一种测量碳纳米管手性的方法及装置专利检索-纳米管纳米技术专利检索查询-专利查询网

积极推动地理标志专门立法

2022-03-10 地理标志，立法，知识产权
保护知识产权是对创新最大的激励

2022-03-10 保护知识产权，创新，激励
谢商华：加快制定知识产权基本法

2022-03-10 知识产权基本法
擦亮“双奥之城”品牌

2022-03-10 双奥，知识产权
让冰雪运动“热”力全开

2022-03-10 冰雪运动，知识产权
携手共奋进　走好强国路

2022-03-10 强国，知识产权
坚持创新引领　方能稳中求进

2022-03-10 创新，稳中求进，知识产权
答好“两张卷” 奋进新征程

2022-03-10 知识产权
专家解读政府工作报告中的创新和知识产权相关部署

2022-03-10 政府工作报告，创新，知识产权
今年政府工作报告指出：加强知识产权保护和运用

2022-03-10 政府工作报告，知识产权保护

一种测量碳纳米管手性的方法及装置

阅读：240发布：2021-02-27

IPRDB可以提供一种测量碳纳米管手性的方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种原位测量碳纳米管手性的方法，包括以下步骤：S1提供待测碳纳米管；S2将所述待测碳纳米管置于耦合液中；S3提供一束具有连续光谱的白色入射光，所述待测碳纳米管在该入射光的照射下发生共振瑞利散射；S4利用物镜为水镜的光学显微镜观测该待测碳纳米管，获取该待测碳纳米管的位置信息，观测时该水镜浸没于所述耦合液中；S5获取所述待测碳纳米管的共振瑞利散射光谱，根据该共振瑞利散射光谱信息获得待测碳纳米管的手性指数。本发明还涉及一种利用该方法测量碳纳米管手性的装置。，下面是一种测量碳纳米管手性的方法及装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种测量碳纳米管手性的方法，包括以下步骤：

S1提供待测碳纳米管；

S2将所述待测碳纳米管完全固定于一基体表面，并将该基体与所述待测碳纳米管一同置于耦合液中，所述耦合液为水或水溶液；

S3提供一束具有连续光谱的白色入射光，所述待测碳纳米管在该入射光的照射下发生共振瑞利散射；

S4利用物镜为水镜的光学显微镜观测该待测碳纳米管，获取该待测碳纳米管的位置信息，观测时该水镜浸没于所述耦合液中；

S5获取所述待测碳纳米管的共振瑞利散射光谱，根据该共振瑞利散射光谱信息获得所述待测碳纳米管的手性指数。

2.如权利要求1所述的测量碳纳米管手性的方法，其特征在于，所述步骤S5进一步包括在共振瑞利散射光谱的基础上获取拉曼散射光谱的方法，具体包括：S51，获得碳纳米管的共振瑞利散射光谱；

S52，由碳纳米管的共振瑞利散射光谱计算拉曼散射所需的能量；

S53，获得碳纳米管的拉曼散射光谱。

3.如权利要求1所述的测量碳纳米管手性的方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括：对所述碳纳米管的色彩、位置以及形态信息进行记录。

4.如权利要求1所述的测量碳纳米管手性的方法，其特征在于，所述基体为硅基体。

5.如权利要求4所述的测量碳纳米管手性的方法，其特征在于，所述耦合液为超纯水。

6.如权利要求1所述的测量碳纳米管手性的方法，其特征在于，所述入射光预先进行滤波处理滤除入射光中的红外线，然后通过一聚焦透镜进行聚焦后照射该碳纳米管。

7.如权利要求1所述的测量碳纳米管手性的方法，其特征在于，进一步包括将所述耦合液置于一水槽中，所述水槽包括一底面以及至少一透明侧面，所述至少一透明侧面与所述底面的夹角α取值范围为45°≤α<90°；所述白色入射光垂直于所述至少一透明侧面入射。

8.一种测量碳纳米管手性的装置，包括：

一超连续谱白光激光器，用于产生入射光，所述碳纳米管在该入射光的作用下发生共振瑞利散射；

一基体，所述碳纳米管完全固定于该基体表面；

一光学显微镜，所述光学显微镜的物镜为一水镜；

耦合液，所述碳纳米管完全浸没于该耦合液中，所述光学显微镜物镜通过该耦合液与所述碳纳米管耦合，所述耦合液为水或水溶液；以及一光谱仪，所述光谱仪与光学显微镜相连，用于采集所述碳纳米管的光谱信息。

