纳米电极及其制备方法
【专利摘要】根据本发明的一种纳米电极包括：具有突出的探针的主体，附接到探针的纳米线，以及围绕所述纳米线且包括开口的绝缘膜，所述纳米线的上表面通过所述开口被露出。
【专利说明】纳米电极及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米电极，且尤其是探针式纳米电极，以及所述电极的制备方法。
【背景技术】
[0002]零件和具有细小尺寸的设备已经发展起来，连同纳米图像分析设备的发展，纳米图像分析设备的实例包括原子力显微镜(ATM)、扫描隧道显微镜以及类似物。
[0003]在这些实例之中，在原子力显微镜中，金字塔形的尖锐探针在被称为悬臂的小杆的末端形成，且原子力显微镜的图像分辨率和重现性根据探针的形状和尺寸被确定。
[0004]探针的末端可以通过使用如蚀刻的方法变尖锐，但是通过使用蚀刻不容易控制探针的尺寸和形状，此外，此方法可应用的材料是有限的。
[0005]最近，为了使探针的末端变尖锐，已经开发出通过附接纳米管到探针末端来使用探针的技术。
[0006]像这样，随着探针的尺寸减小到纳米尺寸，探针可以通过分析细微区域中的电化学反应而被用在功能性的原子力显微镜、扫描隧道显微镜或类似物中。
[0007]为了在细微区域内，特别是在包括液体的区域内检测电反应和化学反应，只有当电极的尺寸被最小化时，精确地测量才是可行的。
[0008]在背景部分中公开的上述信息只是为了加强本发明背景的理解，因此其可以包括并不构成对该国的本领域技术人员是众所周知的现有技术的信息。
[0009]公开内容
[0010]技术问题
[0011]然而，减小电极的尺寸是不容易的，且形成纳米尺寸的电极是更困难的。
[0012]因此，本发明被努力地作出以提供一种纳米电极及其制备方法，其中电极被制备达到几百纳米级别以精确地测量细微区域的电化学反应。
[0013]技术方案
[0014]本发明的示例性实施方案提供了一种纳米电极，其包括:具有突出的探针的主体，
[0015]附接到探针的纳米线和围绕纳米线且包括开口的绝缘膜，纳米线的上表面通过开口被露出。
[0016]纳米电极还可以包括位于纳米线的上表面上的电极，且电极可以由金、钼、铝或镍中的任意一种形成。
[0017]绝缘膜可以包括聚对二甲苯、氮氧化物膜和电泳漆中的至少一种。
[0018]本发明的另一个示例性实施方案提供了一种制备纳米电极的方法，包括:制备包括探针的主体，附接纳米线到探针的末端，在纳米线上形成绝缘膜，以及切割纳米线和绝缘膜以露出纳米线的横截面并从而形成横截面电极。
[0019]所述方法还可以包括在纳米线的横截面上形成电极，且电极可以通过电镀形成。
[0020]所述电镀可以由金、钼、铝或镍中的任意一种来形成。
[0021 ] 所述绝缘膜可以由聚对二甲苯、氮氧化物膜或电泳漆形成。[0022]所述纳米线可以由碳纳米管或导电聚合物形成。
[0023]所述导电聚合物可以包括聚吡咯或聚苯胺。
[0024]所述切割可以通过聚焦离子束实施。
[0025]所述纳米线的附接通过介电泳方法实施。
[0026]有益效果
[0027]如果纳米电极是根据本发明形成的，由于只有探针的上部可以被选择性地用作电极，因此精确地测量精细区域的电化学反应是可能的。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为根据本发明的示例性实施方案的纳米电极的横截面图；
[0029]图2为用于说明用于形成图1中的纳米电极的制备方法的流程图；
[0030]图3至图7是根据图2中的次序，在形成图1中的纳米电极的每个过程中的扫描电子显微镜(SEM)照片；
[0031]图8为通过测量根据本发明的示例性实施方案所形成的纳米电极的CV(循环伏安)获得的曲线图。
[0032]<附图标记说明>
[0033]100:主体 2OO:探针
