一种观测纳米结构表面电荷分布的方法

摘要

本发明公开了一种观测纳米结构表面电荷分布的方法，包括以下步骤：S1，提供一待测样品，该待观测样品设置于一绝缘基底表面；S2，在该待测样品的表面及周边形成一层带电纳米微粒；S3，向该待测样品表面通入蒸气；以及S4，利用光学显微镜观测所述带电纳米微粒在所述待测样品周边的分布情况，判断所述待测样品的表面电荷分布。利用本发明提供的方法可以更加高效、简便、低成本的获得纳米结构表面电荷分布情况。

权利要求

1.一种观测纳米结构表面电荷分布的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，提供一待测样品，该待测样品具有纳米结构，该待测样品设置于一绝缘基底表面；

S2，向该待测样品表面喷射带电纳米微粒，其中所述带电纳米微粒通过以下方法制备：将溶液雾化后的微小液滴依次通过平行且间隔设置的一第一电极与一第二电极，该第一电极与该第二电极电性相反，该第一电极与第二电极表面均存在通孔以使所述微小液滴自由通过，该第一电极与该第二电极之间存在电压；以及S3，向该待测样品表面通入蒸气，利用光学显微镜观测所述带电纳米微粒在所述待测样品周边的分布情况，根据该分布情况判断所述待测样品的表面电荷分布，若所述带电纳米微粒在所述待测样品的表面聚集，则所述待测样品的电性与所述带电纳米微粒的电性相异，若所述带电纳米微粒远离所述待测样品的表面，则所述待测样品的电性与所述带电纳米微粒的电性相同。

2.如权利要求1所述的观测纳米结构表面电荷分布的方法，其特征在于，所述待测样品为零维纳米材料、一维纳米材料或二维纳米材料。

3.如权利要求2所述的观测纳米结构表面电荷分布的方法，其特征在于，所述待测样品为碳纳米管。

4.如权利要求1所述的观测纳米结构表面电荷分布的方法，其特征在于，所述绝缘基底的表面形成有厚度1微米二氧化硅层。

5.如权利要求1所述的观测纳米结构表面电荷分布的方法，其特征在于，所述带电纳米微粒的直径为0.5nm-5nm。

6.如权利要求5所述的观测纳米结构表面电荷分布的方法，其特征在于，所述带电纳米微粒为不易升华的晶体。

7.如权利要求5所述的观测纳米结构表面电荷分布的方法，其特征在于，所述带电纳米微粒为带电葡萄糖纳米微粒、带电蔗糖纳米微粒或带电金属盐纳米微粒。

8.如权利要求7所述的观测纳米结构表面电荷分布的方法，其特征在于，所述带电葡萄糖纳米微粒的制备方法为：S21，提供一葡萄糖溶液；

S22，将该葡萄糖溶液雾化，形成包含有葡萄糖的微小液滴；

S23，将该包含有葡萄糖的微小液滴通过平行且间隔设置的第一电极与第二电极，该第一电极与第二电极表面均存在通孔以使所述微小液滴自由通过，该第一电极与该第二电极之间的电压范围为1000V～2000V。

9.如权利要求1所述的观测纳米结构表面电荷分布的方法，其特征在于，步骤S3中所述蒸气为水蒸气。

10.一种观测纳米结构表面电荷分布的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，提供一待测样品，该待测样品具有纳米结构；

S2，提供一光学显微镜系统，该光学显微镜系统包括一光学显微镜及光学显微镜的辅助装置,该光学显微镜包括物镜以及载物台，该光学显微镜的辅助装置包括一鼓气部、一蒸气发生部以及一导汽管，所述鼓气部与所述蒸气发生部的一端相互连接，所述蒸气发生部的另一端与所述导汽管连接，所述鼓气部向所述蒸气发生部通入气体，从而将所述蒸气发生部产生的蒸气带入导汽管中；

S3，将所述待测样品放置在所述载物台上，向该待测样品表面喷射带电纳米微粒，其中所述带电纳米微粒通过以下方法制备：将溶液雾化后的微小液滴依次通过平行且间隔设置的一第一电极与一第二电极，该第一电极与该第二电极电性相反，该第一电极与第二电极表面均存在通孔以使所述微小液滴自由通过，该第一电极与该第二电极之间存在电压；