9.如权利要求8所述的测量碳纳米管手性的装置，其特征在于，进一步包括一与所述光学显微镜相连的相机，用于记录光学显微镜所获得的碳纳米管的色彩、位置以及形态信息。

10.如权利要求8所述的测量碳纳米管手性的装置，其特征在于，所述基体为一Si/SiO2基体，该Si/SiO2基体的底部为Si基，在Si基的上部形成有一层SiO2层，该SiO2层的厚度为

30-300nm，所述碳纳米管直接铺设于所述SiO2层的表面。

11.如权利要求8所述的测量碳纳米管手性的装置，其特征在于，所述基体具有一凹槽，所述碳纳米管两端分别固定于上述凹槽的两侧，所述碳纳米管位于凹槽上方的部分与凹槽的底面间隔设置。

12.如权利要求8所述的测量碳纳米管手性的装置，其特征在于，进一步包括一盛有耦合液的水槽，所述水槽包括一底面以及至少一透明侧面，所述透明侧面与水槽底面的夹角α取值范围为45°≤α<90°，所述碳纳米管完全浸没于所述耦合液中，入射光垂直于该水槽透明侧面射向该碳纳米管。

13.如权利要求12所述的测量碳纳米管手性的装置，其特征在于，所述水槽透明侧面与水槽底面的夹角α为75°。

14.如权利要求8所述的测量碳纳米管手性的装置，其特征在于，进一步包括一光纤，所述光纤的一端与入射光耦合，另一端与待测碳纳米管同时浸入到耦合液中。

说明书全文

一种测量碳纳米管手性的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种测量碳纳米管手性的方法，尤其涉及一种利用光谱分析法测量碳纳米管手性的方法。

背景技术

[0002] 现有的制备方法生产出的碳纳米管，通常是由不同手性、不同管径、不同长度的碳纳米管混合在一起，判断与测量碳纳米管的手性可以量化区分不同管径、不同导电性的碳纳米管，对碳纳米管的应用具有十分重要的意义。

[0003] 碳纳米管的所具备的一维电子结构使得其具有高度的光学敏感性，各种光学现象，如共振瑞利散射（Resonant Rayleigh scattering, RRS），可以被用来测量碳纳米管的手性。瑞利散射是指半径比光或其他电磁辐射的波长小很多的微小颗粒对入射光束的散射。当瑞利散射的入射光波长位于或接近待测物质的吸收带，电子吸收电磁波频率与散射频率相同，电子因共振而强烈吸收光的能量并产生再次散射，则该物质的散射会大大增强，并且会出现新的散射特征，这就是共振瑞利散射。然而单根纳米材料的共振瑞利散射十分微弱，难以进行观测与采集。现有技术还无法便捷且有效的对碳纳米管的手性进行测量。

发明内容

[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种便捷且有效的测量碳纳米管手性的方法。

[0005] 一种测量碳纳米管手性的方法，包括以下步骤：

[0006] S1 提供一待测碳纳米管；

[0007] S2 将所述待测碳纳米管浸没于耦合液中；

[0008] S3 提供一束具有连续光谱的白色入射光，所述待测碳纳米管在该入射光的照射下发生共振瑞利散射；

[0009] S4 利用物镜为水镜的光学显微镜观测该待测碳纳米管，获取该待测碳纳米管的位置信息，观测时该水镜浸没于所述耦合液中；

[0010] S5获取所述待测碳纳米管的共振瑞利散射光谱，根据该共振瑞利散射光谱信息获得待测碳纳米管的手性指数。

[0011] 一种测量碳纳米管手性的装置，包括：一超连续谱白光激光器，用于产生入射光，所述碳纳米管在该入射光的作用下发生共振瑞利散射；一光学显微镜，所述光学显微镜的物镜为一水镜；耦合液，所述碳纳米管完全浸没于该耦合液中，所述光学显微镜物镜通过该耦合液与所述碳纳米管耦合；以及一光谱仪，所述光谱仪与光学显微镜相连，用于采集所述碳纳米管的光谱信息。

