纳米钨探针制备方法

扫描隧道显微镜（STM）是一种以原子级空间分辨率探测多种表面信息的仪器，其探测针尖的结构是决定仪器性能的主要因素之一，比如，针尖的大小、形状和化学纯度会对被测材料表面原子的电子态密度、扫描隧道显微镜图像的分辨率和质量产生重要的影响。

目前，纳米探针多采用钨丝制备，并且制备方法有很多种，如：机械剪切法、机械研磨法、场蒸发方法、离子轰击方法、电火花加工、电化学腐蚀法等。电化学腐蚀法是最常用的制备钨材质探针的方法，该方法原理及设备简单、容易实现，可控性较好，成本较低。

根据微操作系统的使用特点，钨探针不仅要具有较大的长‑径比，还要具有较高的力学强度，以避免探针在使用过程中弯曲、断裂。探针的长‑径比决定了STM测量高深‑宽比微纳结构的能力。优质的STM探针应具备：较高的谐振频率；只有一个稳定的原子而不是多重针尖的尖端；合的长‑径比；较高的化学纯度，较稳定的化学性质。有学者通过改良电化学腐蚀法，并通过控制电化学腐蚀过程的参数来制备纳米金属探针，以满足不同应用需要，其操作过程主要有：

一．将钨丝（纯度99.99%，直径0.5mm）作为阳极，铜棒作为阴极，置于NaOH 溶液（2mol/L）中，浸入深度分别为阳极5mm，阴极40mm。然后通以10V的交流电，腐蚀60s，去除钨丝表面的氧化层。

二．将第一步腐蚀后的钨丝用去离子水清洗干净。

三．打开步进马达轴向位移系统电源，将单片机控制系统中提起速度设置为2.78 μm/s。将清洗后的钨丝作为阳极，铜棒作为阴极，置于NaOH溶液（2mol/L）中，浸入深度分别为阳极4.5mm，阴极40mm，接通电源开始腐蚀，同时按下单片机开关，开始提起钨丝。提起540s后停止提起，继续静置腐蚀830s。

利用单片机步进马达轴向位移系统实现了腐蚀过程中钨丝的自动提起，通过控制浸入深度、提起速度和时间可以制备出不同长‑径比的钨纳米探针，其尖端曲率半径可达30nm。将制得的探针用于Kleindiek Nanotechnik公司生产MM3A纳米微操纵系统，对碳纳米管（直径8nm）进行了全新的纳米级位移、定位及控制测量。另外，该制备钨纳米探针的方法简易高效，容易实现，可控性较好，成本较低。

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