超薄納米材料,如石墨烯、金屬氫氧化物納米片等,在催化、能源存儲等領域展現出巨大的潛力,原因在于納米級別的厚度所引起的尺寸效應賦予其獨特的光電特性。然而,充分利用上述特性的前提是實現超薄納米材料的規模化制備,在此過程中,關鍵技術之一是對材料的厚度的準確解析。近期,中國科學院大學劉向峰教授課題組采用水誘導自剝離技術制備了大尺寸金屬氫氧化物超薄納米片,并通過島津SPM-9700HT(掃描探針顯微鏡)實現了準確的厚度測量,相關研究成果發表在The Journal of Physical Chemistry Letters (2019, 10, 6695-6700)期刊。
劉教授課題組采用SEM(掃描電子顯微鏡)、TEM(透射電子顯微鏡)和SPM(掃描探針顯微鏡)分別對制備的大尺寸金屬氫氧化物超薄納米片樣品進行了表征(圖1)。但與SEM、TEM相比,島津SPM不僅可表征樣品的表面形貌,而且能準確區分不同區域的樣品厚度,其中準確表征了樣品的厚度僅為0.69 nm,與單分子層金屬氫氧化物的厚度一致;有力證明了已成功制備了大尺寸金屬氫氧化物的超薄納米片,為后續的物理化學性質研究奠定了堅實的基礎。
SPM的工作原理(圖2)為利用細微的探針在樣品表面掃描的同時,檢測探針與樣品之間相互作用的物理量,表征材料表面的形貌、粗糙度、電流電勢分布及磁疇分布等。
島津公司作為SPM廠商,具有一系列不同型號的SPM,其中SPM-9700HT(圖3)是公司旗下目前暢銷的掃描探針顯微鏡,其具有的獨特優勢(圖4)有:探針更換夾具及頭部滑移機構,讓操作變簡捷輕松的同時,大大提高了工作效率;配備快速響應的HT掃描器,在不降低分辨率的前提下,掃描速度比傳統設備快5倍以上;另外可配置專業的環境控制艙,進行復雜環境(真空、溫濕度、光輻照、不同氣氛)下的原位觀測;具有豐富的模式,滿足所有要求的功能和擴展性。
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