[0012] 与现有技术相比较，本发明提供的测量碳纳米管手性的方法利用光学显微镜在生长基原位进行测量，获得碳纳米管手性指数以及位置、形态等信息，测量时不会破坏该碳纳米管的结构及形态，且所需时间短，设备简单。

附图说明

[0013] 图1为本发明第一实施例提供的碳纳米管手性测量系统结构示意图。

[0014] 图2为本发明第一实施例浸没于超纯水中的单壁碳纳米管的共振瑞利散射照片。

[0015] 图3为本发明第一实施例空气中的单壁碳纳米管共振瑞利散射照片。

[0016] 图4为图2与图3中单壁碳纳米管扫描电镜照片。

[0017] 图5为存在分子结的单壁碳纳米管共振瑞利散射照片。

[0018] 图6为本发明第一实施例石墨烯窄带共振瑞利散射照片。

[0019] 图7为图2中单壁碳纳米管的共振瑞利散射光谱。

[0020] 图8为图2中第3、4、5根单壁碳纳米管的拉曼散射光谱。

[0021] 图9为本发明第二实施例提供的碳纳米管手性测量系统的结构示意图。

[0022] 图10为本发明第二实施例单壁碳纳米管共振瑞利散射照片。

[0023] 图11为本发明第三实施例单壁碳纳米管共振瑞利散射照片。

[0024] 图12为本发明第四实施例设置有凹槽的基体与碳纳米管。

[0025] 图13为本发明第五实施例提供的碳纳米管手性测量系统结构示意图。

[0026] 主要元件符号说明

[0027]碳纳米管 100
水槽 200
水槽透明侧面 201
水槽底面 202
基体 203
凹槽 204
耦合液 205
棱镜 210
棱镜第一表面 211
棱镜第二表面 212
入射光 300
聚焦透镜 301
滤波器 302
光纤 303
物镜 400
相机 401
光源 500
光谱仪 501

[0028] 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

[0029] 下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的测量碳纳米管手性的方法作进一步的详细说明。

[0030] 请参见图1，本发明第一实施例提供一种测量碳纳米管手性的方法，包括以下步骤：

[0031] S1 提供一待测碳纳米管100；

[0032] S2 将所述待测碳纳米管100浸没于耦合液205中；

[0033] S3 提供一束具有连续光谱的白色入射光300，所述待测碳纳米管100在该入射光300的照射下发生共振瑞利散射；

[0034] S4 利用物镜400为水镜的光学显微镜观测该待测碳纳米管100，获取该待测碳纳米管100的位置信息，观测时该水镜浸没于所述耦合液205中；

[0035] S5获取所述待测碳纳米管100的光谱信息，根据该光谱信息获得待测碳纳米管的手性指数。

[0036] 步骤S1中，所述待测碳纳米管100的电子态密度不是能量的连续函数，在碳纳米管态密度中会出现一些尖锐峰点，该尖锐峰点被称为范霍夫奇点（van Hove singularities, vHs）。碳纳米管的范霍夫奇点具有手性依赖的特性，因此可以通过碳纳米管光谱（可以为吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱、瑞利光谱等）中与范霍夫奇点相关的特征峰来指认其手性。

[0037] 本实施例中，所述碳纳米管100为水平排列的单壁碳纳米管，该水平排列的单壁碳纳米管的生长方法包括很多种，本实施例中采用“石英晶格导向法”在一石英基底表面形成多个平行间隔排列的单壁碳纳米管，具体包括以下步骤：

[0038] S11，提供ST-cut石英基底；

[0039] S12，在该石英基底表面蒸镀催化剂层，该催化剂层为铁（厚度为0.2纳米）；

[0040] S13，将上述沉积有催化剂层的石英基底放入石英管中，在800～850摄氏度范围内，通入碳源气体甲烷和还原气体氢气生长10～20分钟。

[0041] 此外，还可以用气流导向法或电场导向的方法获得在基底表面水平排列的碳纳米管。

[0042] 步骤S2中，所述碳纳米管100完全浸没于耦合液205中，本实施例中所选用的耦合液205为超纯水。所述耦合液205还可以为水溶液，本发明可以用于观察所述水溶液与碳纳米管100相互作用时碳纳米管100结构性质的变化情况。所述耦合液205应保证纯净，耦合液205中的杂质与气泡都会影响观测的准确性。

