本發(fā)明涉及納米表征領(lǐng)域，尤其涉及一種用于原子力顯微鏡表征大環(huán)分子自組裝結(jié)構(gòu)的樣品制備方法。

背景技術(shù)：

大環(huán)分子自組裝納米管具有良好的可修飾性與物質(zhì)輸運(yùn)能力，在水處理、貴金屬純化、生物傳感與檢測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的潛在應(yīng)用。該類納米管通過(guò)大環(huán)分子自組裝形成，因此自組裝性能對(duì)其功能實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。

原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)，一種可用來(lái)研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。它通過(guò)檢測(cè)待測(cè)樣品表面和一個(gè)微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來(lái)研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。將一對(duì)微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時(shí)它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發(fā)生形變或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。掃描樣品時(shí)，利用傳感器檢測(cè)這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級(jí)分辨率獲得表面形貌結(jié)構(gòu)信息及表面粗糙度信息。

原子力顯微鏡(AFM)作為近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的結(jié)構(gòu)表征手段，可以達(dá)到納米級(jí)的空間分辨率，是大環(huán)分子自組裝納米管結(jié)構(gòu)研究的有力工具。但是使用原子力顯微鏡獲得高分辨結(jié)構(gòu)信息往往要求樣品表面比較平整；同時(shí)由于存在針尖展寬效應(yīng)，為了準(zhǔn)確測(cè)量納米管直徑等參數(shù)，就需要納米管在基底表面有序緊密排列。因此在使用原子力顯微鏡表征大環(huán)分子自組裝形成納米管結(jié)構(gòu)時(shí)，就要求其可以在基底表面形成單層的、有序緊密排列的納米管層。

當(dāng)大環(huán)分子在溶劑中自組裝形成管狀結(jié)構(gòu)后難以實(shí)現(xiàn)在基底表面的有序緊密排列單層，因此就需要控制環(huán)境條件使大環(huán)分子在基底表面進(jìn)行自組裝成管。本發(fā)明通過(guò)使用兩種不同溶劑，控制環(huán)境飽和蒸汽成分，使分散的大環(huán)分子單體在基底表面緩慢有序的自組裝成管，從而獲得排列緊密的納米管單層，為實(shí)現(xiàn)高分辨原子力顯微鏡結(jié)構(gòu)表征提供良好的樣品制備基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種用于原子力顯微鏡表征的樣品制備方法，具有可獲得基底表面緊密排列納米管單層，更加適用于原子力顯微鏡高分辨結(jié)構(gòu)表征研究的特點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種用于原子力顯微鏡表征的樣品制備方法，包括下列步驟：

步驟一：將大環(huán)分子樣品溶解于第一溶劑中，形成均勻分散的大環(huán)分子單體溶液；

步驟二：將基底放入第二溶劑飽和蒸汽環(huán)境，在基底表面加入一定量步驟一所配置大環(huán)分子單體溶液；

步驟三：將帶有上述溶液的基底在第二溶劑飽和蒸汽環(huán)境放置孵育一定時(shí)間，使大環(huán)分子在基底表面自組裝形成緊密排列的納米管單層；

步驟四：將上述步驟三所得納米管樣品放置于真空中，使基底表面第一溶劑與第二溶劑充分揮發(fā)，使表面大環(huán)分子停止動(dòng)態(tài)自組裝過(guò)程。

進(jìn)一步的，所述步驟一中所配置的大環(huán)分子單體溶液溶度為10μM。

進(jìn)一步的，所述步驟二中所用的基底為1cm*1cm新揭云母片。

進(jìn)一步的，所述步驟二中所加大環(huán)分子單體溶液為2μL。

進(jìn)一步的，所述步驟三中的樣品在第二溶劑飽和蒸汽環(huán)境中過(guò)夜孵育。

進(jìn)一步的，所述步驟四中的納米管樣品放置于真空中，真空度為10kPa，時(shí)間為2小時(shí)。

進(jìn)一步的，所述大環(huán)分子單體溶液配置方法為稱取1.49mg大環(huán)分子樣品溶解于100mL第一溶劑中，水浴超聲5分鐘，形成濃度為10μM、均勻分散的大環(huán)分子單體溶液。

