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一种观测一维 纳米材料的方法及装置

阅读：328发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种观测一维纳米材料的方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种原位观测一维纳米材料的方法，包括以下步骤：S1提供一待测一维纳米材料；S2提供一棱镜，所述棱镜具有一棱镜第一表面与一棱镜第二表面，两个表面之间夹角小于90°，所述一维纳米材料设置于棱镜第二表面；S3一束具有连续光谱的白色入射光由棱镜第一表面入射后射向所述一维纳米材料，所述一维纳米材料在该入射光的照射下发生共振瑞利散射；S4利用光学显微镜观测该一维纳米材料，所述光学显微镜所配备的物镜为油镜或水镜之中的一种，观测时该一维纳米材料与所述物镜通过一耦合液耦合。本发明还涉及一种利用该方法观测一维纳米材料的装置。，下面是一种观测一维纳米材料的方法及装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种观测一维纳米材料的方法，包括以下步骤：
S1提供一待测一维纳米材料；
S2提供一棱镜，所述棱镜具有一棱镜第一表面与一棱镜第二表面，所述棱镜第一表面与所述棱镜第二表面之间夹角大于45°且小于90°，所述一维纳米材料设置于所述棱镜第二表面；
S3一束具有连续光谱的白色入射光由所述棱镜第一表面入射后射向所述一维纳米材料，所述入射光的入射方向与所述棱镜第一表面垂直，所述一维纳米材料在该入射光的照射下发生共振瑞利散射；
S4利用光学显微镜观测该一维纳米材料，所述光学显微镜所配备的物镜为油镜或水镜之中的一种，观测时该一维纳米材料与所述物镜通过一耦合液耦合。
2.如权利要求1所述的观测一维纳米材料的方法，其特征在于，进一步包括步骤S5通过一与光学显微镜相连的光谱仪获取所述一维纳米材料的光谱信息。
3.如权利要求1所述的观测一维纳米材料的方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括：对所述一维纳米材料的色彩、位置以及形态信息进行记录。
4.如权利要求1所述的观测一维纳米材料的方法，其特征在于，所述一维纳米材料为碳纳米管、石墨烯窄带、金属纳米线或碳纤维。
5.如权利要求1所述的观测一维纳米材料的方法，其特征在于，所述光学显微镜所配备的物镜为水镜，耦合液为水或水溶液。
6.如权利要求1所述的观测一维纳米材料的方法，其特征在于，所述光学显微镜所配备的物镜为油镜，耦合液为甘油。
7.如权利要求1所述的观测一维纳米材料的方法，其特征在于，所述入射光预先进行滤波处理滤除入射光中的红外线，然后通过一聚焦透镜进行聚焦后照射该一维纳米材料。
8.一种观测一维纳米材料的装置，包括
一棱镜，所述棱镜包含一棱镜第一表面以及一棱镜第二表面，所述棱镜第二表面用于设置待测一维纳米材料，所述第一表面与所述第二表面之间夹角β的取值范围为45°≤β＜
90°；
一超连续谱白光激光器，用于产生入射光，并使该入射光自棱镜第一表面射向所述待测一维纳米材料，所述入射光的入射方向与所述棱镜第一表面垂直；
一光学显微镜，所述光学显微镜所配备的物镜为油镜或水镜之中的一种；以及耦合液，所述耦合液与所述光学显微镜的物镜种类相对应。
9.如权利要求8所述的观测一维纳米材料的装置，其特征在于，进一步包括一与所述光学显微镜相连的相机，用于记录光学显微镜所获得的一维纳米材料的色彩、位置以及形态信息。
10.如权利要求8所述的观测一维纳米材料的装置，其特征在于，进一步包括一与所述光学显微镜相连的光谱仪，用于采集所述一维纳米材料的光谱信息。
11.如权利要求8所述的观测一维纳米材料的装置，其特征在于，所述棱镜第一表面与棱镜第二表面的夹角β为75°。
12.如权利要求8所述的观测一维纳米材料的装置，其特征在于，进一步包括一透明基体，该透明基体的一个表面设置有所述一维纳米材料，与之相对的另一表面与所述棱镜第二表面紧密接触，所述入射光能够穿过该透明基体射向所述一维纳米材料。

说明书全文

一种观测一维纳米材料的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种观测一维纳米材料的方法，尤其涉及一种利用光学显微镜直接观测一维纳米材料的方法。

