Зонд с углеродной нанотрубкой для атомно-силового микроскопа

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЗОНД С УГЛЕРОДНОЙ НАНОТРУБКОЙ ДЛЯ АТОМНО-СИЛОВОГО МИКРОСКОПА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Худолей Андрей Леонидович Чижик Сергей Антонович Абетковская Светлана Олеговна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Зонд с углеродной нанотрубкой для атомно-силового микроскопа, содержащий конусообразное основание с закрепленной углеродной нанотрубкой, отличающийся тем, что на острие конусообразного основания и конец углеродной нанотрубки, противоположный острию зонда, нанесены наночастицы, связанные между собой химическими силами, причем размер наночастиц, прилегающих к внешней поверхности углеродной нанотрубки составляет не более 10 нм, а к острию конусообразного основания - не более 40 нм.(56) 1.,2003. , , . -33. Кантилеверы и решетки компании МикромашКаталог. 2. Патент на полезную модель РБ 3004, МПК 7 В 82 В 3/00,12 21/08, 2006. 52082009.04.30 Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к зондам с углеродными нанотрубками для атомно-силовых микроскопов, в том числе к зондам, восстановленным после использования, и может быть использована в сканирующей зондовой микроскопии. Известен зонд для атомно-силовой микроскопии 1. Конструкция зонда представляет собой конусообразное основание, выполненное из кремния, острие которого покрыто слоем кобальта и слоем хрома. Использование металлических слоев позволяет расширить класс используемых материалов, применяемых для изготовления силового зонда. Однако существенным недостатком такой конструкции является достаточно большой радиус закругления, который еще больше увеличивается в процессе использования зонда, что приводит к снижению качества (разрешения) изображений и невозможности распознания элементов поверхностей исследуемых материалов с латеральными размерами менее десяти нанометров. Наиболее близкой конструкцией к предлагаемому техническому решению является зонд с углеродной нанотрубкой для атомно-силового микроскопа, имеющий конусообразное основание с закрепленной углеродной нанотрубкой на его острие, причем свободный конец углеродной нанотрубки образует острие зонда 2. Основным достоинством такой конструкции является то, что углеродные нанотрубки имеют строго определенный радиус закругления, который не изменяется в процессе использования зонда, что значительно повышает точность и стабильность проводимых измерений. Существенным недостатком такой конструкции является недостаточная жесткость соединения углеродной нанотрубки с острием основания зонда, так как их контакт образован по типу сфера-сфера, что приводит к срывам на отдельных участках получаемых изображений, обусловленных наклоном углеродной нанотрубки при сканировании неровностей поверхности. Задачей предлагаемого технического решения является улучшение качества изображений атомно-силовой микроскопии путем повышения надежности соединения углеродной нанотрубки с основанием зонда. Задача решается следующим образом. В известном зонде с углеродной нанотрубкой для атомно-силового микроскопа, содержащем конусообразное основание с закрепленной углеродной нанотрубкой, согласно предлагаемому техническому решению, на острие конусообразного основания и конец углеродной нанотрубки, противоположный острию зонда, нанесены наночастицы, связанные между собой химическими силами, причем размер наночастиц, прилегающих к внешней поверхности углеродной нанотрубки, составляет не более 10 нм, а к острию конусообразного основания - не более 40 нм. На фигуре показана схема общего вида зонда в увеличенном масштабе. Вершина острия основания 1 зонда снабжена углеродной нанотрубкой 2, на конец углеродной нанотрубки 2, противоположный острию зонда, нанесены наночастицы 3 размером не более 10 нм, а на острие основания 1 зонда - наночастицы 4 размером не более 40 нм. Зонд с углеродной нанотрубкой для атомно-силового микроскопа работает следующим образом. Зонд устанавливают в атомно-силовом микроскопе (на фигуре не показан) и обеспечивают статический контакт зонда с поверхностью исследуемого материала, после чего осуществляют процесс сканирования посредством перемещения зонда по поверхности исследуемого материала. Вертикальная координата острия зонда фиксируется датчиком, а две горизонтальные координаты перемещения поверхности задаются схемой управления атомно-силового микроскопа в процессе сканирования. Сигнал обрабатывается электронной схемой атомно-силового микроскопа и его компьютером, а затем на экран компьютера выводится, например, графическое изображение поверхности исследуемого материала. 52082009.04.30 Наночастицы размерами менее 10 нм используют для нанесения на наружную поверхность углеродной нанотрубки с целью образования как можно большего количества химических связей по диаметру углеродной нанотрубки в связи с тем, что при таких размерах наночастиц наблюдается значительное повышение их физико-химических свойств, и поэтому они легко образуют химические связи с углеродной нанотрубкой благодаря их высокой поверхностной активности. Для последующего образования контактов по типу наночастица-наночастица и наночастицы - поверхность острия основания зонда используют более крупные наночастицы размерами, но не более 40 нм, так как с увеличением размера наночастиц доля их поверхностной энергии начинает резко уменьшаться, что приводит к нежелательному ослаблению химических связей. Таким образом, наличие наночастиц в месте соединения углеродной нанотрубки с острием основания зонда позволяет повысить надежность закрепления нанотрубки, что в конечном итоге приводит к улучшению качества получаемых изображений при сканировании поверхности объекта. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3