[0043] 为了使所述碳纳米管100在耦合液205中保持位置固定，可以将该碳纳米管100与耦合液205中一固定物结合，例如可以将碳纳米管100先固定于一基体203表面，然后将该基体203与设置于其上的碳纳米管100一同置于耦合液205中。所述基体203的材料可以是硅、二氧化硅、石英等。该基体203的厚度不限，大小不限。若基体203上形成有多根碳纳米管100，则相邻的两根碳纳米管100之间的最小间距应大于测量系统的分辨率。优选地，每根碳纳米管100相互平行的设置于基体203的表面。所述碳纳米管100可以采用直接生长的方法水平生长于基体203表面，也可以采用转移的方法从其他生长基体转移至该基体203表面。
所述碳纳米管100与基体203的固定可以是将碳纳米管100完全固定于基体203表面，也可以是仅将碳纳米管100部分固定于基体203表面。

[0044] 本实施例中，所述基体203为一Si/SiO2基体，碳纳米管100通过转移的方法完全固定于该Si/SiO2基体表面。所述Si/SiO2基体的底部为Si基，所述Si基的厚度约为1mm，在其上表面形成有一层厚度为100nm的SiO2层，所述SiO2层的厚度可以为30-300nm，当SiO2层的厚度为100nm时成像效果最好。

[0045] 本实施例中所述耦合液205置于一水槽200中，所述水槽200大小应满足基体203能够水平置于其底部，并且装满耦合液205后，基体203能够完全浸没于水槽200的内部。所述水槽200应至少包括有一个水槽透明侧面201，并且该水槽透明侧面201与水槽底面202之间的夹角α为一锐角。所述水槽透明侧面201的材料可以是玻璃、石英、透明塑料等，所选用材料应保证入射光300能够尽可能多的通过，使入射光的衰减与色散减少到最低程度。本实施例中，水槽透明侧面201由石英制成，厚度为1mm，与水槽底面202所成的夹角α取值范围为45°≤ α <90°，优选为75°。

[0046] 将基体203及碳纳米管100完全浸没于耦合液205可以降低入射光300在基体203处的散射，这是因为相较于空气的折射率（1.0003），耦合液205的折射率（例如水 1.33）与基体203的折射率（例如石英1.49）更为接近，两种介质的折射率相近可以降低基体203处的散射。此外碳纳米管100与耦合液205的界面处存在界面偶极子增强效应(interface dipole enhancement effect, IDEE)，可以进一步增强共振瑞利散射强度。

[0047] 需要指出的是，在实际观测中如果对碳纳米管100的颜色、形态等信息的精确度要求不是很高，可以省略步骤S3，即可以直接在空气中对碳纳米管100进行观测。

[0048] 步骤S3中，所述入射光300为一束具有连续光谱的白光，该入射光300可以直接射向碳纳米管100，也可以通过其他方式耦合到碳纳米管100，碳纳米管100在入射光300的作用下发生共振瑞利散射。

[0049] 本实施例中该入射光300由一超连续谱激光器 (Fianium SC400)发出，该超连续谱激光器输出功率高，并在整个光谱范围内保持很高的亮度。该入射光300通过水槽透明侧面201直接射向碳纳米管100，且入射角度与该水槽透明侧面201垂直，垂直入射可以有效的减少入射光300在界面处的色散与衰减。

[0050] 本实施例中所述超连续谱激光器发出的入射光300在到达碳纳米管100表面之前先进行了滤波与聚焦处理。

[0051] 所谓滤波处理是指该超连续谱激光器发出的入射光300在到达所述碳纳米管100之前先经过一滤波器302。所述滤波器302可以滤除入射光300中的红外线成分。所述红外线是指波长范围在760nm至1mm之间的不可见光。本发明中观测所需的有效光波波段为可见光波段，红外线波段对观测不起作用，且长时间红外线辐照会使碳纳米管100的温度升高，因此可以在所述超连续谱激光器与碳纳米管100之间添加一滤波器302用以保护碳纳米管100免遭红外线辐射。可以理解，该滤波器302为可选部件。