S4，利用所述光学显微镜的辅助装置向所述待测样品表面通入蒸气；以及S5，在所述光学显微镜下观测所述带电纳米微粒在所述待测样品周边的分布情况，根据该带电纳米微粒的分布情况判断所述待测样品的表面电荷分布，若所述带电纳米微粒在所述待测样品的表面聚集，则所述待测样品的电性与所述带电纳米微粒的电性相异，若所述带电纳米微粒远离所述待测样品的表面，则所述待测样品的电性与所述带电纳米微粒的电性相同。

说明书

一种观测纳米结构表面电荷分布的方法

技术领域

[0001] 本发明属于纳米技术领域，涉及一种观测纳米结构的方法。

背景技术

[0002] 纳米结构(Nanostructure)通常指尺寸在100nm以下的微小结构，也就是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或组装一种新的体系。纳米技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，其目的在于研究于纳米尺度上，物质和设备的设计方法、组成、特性以及应用，目前在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等领域有许多重要的应用。表面电荷(Surface charge)即在界面处存在的电荷。现有技术中通常利用静电力显微镜(Electrostatic  Force Microscopy,EFM)来表征各种纳米结构材料(如碳纳米管)表面静电势能、电荷分布。然而上述观测仪器结构复杂，操作并不十分容易，且需要花费较长时间，成本较高。

发明内容

[0003] 有鉴于此，确有必要提供一种能够简便高效的观测纳米结构表面电荷分布的方法。

[0004] 一种观测纳米结构表面电荷分布的方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0005] S1，提供一具有纳米结构的待测样品，该待观测样品设置于一绝缘基底表面；

[0006] S2，向该待测样品表面均匀喷射第一带电纳米微粒；以及

[0007] S3，向该待测样品表面通入蒸气，利用光学显微镜观测所述带电纳米微粒在所述待测样品周边的分布情况，根据该分布情况判断所述待测样品的表面电荷分布。

[0008] 一种观测纳米结构表面电荷分布的方法，包括以下步骤：

[0009] S1，提供一待测样品，该待观测样品具有纳米结构；

[0010] S2，提供一光学显微镜系统，该光学显微镜系统包括一光学显微镜及光学显微镜的辅助装置,该光学显微镜包括物镜以及载物台，该光学显微镜的辅助装置包括一鼓气部、一蒸气发生部以及一导汽管，所述述鼓气部与所述蒸气发生部的一端相互连接，所述蒸气发生部的另一端与所述导汽管连接，所述鼓气部向所述蒸气发生部通入气体，从而将所述蒸气发生部产生的蒸气带入导汽管中；

[0011] S3，将所述待测样品放置在所述载物台上，向该待测样品表面喷射喷射带电纳米微粒；

[0012] S4，利用所述光学显微镜的辅助装置向所述待测样品表面通入蒸气；以及[0013] S5，在所述光学显微镜下观测所述纳米微粒在所述待测样品周边的分布情况，根据该纳米微粒的分布情况判断所述待测样品的表面电荷分布。

[0014] 与现有技术相比，本发明提供的观测纳米结构表面电荷分布的方法通过在被测纳米结构表面通入易挥发液体的蒸气，在被观测纳米结构表面及纳米微粒表面形成大量的液滴，从而使得该被测纳米结构以及带电纳米微粒的轮廓清晰的被光学显微镜捕捉到，进而通过观测带电纳米微粒在待测纳米结构周边的分布情况判断所述待测纳米结构的表面电荷分布情况。利用本发明提供的方法可以更加高效、简便、低成本的获得纳米结构表面电荷分布情况。

