本申請屬于高性能探針修飾，具體地講，涉及一種包裹二維材料的探針尖端結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在納米科技和材料科學(xué)的領(lǐng)域中，高分辨率探針技術(shù)如掃描近場光學(xué)顯微鏡(snom)和原子力顯微鏡(afm)扮演著至關(guān)重要的角色。這些技術(shù)不僅能夠以納米尺度進(jìn)行表面成像和測量，還能夠揭示材料結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間微妙的關(guān)聯(lián)，從而推動了微納米技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

2、snom作為一種非接觸式的光學(xué)顯微技術(shù)，利用探針尖端與樣品表面極近距離的交互作用，使得能夠超越傳統(tǒng)光學(xué)分辨極限，實(shí)現(xiàn)超高分辨率的光學(xué)成像。它在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，例如對生物分子、細(xì)胞和生物組織的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行直接觀察和分析，為疾病診斷、藥物開發(fā)等提供了重要的支持。afm則以其在原子尺度上的力測量能力而聞名。通過探針尖端對樣品表面的微小力互動進(jìn)行檢測，afm能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率的表面成像、力譜學(xué)和表面力測量，為材料科學(xué)研究和納米結(jié)構(gòu)制備提供了不可替代的手段。在材料科學(xué)領(lǐng)域，afm被廣泛用于表面形貌分析、表面力學(xué)性質(zhì)測量、薄膜和納米結(jié)構(gòu)的制備與表征等方面，對新材料的開發(fā)和優(yōu)化起到了關(guān)鍵作用。

3、對于納米技術(shù)和材料科學(xué)領(lǐng)域而言，二維材料具有獨(dú)特的優(yōu)勢和潛力，尤其是在探針技術(shù)中的應(yīng)用。二維材料，如石墨烯、硼氮化物(h-bn)、過渡金屬二硫化物(tmds)等，因其單層結(jié)構(gòu)、高比表面積和優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)及力學(xué)性質(zhì)，成為探針尖端材料的理想選擇。首先，二維材料的單層結(jié)構(gòu)賦予其出色的機(jī)械柔韌性和強(qiáng)大的力學(xué)性能，這使得它們能夠適應(yīng)探針尖端復(fù)雜的形狀和尺寸需求，同時保持穩(wěn)定的性能。與傳統(tǒng)材料相比，二維材料的高表面積與體積比使得其在接觸和感知應(yīng)用中表現(xiàn)出更高的靈敏度和響應(yīng)速度，這對于高分辨率的成像和測量至關(guān)重要。其次，二維材料具有優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)超高分辨率的光學(xué)顯微成像和電子顯微鏡成像，例如通過snom和afm技術(shù)。這些材料的光學(xué)透明性和電學(xué)導(dǎo)電性能使得它們在納米電子學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，例如作為光學(xué)傳感器和電子器件的關(guān)鍵組成部分。此外，二維材料的化學(xué)穩(wěn)定性和表面活性也為其在探針技術(shù)中的應(yīng)用提供了可靠的基礎(chǔ)。它們能夠抵抗氧化、化學(xué)腐蝕和熱衰減，保證探針尖端的長期穩(wěn)定性和可靠性。綜上所述，二維材料作為探針尖端的包覆材料，不僅能夠提升探針技術(shù)的分辨率和靈敏度，還能夠拓展其在納米電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

4、然而，隨著對精度和分辨率要求的不斷提升，現(xiàn)有探針尖端制備技術(shù)的不足之處開始顯現(xiàn)。傳統(tǒng)方法，包括電子束曝光、聚焦離子束刻蝕和化學(xué)氣相沉積(cvd)，雖然在特定情況下有效，但在實(shí)際應(yīng)用中面臨諸多挑戰(zhàn)。比如cvd方法可能因高溫而損傷探針尖端，并且轉(zhuǎn)移成本高。而且這些技術(shù)通常需要昂貴的設(shè)備和復(fù)雜的操作流程，限制了它們在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室的普及。此外，它們在實(shí)現(xiàn)大面積均勻覆蓋方面存在困難，這可能導(dǎo)致探針尖端性能的不一致性，進(jìn)而影響測量的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