[0052] 所谓聚焦处理是指该超连续谱激光器发出的入射光300在到达所述碳纳米管100之前先经过一聚焦透镜301。在实际观测中，如果入射光300的光强过低，会导致碳纳米管100的散射信号过于微弱而影响观测效果。可以在所述超连续谱激光器与碳纳米管100之间添加一聚焦透镜301，用于提高入射光300的光强。可以理解，该聚焦透镜301为可选部件。

[0053] 步骤S4中，所述光学显微镜用于收集共振瑞利散射光，通过该光学显微镜可以实时观察碳纳米管100，获得所述碳纳米管100的色彩、位置以及形态信息，也可以将一相机401与该光学显微镜连接，利用相机401记录下所述碳纳米管100的共振瑞利散射图像。

[0054] 碳纳米管100在发生共振瑞利散射时呈现出的颜色与手性相关。手性不同的碳纳米管100在发生共振瑞利散射时所表现出的颜色各不相同。故，所述碳纳米管100的共振瑞利散射图像可以用于判断：多根碳纳米管100手性是否一致；以及单根碳纳米管100在分子节（Intramolecular Junction）两侧手性是否改变。

[0055] 请一并参见图2～图4，图2与图3为相机401记录下的本实施例中同一组单壁碳纳米管发生共振瑞利散射的照片，其中图2与图3均为真彩色。图2为浸没于超纯水中的单壁碳纳米管的共振瑞利散射照片，所用光学显微镜物镜400为水镜，放大倍数63X，数值孔径0.9，使用时所述水镜浸入到所述超纯水中进行观测。图3为空气中的单壁碳纳米管共振瑞利散射照片，所用光学显微镜物镜400为普通物镜，放大倍数50X，数值孔径0.55。图4为该待测单壁碳纳米管扫描电镜照片。

[0056] 图2中共有6跟单壁碳纳米管，依次编号为1～6，其中每根单壁碳纳米管的颜色及其对应的RGB值依次为：浅蓝色(173, 219, 239)、粉色(239, 215, 231)、蓝色(132, 186, 206)、绿色(148, 207, 165)、紫色(214, 211, 239)、橙色(206, 166, 140)，上述不同的颜色对应着不同的手性。图3为空气中的单壁碳纳米管共振瑞利散射照片，与图2相比图3中的分辨率有一定程度的降低，但各根单壁碳纳米管的颜色信息依然可以分辨。

[0057] 请参见图5，图5为带有分子结(箭头所指之处)的单壁碳纳米管共振瑞利散射照片，图中共有3跟单壁碳纳米管，编号依次为1、2、3。其中每根单壁碳纳米管在分子结两侧的颜色各不相同，例如：第1根单壁碳纳米管分子结上侧部位RGB值为(123,142,148) ，下侧部位RGB值为(198,150,181)；第2根单壁碳纳米管分子结上侧部位RGB值为(231,211,181) ，下侧部位RGB值为(165,215,214)；第3根单壁碳纳米管分子结上侧部位RGB值为(247,182,148) ，下侧部位RGB值为(173,81,90)。分子结两侧颜色的不同表明分子结处单壁碳纳米管手性的发生了改变。

[0058] 请参见图6，图6为石墨烯窄带的共振瑞利散射照片。

[0059] 除了色彩信息，图2、图3、图5与图6还包含有每根单壁碳纳米管的位置与形态信息，其中位置信息可以用于对碳纳米管100进行定位。

[0060] 利用本实施例提供的观测碳纳米管100的方法可以获得碳纳米管100发生共振瑞利散射时的颜色、位置、形态、长度以及密度等信息，通过颜色信息还可以进一步判断多根待测碳纳米管的手性是否一致以及单根待测碳纳米管在分子节处手性的改变。此外，还可以在观测中改变所述碳纳米管100的外部条件或施加一作用力，所述碳纳米管100在上述过程中结构性质的变化情况可以在光学显微镜下进行实时观测。

[0061] 步骤S5中，所述散射光通过光学显微镜物镜400后最终进入到一光谱仪501，以获取所述碳纳米管100的光谱信息。所述光谱信息可以是瑞利散射、拉曼散射、荧光等光谱信息，通过上述光谱信息可以进而推知所述碳纳米管100的手性以及相关物理性质。