附图说明

[0015] 图1为本发明第一实施例提供的观测纳米结构表面电荷分布方法流程图。

[0016] 图2为本发明实施例中使用的蒸气提供装置结构示意图。

[0017] 图3为本发明实施例中另一种蒸气提供装置结构示意图。

[0018] 图4为本发明实施例中使用的的光学显微镜及蒸气提供装置结构示意图。

[0019] 图5为利用本发明第一实施例提供的观测方法获得的超长碳纳米管在光学显微镜下的照片。

[0020] 图6为图5中超长碳纳米管的扫描电镜(SEM)照片。

[0021] 图7为本发明第二实施例提供的测量纳米结构表面电荷分布方法示意图。

[0022] 图8为利用本发明第二实施例提供的测量方法获得的超长碳纳米管在光学显微镜下的照片。

[0023] 图9为本发明第二实施例中暗线宽度随施加电压变化关系曲线。

[0024] 图10为本发明第二实施例中暗线宽度随绝缘层厚度变化关系曲线。

[0025] 图11为本发明第三实施例提供的制备带电纳米微粒的装置示意图。

[0026] 主要元件符号说明

[0027] 光学显微镜                   10

[0028] 载物台                       110

[0029] 物镜                         120

[0030] 目镜                         130

[0031] 图像采集系统                 140

[0032] 接收器                       142

[0033] 图像处理器                   144

[0034] 聚光照明系统                 150

[0035] 调焦机构                     160

[0036] 蒸气提供装置                 20

[0037] 鼓气部                       210

[0038] 蒸气发生部                   220

[0039] 电极                         221

[0040] 液体吸收材料                 222

[0041] 空心管                       224

[0042] 加热层                       226

[0043] 电源                         228

[0044] 导汽管                       230

[0045] 第一开口                     231

[0046] 第二开口                     235

[0047] 第一导管                     240

[0048] 待测样品                     60

[0049] 基底                         610

[0050] 测量电极                     612

[0051] 第一带电纳米微粒             620

[0052] 第二带电纳米微粒             622

[0053] 如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

[0054] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。

[0055] 请一并参阅图1与图2，本发明第一实施例提供一种观测纳米结构表面电荷分布的方法，包括以下步骤：

[0056] S11，提供一待测样品60，该待测样品60具有纳米结构，该待观测样品设置于一绝缘基底610表面；

[0057] S12，向该待测样品60表面喷射第一带电纳米微粒620；

[0058] S13，向该待测样品60表面通入蒸气，利用光学显微镜10观测所述第一带电纳米微粒620在所述待测样品60周边的分布情况，根据该分布情况判断所述待测样品60表面电荷分布。

[0059] 步骤S11中，该待测样品60具有纳米结构指的是所述待测样品60可以为纳米材料，也可以为为纳米图形化的电路。例如，所述待测样品60可以为零维纳米材料、一维纳米材料以及二维纳米材料。所述零维纳米材料包括：团簇、人造原子、纳米微粒等。所述一维纳米材料包括：纳米线、纳米管、纳米棒、纳米纤维等。所述二维纳米材料可以为石墨烯。本实施例中以碳纳米管为例进行说明。所述碳纳米管为水平铺设在基底610表面的超长碳纳米管，该超长碳纳米管的直径在0.5nm～10nm之间，长度大于50μm。所述待测样品60可以直接生长在基底610表面，也可以是从其他部位转移到所述基底610表面。

[0060] 所述基底610由绝缘材料制成，以防止所述待测样品60与基底610之间发生电荷转移。本实施例中，所述基底610为硅片，该硅片的表面形成有厚约1微米二氧化硅层。

[0061] 步骤S12中，所述第一带电纳米微粒620在待测样品60各个部位的喷射量基本相等。所述第一带电纳米微粒620的直径可以为1nm-100nm，所述带电纳米微粒620的直径也可以为0.5nm-5nm。所述第一带电纳米微粒620全部带正电，或者全部带负电。所述第一带电纳米微粒620的种类不限，例如可以为带电葡萄糖纳米微粒、带电蔗糖纳米微粒、带电金属盐纳米微粒等。所述带电金属盐纳米微粒可以为金属Na、K、Ca、Fe等的氯盐、硝酸盐、硫酸盐微粒。本实施例中为带电NaCl纳米微粒。

[0062] 步骤S13中，产生所述蒸气的液体可以是水，也可以是沸点低于水的沸点的液体，如酒精。本实施例中，该产生蒸气的液体是水，产生的蒸气是水蒸气。所述蒸气将在带观测样品表面及纳米微粒表面形成大量的微小液体颗粒，此时该被测纳米结构以及带电纳米微粒的轮廓可以清晰的被光学显微镜捕捉到。在数秒之后所述微小液体颗粒迅速蒸发，因此不会影响待测样品的结构。

