基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法

本发明涉及材料，特别是涉及一种基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法。

背景技术：

1、碳纳米管自被发现以来，其优异的力学性能引起了广泛而深入的关注。它们手性的细微变化导致它们表现出不同的结构，这严重影响了它们的物理和化学性能，包括力学性能(如杨氏模量)。到目前为止，对碳纳米管的力学性能及其与结构的关系的研究仍然是一个未解决的前沿课题，这对促进碳纳米管的实际应用至关重要。对于结构明确的单壁碳纳米管，杨氏模量的测量仍然相当缺乏，这使得无法通过实验验证理论研究预测的杨氏模量与单壁碳纳米管手性之间的关系。这将极大地阻碍碳纳米管力学性能的基础研究和实际应用。因此，通过实验研究单壁碳纳米管的杨氏模量及其与手性的关系就显得尤为重要，这是一个具有挑战性和棘手的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提出了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法。

2、本发明的一个目的是实现碳纳米管杨氏模量的精密测量。

3、本发明一个进一步的目的是无损确定碳纳米管的手性。

4、本发明一个进一步的目的是建立碳纳米管的杨氏模量与其单一手性的关系图。

5、特别地，本发明提供了一种基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法，其包括：

6、获取目标碳纳米管，目标碳纳米管为准直的单根碳纳米管或单根碳纳米管束；

7、测量目标碳纳米管的杨氏模量值和直径；

8、获取预先建立的关系图，关系图用于表示杨氏模量值与目标碳纳米管的手性的对应关系；

9、在关系图中根据杨氏模量值和直径确定目标碳纳米管的手性。

10、可选地，测量目标碳纳米管的杨氏模量值的步骤包括：

11、将目标碳纳米管置于预设衬底的沟槽上，以使目标碳纳米管横跨沟槽；

12、对目标碳纳米管进行定位，从而在原子力显微镜afm下找到目标碳纳米管；

13、选取afm探针；

14、在afm下确定目标碳纳米管的悬空段的轴向中心坐标，悬空段为目标碳纳米管悬空于沟槽的部分；

15、在轴向中心坐标对悬空段进行力曲线测试，得到测试结果，测试结果包括afm探针的针尖随悬空段在测试过程中的拉伸和收缩而产生的位移和受力信息；

16、根据测试结果计算得到杨氏模量值。

17、可选地，选取目标afm探针的步骤包括：

18、根据目标碳纳米管确定目标afm探针的探针悬臂弹性系数和探针悬臂表面镀层；

19、确定目标afm探针的针尖，以保证针尖在力曲线测试的过程中，只有针尖尖端的球面与目标碳纳米管接触，且接触面积为纳米级。

20、可选地，对目标碳纳米管进行定位，从而在afm下找到目标碳纳米管的步骤包括：用扫描电子显微镜sem对目标碳纳米管进行低倍数和高倍数的表征，得到低倍sem图和高倍sem图；根据低倍sem图，在afm下找到目标碳纳米管；

21、在afm下确定目标碳纳米管的悬空段的轴向中心坐标的步骤包括：利用高倍sem图预定位的特征点，在afm下，通过特征点定位法确定目标碳纳米管的悬空段的轴向中心坐标。

22、可选地，根据测试结果计算得到杨氏模量值的步骤包括：

23、根据测试结果建立力学模型，并根据力学模型确定目标碳纳米管的应力-应变关系曲线；

24、根据应力-应变关系曲线进行拟合得到杨氏模量值。

25、可选地，目标碳纳米管为自支撑，无衬底，且目标碳纳米管配置为长度大于沟槽的宽度，且能够被沟槽的两岸支撑；悬空段大于等于沟槽的宽度；

26、目标碳纳米管包括：单壁碳纳米管。

27、可选地，关系图的建立的步骤包括：

28、获取多个预先确定手性的待测碳纳米管，手性包括手性角和直径；

29、测量待测碳纳米管的杨氏模量值；

30、建立待测碳纳米管的杨氏模量值与手性的对应关系；

31、根据对应关系得到关系图。

32、可选地，根据对应关系得到关系图的步骤包括：

33、根据对应关系拟合得到待测碳纳米管的杨氏模量值与手性中的手性角的经验关系；

34、根据经验关系得到关系图。

35、可选地，根据经验关系得到关系图的步骤包括：

36、根据经验关系得出经验关系式；

37、根据经验关系式、杨氏模量值以及待测碳纳米管的直径得到杨氏模量关于手性的分布图作为关系图。

38、可选地，经验关系式为：

39、ym＝2.52017-0.09975·ca +0.00166·ca2                   式(1)

40、其中，ym为杨氏模量，ca为手性角。

41、本发明的基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法，获取目标碳纳米管，目标碳纳米管为准直的单根碳纳米管或单根碳纳米管束；测量目标碳纳米管的杨氏模量值和直径；获取预先建立的关系图，关系图用于表示杨氏模量值与目标碳纳米管的手性的对应关系；在关系图中根据杨氏模量值和直径确定目标碳纳米管的手性。通过此方法能够在已知目标碳纳米管的杨氏模量和直径的情况下，通过预先建立的关系图，确定其手性，从而实现无损确定目标碳纳米管的手性的目的。

42、进一步地，本发明的基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法，建立关系图的步骤包括：首先获取多个预先确定手性的待测碳纳米管，手性包括手性角和直径；随后测量待测碳纳米管的杨氏模量值；接着建立待测碳纳米管的杨氏模量值与手性的对应关系；最终根据对应关系得到关系图。通过此方法能够根据已知手性的待测碳纳米管与其杨氏模量值之间的对应关系，从而推导得到关系图，进而在后续面对待测碳纳米管测量手性存在难度时，通过测量待测碳纳米管的杨氏模量值，根据关系图得到其手性，也可以在已知其手性的情况下，根据关系图确定其杨氏模量，从而弥补在判定小直径碳纳米管手性的方法的空缺。

43、根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

技术特征：

1.一种基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法，包括：

2.根据权利要求1所述的基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法，其中，

3.根据权利要求2所述的基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法，其中，

4.根据权利要求2所述的基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法，其中，

5.根据权利要求2所述的基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法，其中，

6.根据权利要求2所述的基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法，其中，

7.根据权利要求1所述的基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法，其中，

8.根据权利要求7所述的基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法，其中，

9.根据权利要求8所述的基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法，其中，

10.根据权利要求9所述的基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法，其中，

技术总结本发明提供了一种基于杨氏模量的判断碳纳米管手性方法。其中上述方法包括：获取目标碳纳米管，目标碳纳米管为准直的单根碳纳米管或单根碳纳米管束；测量目标碳纳米管的杨氏模量值和直径；获取预先建立的关系图，关系图用于表示杨氏模量值与目标碳纳米管的手性的对应关系；在关系图中根据杨氏模量值和直径确定目标碳纳米管的手性。通过此方法能够在面对待测碳纳米管测量手性存在难度时，通过测量待测碳纳米管的杨氏模量值，根据关系图得到其手性，也可以在已知其手性的情况下，根据关系图确定其杨氏模量，从而弥补在判定小直径碳纳米管手性的方法的空缺。技术研发人员：周维亚,孙建林,张霄,王艳春受保护的技术使用者：中国科学院物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/23