新型探針問世 測量原子力有了納米「觸角」

2020-08-07 環球網

來源：科技日報

科技日報訊 （洪恆飛 柯溢能 記者江耘）記者日前從浙江大學獲悉，該校胡歡研究員團隊聯合美國IBM沃森研究中心以及東華大學彭倚天教授團隊合作發明出一種新型納米球探針技術，可以精準測量納米到微米尺度範圍的界面，填補了該尺度空缺，解決了納米摩擦學領域的重要技術瓶頸。

原子力顯微鏡被用於研究物體接觸時的「力量」，其核心構件探針如同昆蟲的「觸角」，能夠將樣品表面的作用力轉換成微懸臂梁的彎曲，進而通過雷射束探測到。其中球形原子力探針在形變、硬度、力學屬性等方面更具優勢。然而傳統球形原子力探針尺寸為1—10微米，在納米尺度的測量存在盲區。與此同時，球形探針通過膠水粘貼，粘貼位置因難以把控而會影響精確度，遇到高溫或液體容易脫落。

「高能氦離子束可以聚焦成為直徑在0.5納米左右的束斑，像一把超級小的刀，能夠將材料在納米尺度任意切割，但在矽材料襯底中注入高能氦離子束會形成隆起。」胡歡說，研究組進行了第一個利用氦離子隆起效應製造納米球探針的實驗。通過聚焦離子刻蝕在普通原子力顯微鏡探針上雕刻出一個平臺，在平臺上精準定位後注入高能氦離子束，使得單晶矽隆起，實現了一種穩定可靠的納米球探針技術製造工藝，製成了具有高解析度、高準確性、耐高溫的球形探針，針尖的直徑可在100納米到1微米之間精確調控。

胡歡表示，該技術有利於促進納米摩擦學、生物材料的測試和研發，對材料學、摩擦學、生物醫學都會起到很好的推動作用。研究論文刊發於學術期刊《蘭格繆爾》。

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    在物質世界中，要更好研究物體接觸時的「力量」離不開原子力顯微鏡，而其核心構件探針，則如同昆蟲的「觸角」，能夠將樣品表面的作用力轉換成微懸臂梁的彎曲，進而通過雷射束探測到。然而長久以來，球形原子力顯微鏡探針（也稱膠體探針）在納米尺度的測量存在「盲區」。
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