[0063] 所述蒸气的提供方法不限，本实施例利进一步提供一种蒸气提供装置20，利用该蒸气提供装置20向所述待测样品表面通入蒸气。请参见图3，该蒸气提供装置20包括：一鼓气部210、一蒸气发生部220以及一导汽管230。该蒸气提供装置20的所述鼓气部210与所述蒸气发生部220的一端相互连接。所述蒸气发生部220的另一端与所述导汽管230连接。所述鼓气部210向所述蒸气发生部220通入气体，从而将蒸气发生部220产生的蒸气带入导汽管230中。

[0064] 所述鼓气部210可以为具有弹性的空囊，可以通过收缩将外界的空气吸入并排出。所述鼓气部210具有一个出气口，该出气口可以与所述蒸气发生部220密封连接，并可以使气体通过所述蒸气发生部220。当该鼓气部210被挤压收缩时，鼓气部210内的气体通过所述蒸气发生部220排出；当挤压后的鼓气部210恢复形状膨胀时，外界气体穿过蒸气发生部220进入该鼓气部210。本实施例中，所述鼓气部210为吸耳球，直径约5厘米。

[0065] 所述蒸气发生部220包括一液体吸收材料222、一空心管224、一加热层226以及一电源228。所述液体吸收材料222设置在所述空心管224的内部，可以贴附在所述空心管224的内壁，但并不影响该空心管224的通气性能。所述加热层226环绕所述空心管224的外表面设置。所述电源228通过导线与所述加热层226电连接，从而给所述加热层226通电，使之发热来加热所述空心管224。

[0066] 所述空心管224的材料不限，可为硬性材料或者柔性材料。所述硬性材料包括陶瓷、玻璃、石英等。所述柔性材料包括树脂、橡胶、塑料或柔性纤维等。所述空心管224为柔性材料时，该蒸气发生部220在使用时可根据需要弯折成任意形状。所述空心管224的形状大小不限，其具有一空心结构即可，其具体可根据实际需要进行改变。该空心管224的横截面的形状亦不限，可以为圆形、弧形、长方形等。本实施例中，空心管224为一空心陶瓷管，其横截面为一圆形，该空心陶瓷管的直径为1厘米，长度为6厘米。

[0067] 所述液体吸收材料222用于存储一定量的液体，当所述空心管224被加热时，热量传递到液体吸收材料222上时，液体变成蒸气，从而可以产生蒸气。所述液体吸收材料222应该具有较好的液体吸收性能，并且吸收液体后形变较小。所述液体吸收材料222的材料可以为棉布、无纺布及高级吸水性树脂。本实施例中，所述液体吸收材料222为无纺布，贴附在所述空心管224的内壁。

[0068] 所述加热层226设置于所述空心管224的外表面，用于向所述空心管224的内部空间加热，从而可以加热所述液体吸收材料222。所述加热层226包括一碳纳米管层，该碳纳米管层本身具有一定的粘性，可以利用本身的粘性设置于所述空心管224的外表面，也可以通过粘结剂设置于所述空心管224的外表面。所述的粘结剂为硅胶。该碳纳米管层的长度、宽度和厚度不限，可根据实际需要选择。本技术方案提供的碳纳米管层的厚度为0.01微米～2毫米。可以理解，碳纳米管层的热响应速度与其厚度有关。在相同面积的情况下，碳纳米管层的厚度越大，热响应速度越慢；反之，碳纳米管层的厚度越小，热响应速度越快。

[0069] 所述碳纳米管层包括多个均匀分布的碳纳米管。该碳纳米管层中的碳纳米管有序排列或无序排列。该碳纳米管层中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～10纳米，双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～15纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。所述碳纳米管的长度大于50微米。本实施例中，该碳纳米管的长度优选为200～900微米。由于该碳纳米管层中的碳纳米管之间通过范德华力连接，使得该碳纳米管层具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂，使该蒸气发生部220具有较长的使用寿命。

[0070] 本实施例中，所述加热层226采用厚度为100微米的碳纳米管层。该碳纳米管层的长度为5厘米，碳纳米管层的宽度为3厘米。利用碳纳米管层本身的粘性，将该碳纳米管层设置于所述加热层226的外表面。