背景技术

[0002] 一维纳米材料是指在径向上尺寸在1nm 100nm范围内，长度方向的尺寸远高于径~向尺寸，长径比可以从十几到上千上万，空心或者实心的一类材料，例如：纳米管、纳米棒、纳米线、纳米纤维、纳米带等。现有的制备方法生产出的一维纳米材料，如碳纳米管，通常由不同手性、不同管径、不同长度的碳纳米管混合在一起。量化区分不同结构的一维纳米材料，对纳米材料的应用具有十分重要的意义。一维纳米材料的所具备的一维电子结构使得其具有高度的光学敏感性，各种光学现象，如共振瑞利散射（Resonant Rayleigh scattering, RRS），可以被应用到观测一维纳米材料。瑞利散射是指半径比光或其他电磁辐射的波长小很多的微小颗粒对入射光束的散射。当瑞利散射的入射光波长位于或接近待测物质的吸收带，电子吸收电磁波频率与散射频率相同，电子因共振而强烈吸收光的能量并产生再次散射，则该物质的散射会大大增强，并且会出现新的散射特征，这就是共振瑞利散射。然而单根一维纳米材料的散射十分的微弱，难以进行观测与采集。现有技术还无法便捷且有效的对单根一维纳米材料进行观测。

发明内容

[0003] 有鉴于此，确有必要提供一种便捷且有效的观测一维纳米材料的方法。

[0004] 一种观测一维纳米材料的方法，包括以下步骤：

[0005] S1 提供一待测一维纳米材料；

[0006] S2 提供一棱镜，所述棱镜具有一棱镜第一表面与一棱镜第二表面，两个表面之间夹角小于90°，所述一维纳米材料设置于棱镜第二表面；

[0007] S3 一束具有连续光谱的白色入射光由棱镜第一表面入射后射向所述一维纳米材料，所述一维纳米材料在该入射光的照射下发生共振瑞利散射；

[0008] S4 利用光学显微镜观测该一维纳米材料，所述光学显微镜所配备的物镜为油镜或水镜之中的一种，观测时该一维纳米材料与所述物镜通过一耦合液耦合。

[0009] 一种观测一维纳米材料的装置，包括：一棱镜，所述棱镜包含一棱镜第一表面以及一棱镜第二表面，两个表面之间夹角β的取值范围为45°≤β <90°；一超连续谱白光激光器，用于产生入射光，并使该入射光自棱镜第一表面射向待测一维纳米材料；一光学显微镜，所述光学显微镜所配备的物镜为油镜或水镜之中的一种；以及与所述光学显微镜物镜种类相对应的耦合液。

[0010] 与现有技术相比，本发明提供的观测一维纳米材料方法能够利用光学显微镜在生长基原位对一维纳米材料进行观测，获得一维纳米材料的位置、颜色、形态以及各种光谱信息，进而推知该一维纳米材料的结构以及相关物理性质。观测时不会破坏该纳米材料的结构及形态，且所需时间短，设备简单。附图说明

[0011] 图1为本发明第一实施例提供的一维纳米材料观测系统的结构示意图。

[0012] 图2为本发明第一实施例浸没于超纯水中的单壁碳纳米管的共振瑞利散射照片。

[0013] 图3为本发明第一实施例空气中的单壁碳纳米管共振瑞利散射照片。

[0014] 图4为图2与图3中单壁碳纳米管扫描电镜照片。

[0015] 图5为存在分子结的单壁碳纳米管共振瑞利散射照片。

[0016] 图6为本发明第一实施例石墨烯窄带共振瑞利散射照片。

[0017] 图7为图2中单壁碳纳米管单壁瑞利散射光谱。

[0018] 图8为图2中第3、4、5根单壁碳纳米管的拉曼散射光谱。

[0019] 图9为本发明第二实施例提供的一维纳米材料观测系统的结构示意图。

[0020] 图10为本发明第二实施例单壁碳纳米管共振瑞利散射照片。

[0021] 图11为本发明第三实施例单壁碳纳米管共振瑞利散射照片。

[0022] 图12为本发明第四实施例设置有凹槽的基体与一维纳米材料。

[0023] 图13为本发明第五实施例提供的一维纳米材料观测系统的结构示意图。

[0024] 主要元件符号说明

[0025] 一维纳米材料 100水槽 200
水槽透明侧面 201
水槽底面 202
基体 203
凹槽 204
耦合液 205
棱镜 210
棱镜第一表面 211
棱镜第二表面 212
入射光 300
聚焦透镜 301
滤波器 302
光纤 303
物镜 400
相机 401
光源 500
光谱仪 501

