺寸极小而在另一个 几何维度上尺寸接近或达到宏观水平的材料。这种材料具有一些宏观材料所不具备的特殊 的优良介观性能，如对结构高度敏感的优异电学性能、优于宏观材料的热学、光学性能等。 因此，这种材料具有广阔的应用前景。
[0003] 然而由于其极小的尺寸，表征其形貌只能借助于扫描电子显微镜甚至透射电子显 微镜等昂贵设备，且步骤繁琐，对样品制作过程和样品性质要求很高。在应用或者表征时有 效的操控也同样是十分困难的。所以就亟需一种使得一维材料在光学显微镜下可见化的方 法。目前虽然已有一些一维材料可见化方法被报道，但目前所存在的方法操作复杂且不可 逆，容易导致一维材料丧失本身特有的优异性能。
[0004] 一维材料本身的物理性能的准确测定对于这种材料的应用是必不可少的。而这种 材料的热学、光学等物理性能的测定一直比较困难。比如在热学中热导率的测量，需要得到 被测物质在特定位置的准确温度，或者某一个截面通过的热功率值。另外，对于横截面积极 小的一维材料，还需要定位精度能精确到至少微米级别，用传统的红外测温仪很难实现如 此小的探测精度和空间精度。另一方面，一维材料本身极小的尺寸导致其热容量极小。使 用传统的接触式测温方法时，当宏观尺度温度探针接触材料的时候也就导致材料本身的温 度产生了巨大的变化，严重影响一维材料的热学状态，阻碍热学性质的测量。另外宏观的物 体触碰一维材料也容易导致一维材料发生破损，破坏被测一维材料的物理性能，并且测量 过程操作难度也很大。所以对于一维材料热学性能的测定亟需一种非接触式的、空间精度 准确的方法。
[0005] 另外，一维材料较小的尺寸也导致所测的热学信号都是微弱的，这对于测量仪器 要求较高，对测量用器件的设计和制备过程的要求也十分苛刻，所以如果有一种材料的热 学信号可以自己表现出来，而用另一种方法简单探测这种自己表现出来的热敏感的反应， 会在实验上大有裨益。
[0006] 在光学性能测定方面，由于一维材料极小的尺寸导致与光相互作用区域很小，所 以吸收截面、散射截面很小，根据已有的实验设备要准确探知一维材料的光学信号过程复 杂且所需设备昂贵。而一维材料本身的光致热现象是一种材料与光相互作用后自发产生的 响应信号，且这种热响应随着光强度和偏振的改变而改变，既可以降低测定过程中对于聚 焦情况、光强波动等实验因素的要求，还能反应材料本身对于光的不同的响应特征。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的旨在提供一种一维材料的局部定位方法，该方法通过对不可见一维 材料进行包裹易挥发物质而使其可见，进而对不可见的局部进行定位，简单实用且效果可 逆。
[0008] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种一维材料的局部定位方 法，用于在一观测条件下对一维材料的局部进行定位，以便对一维材料的局部进行所需的 后续操作，其中，一维材料自身在观测条件下不直接可见；该方法包括步骤：
[0009] 沿一维材料在一维材料的表面上形成一包裹层，以使得一维材料及其上的包裹层 整体上在观测条件下可见；其中，包裹层由可从一维材料去除的包裹材料形成；将一维材 料的需定位的局部处的包裹层去除，从而在一维材料上形成包裹段和对应于局部的裸露 段，其中，在包裹段处，一维材料保持被包裹层包裹，从而使得包裹段在观测条件下可见；在 裸露段处，一维材料直接暴露于周围环境中而在观测条件下不可见；由此能够利用可见的 包裹段作为定位标记对不可见的裸露段进行定位。
[0010] 进一步地，一维材料的局部定位方法还包括：将一维材料放置在含有包裹材料的 前驱体的沉积环境中；和调节沉积环境的参数，以使得前驱体物理地或化学地沉积在一维 材料的表面，以形成包裹层。
[0011] 进一步地，包裹材料的前驱体为包裹材料的气态形式，调控沉积环境的参数包括 降低沉积环境的温度，以使得前驱体以液态或固态形式凝结在一维材料的表面上。
[0012] 进一步地，包裹材料为易受热挥发材料；一维材料的局部定位方法还包括：对一 维材料的需定位的局部进行加热，以去除局部表面处的包裹层。
[0013] 进一步地，包裹材料为冰或干冰等物质。
[0014] 进一步地，沉积环境可以为由包裹材料的前驱体形成的溶液。
[0015] 进一步地，前驱体为分布在溶液中的有机物或者为游离在溶液中的离子；可选地， 离子为盐离子；进一步可选地，溶液为水溶液。
[0016] 进一步地，包裹材料为易挥发材料。
[0017] 进一步地，包裹材料为易受热挥发材料；一维材料的局部定位方法还包括：对一 维材料的需定位的局部进行加热，以去除局部处的包裹层。
[0018] 进一步地，一维材料为一维纳米材料，观测条件为用光学显微镜对一维材料进行 观测。
[0019] 进一步地，一维材料的局部定位方法还包括：在对一维材料的局部进行后续操作 之后，去除包裹段的包裹层。
[0020] 进一步地，后续操作包括测定一维材料的热导率。