[0071] 另外，蒸气发生部220可以进一步包括两个电极221间隔设置于所述加热层226表面，并与所述加热层226电连接。所述电极221由导电材料制成，形状不限，可为导电膜、金属片或者金属引线。优选地，所述电极221为一层导电膜，该导电膜的厚度为0.5纳米～100微米。该导电膜的材料可以为金属、合金、铟锡氧化物(ITO)、锑锡氧化物(ATO)、导电银胶、导电聚合物或导电性碳纳米管等。该金属或合金材料可以为铝、铜、钨、钼、金、钛、钕、钯、铯或其任意组合的合金。本实施例中，所述电极221的材料为金属钯膜，厚度为20纳米。所述金属钯与碳纳米管具有较好的润湿效果，有利于所述电极221与所述加热层226之间形成良好的电接触，减少欧姆接触电阻。

[0072] 所述电源228可以为直流电源或者交流电源。通过导线与所述加热层226的两个电极221电连接，当给所述加热层226通电时，该加热层226可以辐射出波长较长的电磁波。通过温度测量仪测量发现该加热层226的加热层226表面的温度为50℃～500℃，从而可以加热设置在空心管224中的液体吸收材料222。该液体吸收材料222中的液体加热后蒸发，从而产生蒸气。本实施例中，该电源为1.5伏特的5号电池。

[0073] 可以理解，所述蒸气发生部220可以进一步包括一绝缘保护层202。所述绝缘保护层202用来防止蒸气发生部220在使用时与外界形成电接触，同时还可以保护蒸气发生部220中的加热层226。所述绝缘保护层202设置于加热层226的外表面。可以理解，所述绝缘保护层202为一可选择结构。当加热层226本身带有绝缘保护层时，可无需绝缘保护层202。所述绝缘保护层202的材料为一绝缘材料，如：橡胶、树脂等。所述绝缘保护层202厚度不限，可以根据实际情况选择。优选地，该绝缘保护层的厚度为0.5～2毫米。

[0074] 所述导汽管230具有一个第一开口231和一个第二开口235，所述第一开口231的直径小于所述第二开口235的直径。气体可以通过所述第一开口231和所述第二开口235在所述导汽管230内流通。该导汽管230的第二开口235与所述蒸气发生部220远离所述鼓气部210的一端密封连接。气体可以通过所述导汽管230及所述蒸气发生部220进入所述鼓气部
210。该导汽管230的第二开口235的直径不限，只要和所述蒸气发生部220相互匹配并保证密封连通即可。该导汽管230的材料不限，可为硬性材料或者柔性材料。所述硬性材料包括陶瓷、玻璃、树脂、石英、塑料等。所述柔性材料包括树脂、橡胶、塑料或柔性纤维等。本实施例中导汽管230为玻璃管，其第一开口231的截面为圆形，直径为0.4厘米，其第二开口235的截面为圆形，直径为0.9厘米。

[0075] 可以理解，该蒸气提供装置20的所述鼓气部210、所述蒸气发生部220、以及所述导汽管230相互密闭连接成一个整体。当鼓气部210受到外界压力收缩时，鼓气部210内部的气体被挤压从而穿过蒸气发生部220及导汽管230，从导汽管230的第一开口231喷出。由于该蒸气提供装置20是密闭的，仅有第一开口231一个进气口，在整个过程中，气体只能通过导汽管230的第一开口231流出或者进入。

[0076] 请参见图4，本发明实施例提供的的蒸气提供装置20还可以进一步包括一第一导管240。该第一导管240设置于所述蒸气发生部220与所述鼓气部210之间，将所述蒸气发生部220与所述鼓气部210密封连通。该第一导管240的长度大于所述蒸气发生部的长度。该第一导管240的材料不限，可为硬性材料或者柔性材料。所述硬性材料包括陶瓷、玻璃、树脂、石英、塑料等。所述柔性材料包括树脂、橡胶、塑料或柔性纤维等。本实施例中，该第一导管240为橡胶材料制成，长度为50厘米，直径为1厘米。增加了第一导管240后，气流的稳定性可以得到增强，从而使得蒸气流可以更加稳定的通入待观测样品表面。