5、現(xiàn)有技術(shù)在制備具有特定形狀或尺寸的探針尖端時也面臨挑戰(zhàn)，難以滿足特定應(yīng)用的精確要求。探針尖端的耐磨性和穩(wěn)定性不足以應(yīng)對長時間高強(qiáng)度的使用需求，這在復(fù)雜環(huán)境和高強(qiáng)度操作中尤為明顯。機(jī)械強(qiáng)度不足，尤其是在面對機(jī)械應(yīng)力或振動時，可能會限制探針尖端的可靠性和壽命。此外，現(xiàn)有探針尖端通常具有固定的尺寸和形狀，難以根據(jù)特定需求進(jìn)行定制和優(yōu)化。表面特性，如粗糙度和化學(xué)性質(zhì)，可能不夠理想，這可能影響探針尖端與樣品表面的相互作用及測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

6、鑒于這些挑戰(zhàn)，開發(fā)新的探針尖端制備技術(shù)變得尤為重要。這種新技術(shù)將提升探針尖端的耐用性、機(jī)械強(qiáng)度、形狀定制能力、表面特性優(yōu)化及應(yīng)用多樣性。這不僅能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的局限性，還將推動探針技術(shù)在納米科技和材料科學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展，滿足日益增長的高精度和高分辨率需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請解決的技術(shù)問題是：如何提供一種操作簡便、覆蓋均勻、適應(yīng)不同形態(tài)尖端的包裹二維材料的探針尖端結(jié)構(gòu)的制備方法。

2、本申請?zhí)峁┝艘环N包裹二維材料的探針尖端結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法包括：

3、從塊狀二維材料中剝離得到單層二維材料；

4、對所述單層二維材料進(jìn)行超聲分散處理，得到二維材料懸浮液；

5、將探針尖端浸泡在所述二維材料懸浮液中，在探針尖端表面形成二維材料薄片層。

6、可選地，所述從塊狀二維材料中剝離得到單層二維材料的方法為采用電化學(xué)剝離方法從塊狀二維材料剝離得到單層二維材料。

7、可選地，對所述單層二維材料進(jìn)行超聲分散處理，得到二維材料懸浮液的方法包括：

8、將所述單層二維材料加入到預(yù)定溶劑中，進(jìn)行超聲處理，得到二維材料懸浮液。

9、可選地，所述制備方法還包括：

10、將探針尖端從所述二維材料懸浮液取出，進(jìn)行干燥處理。

11、可選地，所述干燥處理的方法包括：

12、采用預(yù)定氣體流量的氮?dú)鈽寣亩S材料懸浮液取出的探針尖端進(jìn)行干燥。

13、本申請還提供了一種包裹二維材料的探針尖端結(jié)構(gòu)，包裹二維材料的探針尖端結(jié)構(gòu)根據(jù)上述的制備方法制備得到的。

14、本申請?zhí)峁┑囊环N包裹二維材料的探針尖端結(jié)構(gòu)的制備方法及其制備方法，具有如下技術(shù)效果：

15、該方法操作更簡便，不需要復(fù)雜的高溫和高真空條件，降低了設(shè)備和運(yùn)行成本；其次，通過電化學(xué)剝離和超聲分散技術(shù)，能夠獲得高質(zhì)量的二維材料懸浮液，確保探針尖端的覆蓋均勻性和材料穩(wěn)定性；再次，該方法具有較高的適應(yīng)性，能夠靈活處理不同形狀和尺寸的探針尖端，滿足特定應(yīng)用的要求。

技術(shù)特征：

1.一種包裹二維材料的探針尖端結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包裹二維材料的探針尖端結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述從塊狀二維材料中剝離得到單層二維材料的方法為采用電化學(xué)剝離方法從塊狀二維材料剝離得到單層二維材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包裹二維材料的探針尖端結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，對所述單層二維材料進(jìn)行超聲分散處理，得到二維材料懸浮液的方法包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包裹二維材料的探針尖端結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的包裹二維材料的探針尖端結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述干燥處理的方法包括：

6.一種包裹二維材料的探針尖端結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述包裹二維材料的探針尖端結(jié)構(gòu)根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N包裹二維材料的探針尖端結(jié)構(gòu)及其制備方法。制備方法包括：從塊狀二維材料中剝離得到單層二維材料；對單層二維材料進(jìn)行超聲分散處理，得到二維材料懸浮液；將探針尖端浸泡在二維材料懸浮液中，在探針尖端表面形成二維材料薄片層。該方法操作更簡便，不需要復(fù)雜的高溫和高真空條件，降低了設(shè)備和運(yùn)行成本，能夠獲得高質(zhì)量的二維材料懸浮液，確保探針尖端的覆蓋均勻性和材料穩(wěn)定性，該方法具有較高的適應(yīng)性，能夠靈活處理不同形狀和尺寸的探針尖端。

技術(shù)研發(fā)人員：鞏鳳凡,詹高磊,李春曉,趙之文,袁秉凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6