一维和二维纳米材料的快速表征系统

项目简介和成果展示

大型透射式电子衍射仪

      主要用于大面积二维材料的快速结构表征,包括石墨烯和MoS2的单晶和多晶样品成像,判断样品是单晶还是多晶,确定单晶的晶体尺寸,晶粒之间的相互取向,多晶的晶粒分布。可以快速确定二维材料的结构和组成。
      通过调节电子束的聚焦状态可以在成像和衍射模式之间切换。成像模式中衍射束也可以同时成像,此时可对样品成像区域的晶体结构及组成进行分析。在小束斑情况下,可以得到明亮的衍射图形,此时可以对样品进行衍射分析。两种模式下都可以通过移动样品实现对于样品整个区域的扫描。较低的电子束能量可用来探测分析表面的吸附态,通过微型喷嘴供给不同种类的分子,从而研究感兴趣的分子在材料的吸附,进一步可以在这一表面上研究两种或者多种气体分子的相互作用。加热功能可以控制样品的局域温度,从而也可以分析温度对于结构和表面状态的影响。在荧光屏部分还附加了一个可以测量电流的小探针,可以研究特定衍射束的强度特性。
      该仪器的技术指标如下:仪器可以达到 10-4-10-6Pa 的真空,在这一段真空范围内都可以观察到衍射斑点及衍射成像;电子束能量从 800eV 到 3000eV,束流在 0.1 微安到 1 微安,电子束斑控制在直径 0.5 毫米到 5 毫米,可以观察单层至多层石墨烯及 MoS2 等二维材料,一次观察样品尺寸从十微米量级到数毫米量级,通过样品移动,可以对尺寸至 2cm 见方的范围进行快速的结构表征。相机长度通过金的多晶衍射进行校准。通过针阀和喷嘴系统可以原位的供给吸附分子,质谱计可以确定分子种类,可以观察到吸附分子形成的特定斑点。可从室温到 1500K 对样品进行变温,对与温度相关的结构和相互作用进行研究。
      此仪器须在真空环境下工作,系统集成了吸附研究和束流测量,在满足对于大面积样品结构表征的同时,还可以对于材料的基本物性深入研究。

微看显微系统

      主要用于碳纳米管在光学显微镜下的快速定位,并获得其位置,取向和分布等信息。
      通过微看显微镜和微看模块的各个部件的参数设置和配合,技术性能上主要实现:,
      (1)成像迅速,达到每秒拍摄一张微看显微图像;
      (2)定位精确,定位精度达到 1 微米,满足瑞利、拉曼等光谱分析对样品定位的要求。

瑞利显微成像光谱系统

      主要用于碳纳米管的宏观阵列的快速表征,包括碳管的位置、长度和分布等特征,同时通过碳管瑞利散射所得到的颜色判定碳管的手性。
      可以快速确定碳管的手性。通过碳管的瑞利实时真彩色图像,可以同时得到单壁碳管的真彩色图像和其瑞利谱,根据其瑞利谱上的共振峰的位置得到该单壁碳管的手性指数。可以实现两种光谱采集模式,一是单点采集,即采集真彩色图像上某一点的瑞利谱,二是同时采集真彩色图像中所有像素点的光谱,即高光谱成像模式(Hyperspectral Imaging)。这种采集方式会大大提高光谱采集效率,但样品的位置分辨率会有所降低。该模块的主要技术指标如下:一次得到 0.01mm2范围内的样品的真彩色图像;单点采集光谱时,样品位置分辨率可达 1µm,光谱的波长分辨率为 2nm;高光谱成像时,样品位置分辨率达 5µm,光谱的波长分辨率为 5nm。

小型透射式电子衍射仪

    小型化的便携系统,适用于快捷表征材料的晶体结构。    主要用于大面积二维材料的快速结构表征,包括石墨烯和MoS2的单晶和多晶样品成像,判断样品是单晶还是多晶,确定单晶的晶体尺寸,晶粒之间的相互取向,多晶的晶粒分布。可以快速确定二维材料的结构和组成。
    通过调节电子束的聚焦状态可以在成像和衍射模式之间切换。成像模式中衍射束也可以同时成像,此时可对样品成像区域的晶体结构及组成进行分析。在小束斑情况下,可以得到明亮的衍射图形,此时可以对样品进行衍射分析。两种模式下都可以通过移动样品实现对于样品整个区域的扫描。

研究方向

目前研究兴趣包括:

1. 碳纳米管的生长机理.

2. 碳纳米管的可控合成.

3. 碳纳米管的物性研究.

4. 碳纳米管的应用研究.