[0077] 当使用蒸气提供装置20时，可以先将所述导汽管230的第一开口231浸入液体中，然后通过挤压鼓气部210的方式，吸入少量的液体进入所述蒸气发生部220中，进入的液体被液体吸收材料222吸收。当所述蒸气发生部220的加热层226被施加电压时，该加热层226发热并加热所述液体吸收材料222，从而产生蒸气。然后，通过挤压鼓气部210的方式，将蒸气挤出，并通至待测样品60表面。

[0078] 可以理解，还可以进一步通过其他的方式提供蒸气。比如，在步骤S3中，可以将待测样品放置在低温热源上，从而使得待测样品的温度大大低于环境温度，在未通入水蒸气时，空气中的水蒸气会直接形成液滴附着在待测样品的纳米结构表面，从而使得光学显微镜可以观测到待测样品。还可以将待测样品放置在冰块上，在常温条件下，待测样品会快速降温，从而在遇到蒸气时可以迅速在待测样品表面形成液体颗粒，从而使得光学显微镜可以观测到待测样品的纳米结构。可以理解，只要将待测样品的温度降低都可以实现上述功能，还可以将待测样品放置在致冷材料上，给待测样品致冷。如，放置在半导体电热材料表面，再给半导体电热材料通电后降温。

[0079] 所述光学显微镜可以为现有技术中的各种光学显微镜。请参见图5，本实施例中所述光学显微镜10包括一载物台110、一物镜120、一目镜130、一图像采集系统140、一聚光照明系统150、以及一调焦机构160。所述载物台110用于承载被观察的物体。所述物镜120位于被观察物体附近，是实现第一级放大的镜头。在该光学显微镜10可以包括几个不同放大倍率的物镜120，通过一转动转换器可让不同倍率的物镜120进入工作光路，该物镜120的放大倍率通常为5～100倍。所述载物台110和物镜120两者能沿物镜120光轴方向作相对运动以实现调焦，获得清晰的图像。用高倍物镜工作时，容许的调焦范围往往小于微米，所以显微镜须具备极为精密的调焦机构160。所述目镜130是位于人眼附近实现第二级放大的镜头，镜放大倍率通常为5～20倍。按照所能看到的视场大小，所述目镜130可分为视场较小的普通目镜，和视场较大的大视场目镜(或称广角目镜)两类。该图像采集系统140包括一接收器142以及一图像处理器144。所述接收器142可以为数码相机，用于拍摄观测到的样品。所述图像处理器144为计算机，可以包括显示器，从而在显示器上输出观测到的图像。所述调焦机构160具有调焦旋钮，从而可以驱动该调焦机构160，使载物台110作粗调和微调的升降运动，使被观察物体调焦清晰成象。聚光照明系统150由灯源和聚光镜构成，聚光镜的功能是使更多的光能集中到被观察的部位。照明灯的光谱特性须与显微镜的接收器142的工作波段相适应。

[0080] 观测时所述基底610放置在载物台110上，可以通过调节光学显微镜10的调焦机构160，使得光学显微镜10可以观测到待测样品60的表面。在未通蒸气时，该光学显微镜10无法观测到待测样品60的纳米结构。在通入蒸气后，所述蒸气将在待测样品60表面及第一带电纳米微粒620表面形成大量的微小液体颗粒，此时该待测样品60以及第一带电纳米微粒
620的轮廓可以清晰的被光学显微镜捕捉到。

[0081] 若所述待测样品60存在表面电荷，该表面电荷会产生电场，对所述第一带电纳米微粒620产生排斥或吸引的相互作用。具体的，根据库伦作用(Coulomb interaction)，所述第一带电纳米微粒620与所述待测样品60之间的相互作用力与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比。若第一带电纳米微粒620的电性与待测样品60的电性相异，该第一带电纳米微粒620与该待测样品60之间相互吸引，表现为所述第一带电纳米微粒620在所述待测样品60的表面聚集；若该第一带电纳米微粒620的电性与待测样品60的电性相同，该第一带电纳米微粒620与该待测样品60之间相互排斥，表现为所述第一带电纳米微粒620远离所述待测样品60。总而言之，在已知第一带电纳米微粒620所带电性的前提下，可以通过观测该第一带电纳米微粒620在待测样品60周围的分布情况推测出该待测样品60表面电荷的电性及分布情况。