[0034]300:纳米线 400:绝缘膜
[0035]500:电极
[0036]发明方式
[0037]参考附图，在下文中将更充分地描述本发明，其中本发明的示例性实施方案被示出。本领域的技术人员应认识到，所描述的实施方案可以以各种不同的方式修改，所有这些都不脱离本发明的精神和范围。
[0038]图中，为了清楚，层、膜、面板、区域等等的厚度被夸大。贯穿于说明书中，同样的附图标记指定同样的元件。应理解，当元件如层、膜、区域或基材被称为在另一个元件“上”，它可以直接在另一个元件上或介于中间的元件也是可以存在的。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”，不存在介于中间的元件。
[0039]在下文中，本发明的纳米电极和制备它的方法将参考附图在下面详细说明。
[0040]图1为示意性地示出根据本发明的示例性实施方案的纳米探针的形状的横截面图。
[0041]如图1所示，根据本发明的纳米电极包括主体100、从主体100突出的探针200、附接到探针200末端的纳米线300、围绕纳米线300的绝缘膜400以及在纳米线300的上表面上形成的纳米电极500。
[0042]主体100是附接有探针的部分，且其可以是原子力显微镜的悬臂。
[0043]探针200沿垂直于主体100的方向突出，且其可以是钨尖端或原子力显微镜的具有金字塔形状的尖端，该尖端的宽度朝向末端是减小的。
[0044]纳米线300可以由碳纳米管或导电聚合物形成，且导电聚合物的实例包括聚吡咯和聚苯胺。
[0045]纳米线具有杆状的形状，且纳米线的末端被附接到探针的末端以增加突出的探针的长度，这样使探针的末端变得更尖锐。纳米线300具有几十纳米到几百纳米的直径。
[0046]绝缘膜400围绕纳米线300的侧壁，且包括切口部分，通过该切口部分纳米线300的上表面被露出。
[0047]绝缘膜400可以由绝缘材料形成，例如聚对二甲苯、电泳漆、氮化硅膜和硅氧化物膜。绝缘膜可以由单层形成，但是为了解决包括在绝缘膜上的小孔、缺陷以及类似物，可以由多层形成。例如，在一层聚对二甲苯层形成后，一层电泳漆层可以进一步被形成。
[0048]电极500被置于探针200的上表面上且可以由金属形成，其中电镀可以用金、钼、铝、镍以及类似物来实施。可以考虑待测量部分的特性来选择形成电极的此金属，例如与电极的接触特性、待测量部分的面积、电极的稳定性和成本以及类似特性。
[0049]电极500可以形成200nm或更小的尺寸，尺寸根据纳米线300的横截面的直径来改变。
[0050]参考图2?6，将具体说明形成上述纳米电极的方法。
[0051]图2是用于说明用于形成图1中的纳米电极的制备方法的流程图，图3?7是根据图2中的次序，在形成图1中的纳米电极的每个过程中的扫描电子显微镜(SEM)照片。
[0052]首先，制备包括探针200的主体IOO(SlO)。探针可以通过电化学蚀刻钨丝或在主体100上沉积氮化硅膜并蚀刻氮化硅膜以便具有尖端形状，然后沉积金属来形成。
[0053]接着，如图3所示，纳米线300被附接至探针200的末端(S20)。在这种情况下，图3上端的图像通过附接纳米线到用于扫描探针显微镜(SPM)的探针获得，而图3下端的图像通过附接纳米线到用于原子力显微镜(AFM)的探针获得。
[0054]纳米线300可以通过如介电泳法被附接到探针，其中强电场被施加到包括碳纳米管或导电聚合物(例如，聚吡咯和聚苯胺)的溶液中。
[0055]随后,如图4所示,绝缘材料沉积覆盖纳米线300,这样形成绝缘膜400 (S30)。绝缘材料可以通过化学气相沉积法或通过将纳米线浸溃到液体型的绝缘材料中以用绝缘材料涂覆纳米线的外壁来形成。