[0026] 如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

[0027] 下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的观测一维纳米材料的方法作进一步的详细说明。

[0028] 请参见图1，本发明第一实施例提供一种观测一维纳米材料的方法，包括以下步骤：

[0029] S1 提供一待测一维纳米材料100；

[0030] S2 将所述一维纳米材料100置于耦合液205中；

[0031] S3 提供一束具有连续光谱的白色入射光300，所述一维纳米材料100在该入射光300的照射下发生共振瑞利散射；

[0032] S4 利用物镜400为水镜的光学显微镜观测该一维纳米材料100，观测时该水镜浸没于所述耦合液205中。

[0033] 步骤S1中，所述一维纳米材料是指径向尺寸在1nm 100nm范围内，而在长度方向的~尺寸远大于于径向尺寸，其长径比可以达到十几至上千上万的空心或者实心材料，如：纳米管、纳米棒、纳米线、纳米纤维、纳米带等。常见的一维纳米材料有碳纳米管、石墨烯窄带、金属纳米线、碳纤维等。

[0034] 本实施例中，所述一维纳米材料100为水平排列的单壁碳纳米管，该水平排列的单壁碳纳米管的生长方法包括很多种，本实施例中采用“石英晶格导向法”在一石英基底表面形成多个平行间隔排列的单壁碳纳米管，具体包括以下步骤：

[0035] S11，提供ST-cut石英基底；

[0036] S12，在该石英基底表面蒸镀催化剂层，该催化剂层为铁（厚度为0.2纳米）；

[0037] S13，将上述沉积有催化剂层的石英基底放入石英管中，在800～850摄氏度范围内，通入碳源气体甲烷和还原气体氢气生长10～20分钟。

[0038] 此外，还可以用气流导向法或电场导向的方法获得在基底表面水平排列的碳纳米管。

[0039] 步骤S2中，所述一维纳米材料100完全浸没于耦合液205中，本实施例中所选用的耦合液205为超纯水。所述耦合液205还可以为水溶液，本发明可以用于观察所述水溶液与一维纳米材料100相互作用时一维纳米材料100结构性质的变化情况。所述耦合液205应保证纯净，耦合液205中的杂质与气泡都会影响观测的准确性。

[0040] 为了使一维纳米材料100在耦合液205中保持位置固定，可以将该一维纳米材料100与耦合液205中一固定物结合，例如可以将一维纳米材料100先固定于一基体203表面，然后将该基体203与设置于其上的一维纳米材料100一同置于耦合液205中。所述基体203的材料可以是硅、二氧化硅、石英等。该基体203的厚度不限，大小不限。若基体203上形成有多根一维纳米材料100，则相邻的两根一维纳米材料100之间的最小间距应大于观测系统的分辨率。优选地，每根一维纳米材料100相互平行的设置于基体203的表面。所述一维纳米材料
100可以采用直接生长的方法水平生长于基体203表面，也可以采用转移的方法从其他生长基体转移至该基体203表面。所述一维纳米材料100与基体203的固定可以是将一维纳米材料100完全固定于基体203表面，也可以是仅将一维纳米材料100部分固定于基体203表面。

[0041] 本实施例中，所述基体203为一Si/SiO2基体，一维纳米材料100通过转移的方法完全固定于该Si/SiO2基体表面。所述Si/SiO2基体的底部为Si基，所述Si基的厚度约为1mm，在其上表面形成有一层厚度为100nm的SiO2层，所述SiO2层的厚度可以为30-300nm，当SiO2层的厚度为100nm时成像效果最好。

[0042] 本实施例中所述耦合液205置于一水槽200中，所述水槽200大小应满足基体203能够水平置于其底部，并且装满耦合液205后，基体203能够完全浸没于水槽200的内部。所述水槽200应至少包括有一个水槽透明侧面201，并且该水槽透明侧面201与水槽底面202之间的夹角α为一锐角。所述水槽透明侧面201的材料可以是玻璃、石英、透明塑料等，所选用材料应保证入射光300能够尽可能多的通过，使入射光的衰减与色散减少到最低程度。本实施例中，水槽透明侧面201由石英制成，厚度为1mm，与水槽底面202所成的夹角α取值范围为45°≤ α <90°，优选为75°。