[0082] 请一并参见图5与图6，图5为利用本实施例提供的方法获得的超长碳纳米管在光学显微镜下的照片，图6为图5中的超长碳纳米管的扫描电镜照片，标尺刻度为400μm。图5中亮斑的分布情况与第一带电纳米微粒620的分布情况对应，图中第一带电纳米微粒620远离所述超长碳纳米管，可知该超长碳纳米管所带的电性与第一带电纳米微粒620电性相同。

[0083] 本实施例提供的观测纳米结构表面电荷分布的方法通过在被测纳米结构表面通入易挥发液体的蒸气，在被观测纳米结构表面及纳米微粒表面形成大量的液滴，从而使得该被测纳米结构以及带电纳米微粒的轮廓清晰的被光学显微镜捕捉到，进而通过观测带电纳米微粒在待测纳米结构周边的分布情况判断所述待测纳米结构的表面电荷分布情况。利用本发明提供的方法可以更加高效、简便、低成本的获得纳米结构表面电荷分布情况。

[0084] 本发明第二实施例进一步提供一种测量纳米结构表面电荷分布的方法，包括以下步骤：

[0085] S21，提供一待测样品60，该待测样品60具有纳米结构，该待观测样品设置于一绝缘基底610表面；

[0086] S22，向该待测样品60表面喷射第一带电纳米微粒620；

[0087] S23，向该待测样品60表面通入蒸气，利用光学显微镜观测所述第一带电纳米微粒620在所述待测样品60周边的分布情况，若所述第一带电纳米微粒620在所述待测样品60处形成一暗线，则记录该暗线的宽度，否则执行步骤S24；

[0088] S24，向该待测样品60表面喷射第二带电纳米微粒622，该第二带电纳米微粒622与所述第一带电纳米颗粒电性相反；

[0089] S25，向该待测样品60表面通入蒸气，记录所述第二带电纳米微粒622在所述待测样品60处形成的暗线的宽度；

[0090] 步骤S21中，该待测样品60优选为零维纳米材料或一维纳米材料，所述零维纳米材料包括：团簇、人造原子、纳米微粒等。所述一维纳米材料包括：纳米线、纳米管、纳米棒、纳米纤维等。

[0091] 步骤S23中，若所述第一带电纳米微粒620与所述待测样品60电性相同，所述待测样品60对所述第一带电纳米微粒620产生排斥，在光学显微镜下可以观测到该待测样品60处形成一暗线。该暗线的宽度可以在观测时直接测量，或将本次观测拍摄成照片后再进行测量。

[0092] 若所述第一带电纳米微粒620与所述待测样品60电性相异，则需要改变带电纳米微粒的电性进行观测。即执行步骤S24。

[0093] 步骤S24中，所述第二带电纳米微粒622与所述第一带电纳米颗粒电性相反。例如，若所述第一带电纳米颗粒620为带负电的NaCl纳米微粒，所述第二带电纳米微粒622则为带正电的NaCl纳米微粒。

[0094] 步骤S25中，所述暗线宽度与待测样品60的电压之间、所述暗线宽度与基底绝缘层厚度成一定的对应关系。请一并参见图7与图8，超长碳纳米管60与一测量电极612相连，所述测量电极612外接电压U。请参阅图9与图10，所述暗线宽度随着待测样品60外接电压的升高而变宽，所述暗线宽度随着基底绝缘层厚度的增加而变宽。

[0095] 可以理解，在执行步骤S24之前，可以增加一清洗步骤，用于清除所述绝缘基底610表面的第一带电纳米颗粒620。例如，可以利用去离子水除去基底610表面接近全部的带电纳米微粒。

[0096] 与现有技术相比，本实施例提供的测量纳米结构表面电荷分布的方法通过在被测纳米结构表面通入易挥发液体的蒸气，在被观测纳米结构表面及纳米微粒表面形成大量的液滴，从而使得该被测纳米结构以及带电纳米微粒的轮廓清晰的被光学显微镜捕捉到，进而通过分析带电纳米微粒在待测纳米结构处形成的暗线宽度计算该待测纳米结的带电情况。

