丈量纳米世界有了新“触角”

 
 
丈量纳米世界有了新“触角”  
 

第一个操作氦离子注入制造的纳米球探针的工艺流程

克日，界面研究期刊《兰格缪尔》刊发了浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区连系学院研究员胡欢团队，连系美国IBM沃森研究中心以及东华大学机器系传授彭倚天团队新成就，并作为封面之一重点报道。他们相助发现的一种新型纳米球探针技能，可以精准丈量纳米到微米标准范畴的界面，填补了该标准空白，办理了纳米摩擦学规模的重要技能瓶颈。

触角是昆虫重要的感觉器，通过感伤外界物体，做出相应反馈。在物质世界中，要更好研究物体打仗时的“气力”离不开原子力显微镜，而其焦点构件探针，则如同昆虫的“触角”，可以或许将样品外貌的浸染力转换成微悬臂梁的弯曲，进而通过激光束探测到。

然而持久以来，球形原子力显微镜探针（也称胶体探针）在纳米标准的丈量存在“盲区”。

原子力显微镜一个微悬臂梁和位于自由端的一个纳米针尖组成，可以或许通过探针将十分微小的的力，通过微悬臂梁反射的激光信号丈量出来，为探究纳米标准的物质世界打开一扇门。

球形原子力探针是浩瀚范例原子力显微镜探针中的重要成员，球形在形变、硬度、力学属性等方面更具优势，进而有利于后续的科学阐明。球形探针，十分适合界面力学的精准丈量，因为打仗面积是球面，可以准确预测打仗面积和力的干系，因此可以精准的测试样品的力学特性，且不容易粉碎样品，在生物规模如细胞，细菌和病毒的力学测试，胶体科学规模有辽阔的应用前景

可是，传统显微镜上的球形探针，跟着科研成长的历程具有明明的不敷。因此如何做小球形探针，如何让球形探针粘上去不掉下来，成为摆在科学界眼前的困难。

胡欢团队恒久从事各类纳米制造技能的研究，对高能氦离子束并不生疏。

高能氦离子束可以聚焦成为直径在0.5纳米阁下的束斑，像一把超等小的刀，可以或许将质料在纳米标准任意切割，但在硅质料衬底中注入高能氦离子束则会形成隆起。“这是家产界很是不肯看到的现象，这个隆起可以说是氦离子用于纳米制造规模的一个瑕疵中。”胡欢先容。

可是，这个瑕疵在胡欢看来“如获至宝”。“从透射电镜的照片中可以清楚的看到硅片外貌在氦离子的注入下隆起来像一个球，正好遐想到原子力显微镜球探针一直以来难以制造纳米球的布局这一技能瓶颈。”

于是，胡欢研究组举办了第一个操作氦离子隆起效应制造纳米球探针的尝试。通过聚焦离子刻蚀在普通原子力显微镜探针上镌刻出一个平台，然后在平台上精准定位，注入高能氦离子束，使得单晶硅隆起，实现了一种不变靠得住的纳米球探针技能纳米制造工艺。具有高判别率、高精确性、耐高温的球形探针由此制造而成了，球针尖的直径实现了在100纳米到1微米之间准确调控，填补了这一规模空缺。

哈尔滨家产大学能源化工系主任甘阳传授评价该事情：“不单实现了亚微米/纳米球的位置、尺寸和形状精准可控，并且亚微米/纳米球与探针的原生一体式布局确保了高团结强度和针尖外貌无污染。”

胡欢认为，新的探测东西的制造，将有利于促进纳米摩擦学、生物质料的测试和研发，以及分子之间力的丈量，对证料学、摩擦学、生物医学城市起到很好的敦促浸染。

该研究获得了国度自然科学基金、浙江省自然科学基金、ZJUI启动经费和唐仲英基金会的支持。

相关论文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.0c00923