進(jìn)一步的，所述第二溶劑飽和蒸汽的制備方法為將新揭1cm*1cm云母片放置于樣品制備裝置中，裝置底部存有約50mL第二溶劑，使用水泵對(duì)樣品制備裝置進(jìn)行抽氣，使樣品制備裝置內(nèi)部真空度達(dá)到10kPa；關(guān)閉樣品制備裝置抽氣閥門，放置約2小時(shí)，使樣品制備裝置內(nèi)部為第二溶劑飽和蒸汽環(huán)境。

進(jìn)一步的，所述第一溶劑為氯仿溶劑。

進(jìn)一步的，所述第二溶劑為四氯化碳溶劑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：與傳統(tǒng)原子力顯微鏡表征大環(huán)分子自組裝結(jié)構(gòu)樣品制備方法相比，本發(fā)明的方法具有可獲得基底表面緊密排列納米管單層的特點(diǎn)，更加適用于原子力顯微鏡高分辨結(jié)構(gòu)表征研究。

附圖說(shuō)明

圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的用于原子力顯微鏡表征的樣品制備方法流程圖。

圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的6J-S3大環(huán)分子化學(xué)結(jié)構(gòu)式示意圖。

圖3所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的大環(huán)分子自組裝樣品制備裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的6J-S3大環(huán)分子在云母表面自組裝形成的緊密排列納米管單層結(jié)構(gòu)原子力顯微鏡圖像示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明不限于以下的實(shí)施方式。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

請(qǐng)參考圖1，圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的用于原子力顯微鏡表征的樣品制備方法流程圖。本發(fā)明提出一種用于原子力顯微鏡表征的樣品制備方法，包括下列步驟：

步驟一S100：將大環(huán)分子樣品溶解于第一溶劑中，形成均勻分散的大環(huán)分子單體溶液；

步驟二S200：將基底放入第二溶劑飽和蒸汽環(huán)境，在基底表面加入一定量步驟一所配置大環(huán)分子單體溶液；

步驟三S300：將帶有上述溶液的基底在第二溶劑飽和蒸汽環(huán)境放置孵育一定時(shí)間，使大環(huán)分子在基底表面自組裝形成緊密排列的納米管單層；

步驟四S400：將上述步驟三所得納米管樣品放置于真空中，使基底表面第一溶劑與第二溶劑充分揮發(fā)，使表面大環(huán)分子停止動(dòng)態(tài)自組裝過(guò)程。

根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，所述第一溶劑為氯仿溶劑，所述第二溶劑為四氯化碳溶劑，所述大環(huán)分子樣品為6J-S3(其結(jié)構(gòu)如附圖2所示)。所述步驟一中所配置的大環(huán)分子單體溶液溶度為10μM。所述大環(huán)分子單體溶液配置方法為稱取1.49mg大環(huán)分子樣品溶解于100mL氯仿中，水浴超聲5分鐘，形成濃度為10μM、均勻分散的6J-S3大環(huán)分子單體溶液。

所述步驟二中所用的基底為1cm*1cm新揭云母片。所述步驟二中所加大環(huán)分子單體溶液為2μL。將新揭1cm*1cm云母片放置于樣品制備裝置(如附圖3所示)中，裝置底部存有約50mL四氯化碳溶劑，使用水泵對(duì)樣品制備裝置進(jìn)行抽氣，使樣品制備裝置內(nèi)部真空度達(dá)到10kPa；關(guān)閉樣品制備裝置抽氣閥門，放置約2小時(shí)，使樣品制備裝置內(nèi)部為四氯化碳飽和蒸汽環(huán)境。

所述步驟三中的樣品在第二溶劑飽和蒸汽環(huán)境中過(guò)夜孵育。大環(huán)分子基底表面自組裝過(guò)程為：將步驟一制備的6J-S3大環(huán)分子氯仿溶液2μL通過(guò)注射器加入到樣品制備裝置內(nèi)云母片表面，并孵育過(guò)夜；6J-S3大環(huán)分子在四氯化碳溶劑中自組裝形成納米管。

所述步驟四中的納米管樣品放置于真空中，真空度為10kPa，時(shí)間為2小時(shí)。樣品去溶劑與原子力顯微鏡檢測(cè)過(guò)程為：將步驟三制備樣品從樣品制備裝置中取出，放置于另一真空干燥皿中，在10kPa真空度下放置2小時(shí)，使其表面溶劑充分揮發(fā)；將取出溶劑后的樣品在空氣環(huán)境下使用原子力顯微鏡輕巧模式進(jìn)行成像，檢測(cè)獲得的緊密排列納米管單層結(jié)構(gòu)(如附圖4所示)。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。