[0097] 本发明第三实施例提供一种带电纳米微粒的制备装置700，包括：一雾化装置710、一第一电极720、一第二电极730。

[0098] 所述雾化装置710用于对送入该雾化装置的溶液进行雾化，形成微米级的微小液滴。所述雾化装置710可以为压缩空气雾化器，待雾化溶液在压缩空气雾化器中被高速气流粉碎，形成直径为微米级的微小液滴。

[0099] 所述第一电极720与第二电极730平行间隔设置。该第一电极720的表面至少设置有一第一通孔722，该第二电极730的表面至少设置有一第二通孔732，以使所述雾化装置710产生的微小液滴能够经由该第一通孔722与该第二通孔732通过该第一电极720与第二电极730。所述第一通孔722与第二通孔732的直径小于1mm时，所获得的带电纳米微粒带电更为均匀。优选地，该第一通孔722与该第二通孔732的直径相同且位置相对应。进一步地，该第一电极720与第二电极730均为网状结构，该网状结构的表面分布有多个网孔，优选地，该多个网孔均匀分布，直径约为1-100微米。

[0100] 经由所述雾化装置710雾化后的微小液滴依次高速通过该第一电极720与第二电极730。该第一电极720与该第二电极730之间存在电压为U12。雾化后的微小液滴在通过该该第一电极720与该第二电极730的过程中与该第一电极720与该第二电极730发生电子转移。所述微小液滴的电性由第二电极730的电性决定。若该第二电极730为负，所述微小液滴在通过该第一电极720与该第二电极730后带负电；若该第二电极730为正，所述微小液滴在通过该第一电极720与该第二电极730后带正电。

[0101] 所述带电纳米微粒的制备装置还可以进一步包括一电压发生器，用于向该第一电极720与该第二电极730提供电压。该电压发生器提供的电压范围可以为-2000V～+2000V。

[0102] 本实施例进一步提供一种制备带电纳米微粒的方法，包括以下步骤：

[0103] S31，提供一待雾化溶液，该待雾化溶液的溶质与待制备纳米微粒种类相同；

[0104] S32，利用所述雾化装置710对该待雾化溶液进行雾化形成微小液滴；

[0105] S33，将该微小液滴依次通过平行设置的第一电极720与第二电极730，该第一电极720与该第二电极730电性相反。

[0106] 步骤S31中，所述待雾化溶液的溶质与待制备的带电纳米微粒一致。所述溶液的溶剂为较易挥发的液体，如水、乙醇等。优选地，所述溶液为饱和溶液。例如，欲制备NaCl带电纳米微粒，则对应的待雾化的溶液可以为NaCl饱和乙醇溶液，欲制备葡萄糖带电纳米微粒，则对应的待雾化的溶液可以为葡萄糖饱和乙醇溶液。

[0107] 步骤S32中，所述待雾化溶液在雾化装置的作用下雾化为微米级的微小液滴。本实施例中采用压缩空气雾化器对所述葡萄糖饱和乙醇溶液进行雾化。所述葡萄糖饱和乙醇经过压缩空气雾化器高速气流粉碎后形成直径约为1-10μm的包含有葡萄糖溶质的微小液滴。

[0108] 步骤S33中，所述第一电极与第二电极平行设置，步骤S32获得的包含有葡萄糖溶质的微小液滴可以经由该第一电极与第二电极表面的孔洞自由通过。

[0109] 所述微小液滴的电性由所述第二电极连接的第二电压决定。若该第二电压为负，所述微小液滴在通过该第一电极与第二电极后带负电；若该第二电压为正，所述微小液滴在通过该第一电极与第二电极后带正电。该第一电极与该第二电极之间的电压范围为1000V～2000V，本实施例中，所述第二电压为1800V或-1800V。

[0110] 雾化后的微小液滴在通过该第一电极与第二电极的过程中与该第一电极、第二电极发生电子转移，使该微小液滴携带上与第二电极电性相同的电荷。同时所述雾化后的微小液滴中的溶剂在空气中逐渐挥发，当溶剂完全挥发后将形成尺寸为纳米级的微粒。上述电子转移与溶剂挥发同时进行，所述雾化后的微小液滴在上述两种作用下逐渐形成带电纳米微粒。

[0111] 与现有技术相比，本发明提供的带电纳米微粒的制备装置可以直接获得带电纳米微粒，且该带电纳米微粒的电性及电量在制备过程中可实时调的。

[0112] 另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。