[0062] 本实施例中获取了上述碳纳米管100的瑞利散射光谱与拉曼散射光谱，并且通过上述光谱信息获得单壁碳纳米管的手性指数。请参见图7，图7为图2中的6根单壁碳纳米管的共振瑞利散射光谱。图7中第1、2、6根单壁碳纳米管的瑞利散射光谱中存在两个共振峰，可以直接通过其瑞利散射光谱判断其手性；第3、4、5根单壁碳纳米管均只有一个共振峰，可以将所述瑞利散射光谱与其他辅助信息结合判断其手性，所述辅助信息包括单壁碳纳米管的管径、荧光光谱等。本实施例中利用碳纳米管的管径信息作为辅助信息帮助判断手性。所述管径信息可以通过根据拉曼散射光谱中径向呼吸模(Radial Breathing Mode, RBM)波数确定。图1所示的系统也可以用来测量碳纳米管100的拉曼散射光谱，此时拉曼散射所需的激励能量由光源500提供。本实施例中拉曼散射光谱的获取方法为：

[0063] S51，获得碳纳米管100的共振瑞利散射光谱；

[0064] S52，由所述共振瑞利散射光谱计算拉曼散射所需的能量；

[0065] S53，获得碳纳米管100的的拉曼散射光谱。

[0066] 不同的碳纳米管100激发共振拉曼散射所需能量不同，现有技术中需要花费较长时间确定激发拉曼光谱所需的能量。本实施例中拉曼散射光谱所需的能量直接由共振瑞利散射光谱获得，从而缩短了获取拉曼散射光谱所需的时间。图2中第3与第5根碳纳米管所需的激励波长为633nm，第4根碳纳米管所需的激励波长为514nm。

[0067] 图8为用上述方法获得的第3、4、5根碳纳米管的拉曼散射光谱。综合上述共振瑞利散射光谱与拉曼散射光谱，可以计算出图2中6根碳纳米管的手性指数依次为：(35, 10) , (17, 12) , (22, 3), (13, 9), (19, 14), 和 (26, 21)。

[0068] 本发明第二实施例提供另外一种测量碳纳米管手性的方法，包括以下步骤：

[0069] S1 提供一待测碳纳米管100；

[0070] S2 提供一棱镜210，所述棱镜具有一棱镜第一表面211与一棱镜第二表面212，两个表面之间夹角小于90°，所述碳纳米管100设置于棱镜第二表面212；

[0071] S3 一束具有连续光谱的白色入射光300由棱镜第一表面211入射后射向所述碳纳米管100，所述碳纳米管100在该入射光300的照射下发生共振瑞利散射；

[0072] S4利用光学显微镜观测该碳纳米管100，所述光学显微镜所配备的物镜400为油镜或水镜之中的一种，观测时该碳纳米管100与所述物镜400通过一耦合液205耦合；

[0073] S5获取所述待测碳纳米管100的共振瑞利散射光谱，根据该共振瑞利散射光谱信息获得待测碳纳米管100的手性指数。

[0074] 本发明第二实施例提供的测量碳纳米管手性的方法与本发明第一实施例区别在于：第一实施例中光学显微镜配备的物镜400为水镜，而第二实施例中光学显微镜配备的物镜400可以为水镜也可以为油镜；第一实施例中入射光300经由一水槽200射向所述碳纳米管100，而第二实施例中入射光300经由一棱镜210射向所述碳纳米管100。图9为本发明第二实施例提供的碳纳米管手性测量系统的结构示意图。现将本实施例中与第一实施例不相同的步骤进行详细介绍。

[0075] 步骤S2中，所述棱镜210用于对入射光300进行耦合，可以由透明材料如玻璃、石英、透明塑料等制成。

[0076] 所述棱镜210形状可根据实际需要选择，可以为三棱镜、四棱镜或其它常见的棱镜形状。所述棱镜210具有两个夹角小于90°的表面，分别定义为棱镜第一表面211与棱镜第二表面212。本实施例中所述棱镜210为一截面为梯形的四棱镜，所述棱镜第一表面211与棱镜第二表面212为四棱镜相邻的两个表面，两个表面间的夹角β的范围为45°≤β<90°，优选为75°。