[0043] 将基体203及一维纳米材料100完全浸没于耦合液205可以降低入射光300在基体203处的散射，这是因为相较于空气的折射率（1.0003），耦合液205的折射率（例如水 1.33）与基体203的折射率（例如石英1.49）更为接近，两种介质的折射率相近可以降低基体203处的散射。此外一维纳米材料100与耦合液205的界面处存在界面偶极子增强效应(interface dipole enhancement effect, IDEE)，可以进一步增强共振瑞利散射强度。

[0044] 需要指出的是，在实际观测中如果对一维纳米材料100的颜色、形态等信息的精确度要求不是很高，可以省略步骤S3，即可以直接在空气中对一维纳米材料100进行观测。

[0045] 步骤S3中，所述入射光300为一束具有连续光谱的白光，该入射光300可以直接射向一维纳米材料100，也可以通过其他方式耦合到一维纳米材料100，一维纳米材料100在入射光300的作用下发生共振瑞利散射。

[0046] 本实施例中该入射光300由一超连续谱激光器 (Fianium SC400)发出，该超连续谱激光器输出功率高，并在整个光谱范围内保持很高的亮度。该入射光300通过水槽透明侧面201直接射向一维纳米材料100，且入射角度与该水槽透明侧面201垂直，垂直入射可以有效的减少入射光300在界面处的色散与衰减。

[0047] 本实施例中所述超连续谱激光器发出的入射光300在到达一维纳米材料100表面之前先进行了滤波与聚焦处理。

[0048] 所谓滤波处理是指该超连续谱激光器发出的入射光300在到达待该一维纳米材料100之前先经过一滤波器302。所述滤波器302可以滤除入射光300中的红外线成分。所述红外线是指波长范围在760nm至1mm之间的不可见光。本发明中观测所需的有效光波波段为可见光波段，红外线波段对观测不起作用，且长时间红外线辐照会使一维纳米材料100的温度升高，因此可以在所述超连续谱激光器与一维纳米材料100之间添加一滤波器302用以保护一维纳米材料100免遭红外线辐射。可以理解，该滤波器302为可选部件。

[0049] 所谓聚焦处理是指该超连续谱激光器发出的入射光300在到达该一维纳米材料100之前先经过一聚焦透镜301。在实际观测中，如果入射光300的光强过低，会导致一维纳米材料100的散射信号过于微弱而影响观测效果。可以在所述超连续谱激光器与一维纳米材料100之间添加一聚焦透镜301，用于提高入射光300的光强。可以理解，该聚焦透镜301为可选部件。

[0050] 步骤S4中，所述光学显微镜用于收集共振瑞利散射光，通过该光学显微镜可以实时观察一维纳米材料100，获得所述一维纳米材料100的色彩、位置以及形态信息，也可以将一相机401与该光学显微镜连接，利用相机401记录下所述一维纳米材料100的共振瑞利散射图像。

[0051] 一维纳米材料100在发生共振瑞利散射时呈现出的颜色与其结构密切相关。同种一维纳米材料100如果其结构不同，其在发生共振瑞利散射时所表现出的颜色也不相同。故，所述一维纳米材料100的共振瑞利散射图像可以用于判断：多根一维纳米材料100结构是否一致；以及单根一维纳米材料100在分子节（Intramolecular Junction）两侧结构是否改变。

[0052] 请一并参见图2～图4，图2与图3为相机401记录下的本实施例中同一组单壁碳纳米管发生共振瑞利散射的照片，其中图2与图3均为真彩色。图2为浸没于超纯水中的单壁碳纳米管的共振瑞利散射照片，所用光学显微镜物镜400为水镜，放大倍数63X，数值孔径0.9，使用时所述水镜浸入到所述超纯水中进行观测。图3为空气中的单壁碳纳米管共振瑞利散射照片，所用光学显微镜物镜400为普通物镜，放大倍数50X，数值孔径0.55。图4为该待测单壁碳纳米管扫描电镜照片。

[0053] 图2中共有6跟单壁碳纳米管，依次编号为1～6，其中每根单壁碳纳米管的颜色及其对应的RGB值依次为：浅蓝色(173, 219, 239)、粉色(239, 215, 231)、蓝色(132, 186, 206)、绿色(148, 207, 165)、紫色(214, 211, 239)、橙色(206, 166, 140)，上述不同的颜色对应着不同的结构。图3为空气中的单壁碳纳米管共振瑞利散射照片，与图2相比图3中的分辨率有一定程度的降低，但各根单壁碳纳米管的颜色信息依然可以分辨。