[0056]由于纳米电极的尺寸根据绝缘膜400的厚度而变化，因而纳米电极的尺寸可以通过减小绝缘膜的厚度来减小。当绝缘膜400的厚度被减小时，纳米电极的尺寸被减小，但是纳米电极的绝缘特性被减弱，因此优选的是，绝缘膜400形成500nm或更厚的厚度，以便保持绝缘特性。
[0057]接着，通过切割绝缘膜400，纳米线300的横截面被露出(S40)。
[0058]切割可以通过使用诸如激光的聚焦高能束而使用聚焦离子束(FIB)或使用若探针被连接到纳米线的两侧的状态时施加电流所产生的电阻热来实施，或纳米线可以通过将纳米线定位在热的线上以通过热的线的热量移除绝缘膜被切割。
[0059]图5和图6为通过使用聚焦离子束实施切割的情况的图片，其中电流值为50pA且切割进行I分钟。参考图5和图6,可以确认在切口部分,纳米线的横截面被露出。
[0060]随后，如图7所示，纳米电极由在纳米线300的横截面上通过电镀形成电极500而完成(S50)。由于电镀只在纳米线的横截面上实施，因而电极被形成为比绝缘膜突出。
[0061]电镀可以由金、钼、铝、镍或类似物形成。在本发明的示例性实施方案中，电镀在IOmM的K2PtCl4溶液中实施2分钟。
[0062]如同本发明的示例性实施方案，通过图8可以看出，纳米电极可以用作电极。[0063]图8为通过测量根据本发明的示例性实施方案所形成的纳米电极的CV(循环伏安)获得的曲线图。在这种情况下，IOmM铁氰化物化合物和0.5M KCl的混合溶液被用作上述溶液，混合溶液的氧化还原反应发生在-0.4V到-0.3V。
[0064]如图8所示，能够看出，如果通过使用混合溶液测量CV，则发生混合溶液的氧化还原反应。
[0065]因此，根据本发明的纳米电极可以用作测量电化学反应的电化学电极。
[0066]虽然本发明已结合目前被认为是实际的示例性实施方案进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的实施方案，而是相反地，意在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种变化和等同布置。
【权利要求】
1.一种纳米电极,包括:主体，其具有突出的探针，纳米线，其附接到所述探针，以及绝缘膜，其围绕所述纳米线且包括开口，所述纳米线的上表面通过所述开口被露出。
2.如权利要求1所述的纳米电极，还包括:电极，其被置于所述纳米线的上表面上。
3.如权利要求1所述的纳米电极，其中:所述电极由金、钼、铝、钨、铜或镍中的任意一种形成。
4.如权利要求1所述的纳米电极，其中:所述绝缘膜包括聚对二甲苯、氮氧化物膜和电泳漆中的至少一种。
5.一种制备纳米电极的方法，包括:制备包括探针的主体，附接纳米线到所述探针的末端，在所述纳米线上形成绝缘膜，以及切割所述纳米线和所述绝缘膜以露出所述纳米线的横截面，并从而形成横截面电极。
6.如权利要求5所述的方法，还包括:在所述纳米线的所述横截面上形成电极。
7.如权利要求6所述的方法，其中:所述电极通过电镀形成。
8.如权利要求7所述的方法，其中:所述电镀由金、钼、铝或镍中的任意一种形成。
9.如权利要求5所述的方法，其中:所述绝缘膜由聚对二甲苯、氮氧化物膜或电泳漆形成。
10.如权利要求5所述的方法，其中:所述纳米线由碳纳米管或导电聚合物形成。
11.如权利要求10所述的方法，其中:所述导电聚合物包括聚吡咯或聚苯胺。
12.如权利要求5所述的方法，其中:所述切割通过聚焦离子束实施。
13.如权利要求5所述的方法，其中:所述纳米线的附接通过介电泳方法实施。
【文档编号】G01Q60/24GK104011549SQ201280064051
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年10月22日 优先权日:2011年10月24日
【发明者】林根培, 安泰昶, 李银珠 申请人:浦项工科大学校产学协力团