[0021] 进一步地，热导率的测定包括：加热一维材料直至使其达到热稳定平衡状态；获 得一维材料上的第一和第二参考点处的位置和在热稳定平衡状态下的温度；其中，第一参 考点为包裹段与裸露段的邻接处的邻接点；第二参考点选自裸露段不同于邻接点的另一参 考点；根据第一和第二参考点处的位置和温度并基于预先建立的热导率与第一和第二参考 点处的位置和温度的计算关系来计算以获得热导率。
[0022] 进一步地，加热一维材料直至使其达到热稳定平衡状态的步骤与将一维材料的局 部处的包裹层去除的步骤为同一步骤。
[0023] 进一步地，计算关系通过将裸露段和包裹段各自对应的一维稳态热扩散方程进行 关联来建立。
[0024] 进一步地，根据一维材料在邻接点处的温度的可微性来关联裸露段和包裹段的一 维稳态热扩散方程。
[0025] 进一步地，第一和第二参考点的位置和温度作为裸露段的一维稳态热扩散方程的 两个边界条件；第一参考点的位置和温度作为包裹段的一维稳态热扩散方程的两个边界条 件中的一个。
[0026] 进一步地，包裹段的一维稳态热扩散方程的两个边界条件中的另一个基于一维材 料在无穷远处的温度为周围环境的温度来设定。
[0027] 进一步地，计算关系为：
【权利要求】
1. 一维材料的局部定位方法，用于在一观测条件下对所述一维材料的局部进行定位， 以便对所述一维材料的所述局部进行所需的后续操作，其中，所述一维材料自身在所述观 测条件下不直接可见；所述方法包括步骤： 沿所述一维材料在所述一维材料的表面上形成一包裹层，以使得所述一维材料及其上 的所述包裹层整体上在所述观测条件下可见；其中，所述包裹层由可从所述一维材料去除 的包裹材料形成； 将所述一维材料的需定位的所述局部处的所述包裹层去除，从而在所述一维材料上形 成包裹段和对应于所述局部的裸露段，其中，在所述包裹段处，所述一维材料保持被所述包 裹层包裹，从而使得所述包裹段在所述观测条件下可见；在所述裸露段处，所述一维材料直 接暴露于周围环境中而在所述观测条件下不可见；由此能够利用可见的所述包裹段作为定 位标记对不可见的所述裸露段进行定位。
2. 根据权利要求1所述的局部定位方法，其特征在于，还包括： 将所述一维材料放置在含有所述包裹材料的前驱体的沉积环境中；和 调控所述沉积环境的参数，以使得所述前驱体物理地或化学地沉积在所述一维材料的 表面，以形成所述包裹层。
3. 根据权利要求2所述的局部定位方法，其特征在于，所述包裹材料的所述前驱体为 所述包裹材料的气态形式，调控沉积环境的参数包括降低所述沉积环境的温度，以使得所 述前驱体以液态或固态形式凝结在所述一维材料的表面上。
4. 根据权利要求2或3所述的局部定位方法，其特征在于，所述包裹材料为易受热挥发 材料；所述方法还包括： 对所述一维材料的需定位的所述局部进行加热，以去除所述局部处的所述包裹层。
5. 根据权利要求3-4中任一项所述的局部定位方法，其特征在于，所述包裹材料为冰 或干冰等物质。
6. 根据权利要求3所述的局部定位方法，其特征在于，所述沉积环境为由所述包裹材 料的所述前驱体形成的溶液。
7. 根据权利要求6所述的局部定位方法，其特征在于，所述前驱体为分布在所述溶液 中的有机物或者为游离在所述溶液中的离子；可选地，所述离子为盐离子；进一步可选地， 所述溶液为水溶液。
8. 根据权利要求6或7所述的局部定位方法，其特征在于，所述包裹材料为易挥发材 料。
9. 根据权利要求8所述的局部定位方法，其特征在于，所述包裹材料为易受热挥发材 料；所述方法还包括： 对所述一维材料的需定位的所述局部进行加热，以去除所述局部处的所述包裹层。
10. 根据权利要求1_9中任一项所述的局部定位方法，其特征在于，所述一维材料为一 维纳米材料，所述观测条件为用光学显微镜对所述一维材料进行观测。
11. 根据权利要求1-10中任一项所述的局部定位方法，其特征在于，还包括： 在对所述一维材料的所述局部进行定位操作后，去除所述包裹段上的所述包裹层。
12. 根据权利要求1-11中任一项所述的局部定位方法，其特征在于，所述后续操作包 括测定所述一维材料的热导率。
13. 根据权利要求12所述的局部定位方法，其特征在于，所述热导率的测定包括： 加热所述一维材料直至使其达到热稳定平衡状态； 获得所述一维材料上的第一参考点和第二参考点处的位置和在所述热稳定平衡状态 下的温度；其中，所述第一参考点为所述包裹段与所述裸露段的邻接处的邻接点；所述第 二参考点选自所述裸露段不同于所述邻接点的另一参考点； 根据所述第一参考点和第二参考点处的位置和温度并基于预先建立的所述热导率与 所述第一参考点和第二参考点处的位置和温度的计算关系来计算以获得所述热导率。
14. 根据权利要求13所述的局部定位方法，其特征在于，加热所述一维材料直至使其 达到热稳定平衡状态的步骤与将所述一维材料的所述局部处的所述包裹层去除的步骤为 同一步骤。
【文档编号】G01N1/36GK104359941SQ201410682661
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】张霄, 周维亚, 解思深 申请人:中国科学院物理研究所