[0054] 请参见图5，图5为带有分子结(箭头所指之处)的单壁碳纳米管共振瑞利散射照片，图中共有3跟单壁碳纳米管，编号依次为1、2、3。其中每根单壁碳纳米管在分子结两侧的颜色各不相同，例如：第1根单壁碳纳米管分子结上侧部位RGB值为(123,142,148) ，下侧部位RGB值为(198,150,181)；第2根单壁碳纳米管分子结上侧部位RGB值为(231,211,181) ，下侧部位RGB值为(165,215,214)；第3根单壁碳纳米管分子结上侧部位RGB值为(247,182,148) ，下侧部位RGB值为(173,81,90)。分子结两侧颜色的不同表明分子结处单壁碳纳米管结构的发生了改变。

[0055] 请参见图6，图6为石墨烯窄带的共振瑞利散射照片。

[0056] 除了色彩信息，图2、图3、图5与图6还包含有每根单壁碳纳米管的位置与形态信息，其中位置信息可以用于对一维纳米材料100进行定位。

[0057] 利用本实施例提供的观测一维纳米材料的方法可以获得一维纳米材料100发生共振瑞利散射时的颜色、位置、形态、长度以及密度等信息，通过颜色信息还可以进一步判断多根待测一维纳米材料的结构是否一致以及单根待测一维纳米材料在分子节处结构的改变。此外，还可以在观测中改变所述一维纳米材料100的外部条件或施加一作用力，所述一维纳米材料100在上述过程中结构性质的变化情况可以在光学显微镜下进行实时观测。

[0058] 步骤S5中，所述散射光通过光学显微镜物镜400后最终进入到一光谱仪501，以获取所述一维纳米材料100的光谱信息。本实施例中所获取的光谱信息为瑞利散射光谱，通过改变入射光300的种类，还可以相应的获取所述一维纳米材料100的拉曼散射、荧光等光谱信息。通过上述光谱信息可以进而推知所述一维纳米材料100的结构以及相关物理性质。

[0059] 本实施例中一维纳米材料100为单壁碳纳米管，所获取的光谱信息为上述单壁碳纳米管的瑞利散射光谱与拉曼散射光谱，并且通过上述光谱信息获得反映单壁碳纳米管结构性质的手性指数。请参见图7，图7为图2中的6根单壁碳纳米管的共振瑞利散射光谱。图7中第1、2、6根单壁碳纳米管的瑞利散射光谱中存在两个共振峰，可以直接通过其瑞利散射光谱判断其手性；第3、4、5根单壁碳纳米管均只有一个共振峰，可以将所述瑞利散射光谱与其他辅助信息结合判断其手性，所述辅助信息包括单壁碳纳米管的管径、荧光光谱等。本实施例中利用碳纳米管的管径信息作为辅助信息帮助判断手性。所述管径信息可以通过根据拉曼散射光谱中径向呼吸模(Radial Breathing Mode, RBM)波数确定。图1所示的系统也可以用来测量一维纳米材料100的拉曼散射光谱，此时拉曼散射所需的激励能量由光源500提供。图8为图2中第3、4、5根单壁碳纳米管的拉曼散射光谱。结合上述共振瑞利散射光谱与拉曼散射光谱，图2中6根碳纳米管的手性指数依次为：(35, 10) , (17, 12) , (22, 3), (13, 9), (19, 14), 和 (26, 21)。

[0060] 本发明第二实施例提供另外一种观测一维纳米材料的方法，包括以下步骤：

[0061] S1 提供一待测一维纳米材料100；

[0062] S2 提供一棱镜210，所述棱镜具有一棱镜第一表面211与一棱镜第二表面212，两个表面之间夹角小于90°，所述一维纳米材料100设置于棱镜第二表面212；

[0063] S3 一束具有连续光谱的白色入射光300由棱镜第一表面211入射后射向所述一维纳米材料100，所述一维纳米材料100在该入射光300的照射下发生共振瑞利散射；

[0064] S4 利用光学显微镜观测该一维纳米材料，所述光学显微镜所配备的物镜400为油镜或水镜之中的一种，观测时该一维纳米材料与所述物镜400通过一耦合液205耦合。