[0077] 所述碳纳米管100可以直接设置于棱镜第二表面212，也可以将该碳纳米管100通过一基体203设置于所述棱镜第二表面212，后一种方法使碳纳米管100的更换更为简便。所述碳纳米管100可以是完全固定于所述基体203表面，也可以是仅部分固定于所述基体203表面。前一种方法中所述基体203由透明材料制备，如玻璃、石英、透明塑料等，其折射率与棱镜210折射率相同或相近，以减少入射光300在透明基体203与棱镜210交界面处的损失。本实施例中，所述基体203为一层状石英基体，该基体203的一个表面设置有碳纳米管100，另一表面则与棱镜第二表面212紧密结合。

[0078] 步骤S3中，所述入射光300为一束具有连续光谱的白光，本实施例中该入射光300由一超连续谱激光器 (Fianium SC400)发出，该超连续谱激光器输出功率高，并在整个光谱范围内保持很高的亮度。碳纳米管100在入射光300的作用下发生共振瑞利散射。

[0079] 本实施例中所述入射光300由棱镜第一表面211射向所述碳纳米管100，入射时，入射光300的入射方向与棱镜第一表面211之间的夹角γ越大，入射光300在界面处的色散与衰减程度越低，故，本实施例中入射光300的入射方向与棱镜第一表面211垂直。

[0080] 本实施例中还对所述超连续谱激光器发出的入射光300在射向碳纳米管100之前进行了滤波与聚焦处理，详细过程可参考第一实施中的相关介绍。图10为本实施例获得的单壁碳纳米管的共振瑞利散射照片。

[0081] 步骤S4中，可以直接在所述光学显微镜下实时观察碳纳米管100，也可以将该光学显微镜与一相机401连接，利用相机401记录下碳纳米管100所成之像，以便对该碳纳米管100进一步分析。

[0082] 所述光学显微镜物镜400可以为一油镜也可以为一水镜，观测前需在在所述碳纳米管100上滴加耦合液205，观测时物镜400浸入耦合液205中。所述耦合液205的选择应与光学显微镜物镜400的种类相对应，当物镜400为油镜时，所述耦合液205需为油性耦合液，如甘油、香柏油、石蜡油或其他合成浸油；当物镜400为水镜时，所述耦合液205需为水性耦合液，如水或水溶液。本实施例中采用的光学显微镜物镜400为一油镜，其放大倍数100X，孔径数值1.30，本实施例中所选用的耦合液205为甘油。

[0083] 本实施例利用油镜取代第一实施例中的水镜，进一步提高了光学显微镜物镜400的放大倍数与数值孔径，有助于提高测量的精确程度。需要指出的是，在实际观测中如果对碳纳米管100的颜色、形态等信息的精确度要求不是很高，可以省略步骤S3，即可以直接在空气中对碳纳米管100进行观测。

[0084] 本发明第三实施例提供一种测量碳纳米管手性的方法，其基本步骤与本发明第一实施例相同，区别在于：第一实施例中所述基体203为一Si/SiO2基体。该Si/SiO2基体的底部为Si基，Si基上表面形成有一层厚度为100nm的SiO2层，碳纳米管100单壁碳纳米管通过转移至所述基体203表面；第二实施例中所述基体203为石英基体，碳纳米管100直接生长于所述石英基体203表面。图11为本实施例获得的单壁碳纳米管共振瑞利散射照片。

[0085] 本实施例可以在生长基原位直接对碳纳米管100进行测量，省去了转移碳纳米管100的步骤，简化了测量过程，同时也扩大了本发明的应用范围。

[0086] 本发明第四实施例提供一种测量碳纳米管手性的方法，本实施例对第一与第二实施例中所用的基体203进行改变，区别在于：第一实施例与第二实施例中所述碳纳米管100完全固定于基体203表面，而本实施例中仅将碳纳米管100部分固定于基体203表面。基体203表面设置有一凹槽204，所述碳纳米管100的两端分别固定于所述凹槽204的两侧，位于凹槽上方的部分与凹槽的底面间隔设置。图12为本实施例设置有凹槽204的基体及位于其表面的碳纳米管100。

[0087] 本实施例将碳纳米管100两端分别固定于凹槽204的两侧，位于凹槽上方的部分与凹槽的底面间隔设置，在保证碳纳米管100固定的同时进一步减少基体散射对观测结果的影响。

[0088] 本发明第五实施例提供一种测量碳纳米管手性的方法，其基本步骤与本发明第一实施例相同，区别在于：第一实施例中碳纳米管100完全浸没于盛有耦合液205的水槽200中，入射光300通过一水槽透明侧面201射向碳纳米管100表面，而本实施例中，入射光300通过一光纤303耦合到碳纳米管100表面，所述光纤303的一端与入射光300耦合，另一端与碳纳米管100同时浸入到耦合液205中。图13为本实施例提供的通过光纤303耦合的碳纳米管手性测量系统结构示意图，图13中碳纳米管100完全浸没于盛有耦合液205的水槽200中，实际测量中也可以不需要提供水槽200，而只是在碳纳米管100的表面滴加耦合液205，使碳纳米管100完全浸没于耦合液205中。

[0089] 本实施例进一步降低了入射光300传播过程中发生的衰减与色散，且对水槽200的外形与材料均无特定要求。

[0090] 本发明还提供一种测量碳纳米管手性的装置，包括：一超连续谱白光激光器，用于产生入射光300，所述碳纳米管100在该入射光300的作用下发生共振瑞利散射；一光学显微镜，所述光学显微镜的物镜400为一水镜；耦合液205，所述碳纳米管100完全浸没于该耦合液205中，所述光学显微镜物镜400通过该耦合液205与所述碳纳米管100耦合；以及一光谱仪501，所述光谱仪501与光学显微镜相连，用于采集所述碳纳米管100的光谱信息。所述测量碳纳米管手性的装置还可以进一步包括一基体203，用于固定所述待测碳纳米管100；以及一与所述光学显微镜相连的相机401，用于记录光学显微镜所获得的碳纳米管100的色彩、位置以及形态信息。

[0091] 本发明还提供一种测量碳纳米管手性的装置，包括：一棱镜210，所述棱镜210包含一棱镜第一表面211以及一棱镜第二表面212，两个表面之间夹角β的取值范围为45°≤β <90°；一超连续谱白光激光器，用于产生入射光300，并使该入射光300自棱镜第一表面211射向待测碳纳米管100；一光学显微镜，所述光学显微镜所配备的物镜400为油镜或水镜之中的一种；耦合液205，所述耦合液205与所述光学显微镜的物镜400种类相对应；以及一光谱仪501，所述光谱仪501与光学显微镜相连，用于采集所述碳纳米管100的光谱信息。所述测量碳纳米管手性的装置还可以进一步包括一基体203，所述基体203为一透明基体，该透明基体的一个表面设置有所述碳纳米管100，与之相对的另一表面与所述棱镜第二表面212紧密接触，所述入射光300能够穿过该透明基体射向所述碳纳米管100以及一与所述光学显微镜相连的相机401，用于记录光学显微镜所获得的碳纳米管100的色彩、位置以及形态信息。

[0092] 与现有技术相比较，本发明提供的测量碳纳米管手性的方法将碳纳米管100浸没于耦合液205之中，利用碳纳米管100在液体界面处存在的界面偶极子增强效应提高共振瑞利散射强度，可以实现光学显微镜下实时、无损的在生长基原位对碳纳米管100进行观测，获取碳纳米管100的色彩、位置、形态以及手性信息，且测量方法相较于现有技术更为简便，成本更低。

[0093] 另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，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。

标题	发布/更新时间	阅读量
纳米管膜-专利编号CN104944404B	2020-05-11	231
纳米管膜-专利编号CN104944404A	2020-05-12	112
硅纳米管MOSFET-专利编号CN103392234A	2020-05-13	488
碳纳米管应用于地暖电热膜上的方法-专利编号CN104918341A	2020-05-11	770
碳纳米管-专利编号CN105658573A	2020-05-11	879
PT纳米管-专利编号CN103490077B	2020-05-11	492
PT纳米管-专利编号CN103490077A	2020-05-12	633
碳纳米管膜-专利编号CN101734646B	2020-05-13	555
一种埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料-专利编号CN107163573A	2020-05-13	953
一种埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料-专利编号CN107163573B	2020-05-12	1046

一种测量碳纳米管手性的方法及装置

一种测量碳纳米管手性的方法及装置

技术领域

背景技术

发明内容

附图说明

具体实施方式

IPRDB

热门服务

关于我们

友情链接

联系方式