[0065] 本发明第二实施例提供的观测一维纳米材料的方法与本发明第一实施例主要区别在于：第一实施例中光学显微镜配备的物镜400为水镜，而第二实施例中光学显微镜配备的物镜400可以为水镜也可以为油镜；第一实施例中入射光300经由一水槽200射向一维纳米材料100，而第二实施例中入射光300经由一棱镜210射向一维纳米材料100。图9为本发明第二实施例提供的一维纳米材料观测系统的结构示意图。现将本实施例中与第一实施例不相同的步骤进行详细介绍。

[0066] 步骤S2中，所述棱镜210用于对入射光300进行耦合，可以由透明材料如玻璃、石英、透明塑料等制成。

[0067] 所述棱镜210形状可根据实际需要选择，可以为三棱镜、四棱镜或其它常见的棱镜形状。所述棱镜210具有两个夹角小于90°的表面，分别定义为棱镜第一表面211与棱镜第二表面212。本实施例中所述棱镜210为一截面为梯形的四棱镜，所述棱镜第一表面211与棱镜第二表面212为四棱镜相邻的两个表面，两个表面间的夹角β的范围为45°≤β<90°，优选为75°。

[0068] 所述一维纳米材料100可以直接设置于棱镜第二表面212，也可以将该一维纳米材料100通过一基体203设置于所述棱镜第二表面212，后一种方法使一维纳米材料100的更换更为简便。所述一维纳米材料100可以是完全固定于所述基体203表面，也可以是仅部分固定于所述基体203表面。前一种方法中所述基体203由透明材料制备，如玻璃、石英、透明塑料等，其折射率与棱镜210折射率相同或相近，以减少入射光300在透明基体203与棱镜210交界面处的损失。本实施例中，所述基体203为一层状石英基体，该基体203的一个表面设置有一维纳米材料100，另一表面则与棱镜第二表面212紧密结合。

[0069] 步骤S3中，所述入射光300为一束具有连续光谱的白光，本实施例中该入射光300由一超连续谱激光器 (Fianium SC400)发出，该超连续谱激光器输出功率高，并在整个光谱范围内保持很高的亮度。一维纳米材料100在入射光300的作用下发生共振瑞利散射。

[0070] 本实施例中所述入射光300由棱镜第一表面211射向所述一维纳米材料100，入射时，入射光300的入射方向与棱镜第一表面211之间的夹角γ越大，入射光300在界面处的色散与衰减程度越低，故，本实施例中入射光300的入射方向与棱镜第一表面211垂直。

[0071] 本实施例中还对所述超连续谱激光器发出的入射光300在射向一维纳米材料100之前进行了滤波与聚焦处理，详细过程可参考第一实施中的相关介绍。图10为本实施例获得的单壁碳纳米管的共振瑞利散射照片。

[0072] 步骤S4中，可以直接在所述光学显微镜下实时观察一维纳米材料100，也可以将该光学显微镜与一相机401连接，利用相机401记录下一维纳米材料100所成之像，以便对该一维纳米材料100进一步分析。

[0073] 所述光学显微镜物镜400可以为一油镜也可以为一水镜，观测前需在在所述一维纳米材料100上滴加耦合液205，观测时物镜400浸入耦合液205中。所述耦合液205的选择应与光学显微镜物镜400的种类相对应，当物镜400为油镜时，所述耦合液205需为油性耦合液，如甘油、香柏油、石蜡油或其他合成浸油；当物镜400为水镜时，所述耦合液205需为水性耦合液，如水或水溶液。本实施例中采用的光学显微镜物镜400为一油镜，其放大倍数100X，孔径数值1.30，本实施例中所选用的耦合液205为甘油。

[0074] 本实施例利用油镜取代第一实施例中的水镜，进一步提高了光学显微镜物镜400的放大倍数与数值孔径，有助于提高测量的精确程度。需要指出的是，在实际观测中如果对一维纳米材料100的颜色、形态等信息的精确度要求不是很高，可以省略步骤S3，即可以直接在空气中对一维纳米材料100进行观测。

[0075] 本发明第三实施例提供一种观测一维纳米材料的方法，其基本步骤与本发明第一实施例相同，区别在于：第一实施例中所述基体203为一Si/SiO2基体。该Si/SiO2基体的底部为Si基，Si基上表面形成有一层厚度为100nm的SiO2层，一维纳米材料100单壁碳纳米管通过转移至所述基体203表面；而本实施例中所述基体203为石英基体，一维纳米材料100直接生长于所述石英基体203表面。图11为本实施例获得的单壁碳纳米管共振瑞利散射照片。

[0076] 本实施例可以在生长基原位直接对一维纳米材料100进行观测，省去了转移一维纳米材料100的步骤，简化了观测过程，同时也扩大了本发明的应用范围。

[0077] 本发明第四实施例提供一种观测一维纳米材料的方法，本实施例对第一与第二实施例中所用的基体203进行改变，区别在于：第一实施例与第二实施例中所述一维纳米材料100完全固定于基体203表面，而本实施例中仅将一维纳米材料100部分固定于基体203表面。基体203表面设置有一凹槽204，所述一维纳米材料100的两端分别固定于所述凹槽204的两侧，位于凹槽上方的部分与凹槽的底面间隔设置。图12为本实施例设置有凹槽204的基体及位于其表面的一维纳米材料100。

[0078] 本实施例将一维纳米材料100两端分别固定于凹槽204的两侧，位于凹槽上方的部分与凹槽的底面间隔设置，在保证一维纳米材料100固定的同时进一步减少基体散射对观测结果的影响。

[0079] 本发明第五实施例提供一种观测一维纳米材料的方法，其基本步骤与本发明第一实施例相同，区别在于：第一实施例中一维纳米材料100完全浸没于盛有耦合液205的水槽200中，入射光通过水槽透明侧面201射向一维纳米材料100表面，而本实施例中入射光300通过一光纤303耦合到一维纳米材料100表面，所述光纤303的一端与入射光300耦合，另一端与一维纳米材料100同时浸入到耦合液205中。图13为本实施例提供的通过光纤303耦合的一维纳米材料观测系统结构示意图。图13中一维纳米材料100完全浸没于盛有耦合液205的水槽200中，实际测量中也可以不需要提供水槽200，而只是在一维纳米材料100的表面滴加耦合液205，使一维纳米材料100完全浸没于耦合液205中。

[0080] 本实施例进一步降低了入射光300传播过程中发生的衰减与色散，且对水槽200的外形与材料均无特定要求。

[0081] 本发明还提供一种观测一维纳米材料的装置，包括：一超连续谱白光激光器，用于产生入射光300，所述一维纳米材料100在该入射光300的作用下发生共振瑞利散射；一光学显微镜，所述光学显微镜的物镜400为一水镜；以及耦合液205，所述一维纳米材料100完全浸没于该耦合液205中，所述光学显微镜物镜400通过该耦合液205与所述一维纳米材料100耦合。所述观测一维纳米材料的装置还可以进一步包括一基体203，用于固定所述待测一维纳米材料100；以及一与所述光学显微镜相连的相机401，用于记录光学显微镜所获得的一维纳米材料100的色彩、位置以及形态信息；以及一光谱仪501，所述光谱仪501与光学显微镜相连，用于采集所述一维纳米材料100的光谱信息。

[0082] 本发明还提供一种观测一维纳米材料的装置，包括：一棱镜210，所述棱镜210包含一棱镜第一表面211以及一棱镜第二表面212，两个表面之间夹角β的取值范围为45°≤β <90°；一超连续谱白光激光器，用于产生入射光300，并使该入射光300自棱镜第一表面211射向一维纳米材料100；一光学显微镜，所述光学显微镜所配备的物镜400为油镜或水镜之中的一种；以及耦合液205，所述耦合液205与所述光学显微镜的物镜400种类相对应。所述观测一维纳米材料的装置还可以进一步包括一基体203，所述基体203为一透明基体，该透明基体的一个表面设置有所述一维纳米材料100，与之相对的另一表面与所述棱镜第二表面
212紧密接触，所述入射光300能够穿过该透明基体射向所述一维纳米材料100；一光谱仪
501，所述光谱仪501与光学显微镜相连，用于采集所述一维纳米材料100的光谱信息以及一与所述光学显微镜相连的相机401，用于记录光学显微镜所获得的一维纳米材料100的色彩、位置以及形态信息。

[0083] 与现有技术相比较，本发明提供的观测一维纳米材料的方法将一维纳米材料100浸没于耦合液205之中，利用一维纳米材料100在液体界面处存在的界面偶极子增强效应提高共振瑞利散射强度，可以实现光学显微镜下实时、无损的在生长基原位对一维纳米材料100进行观测，获取一维纳米材料100的色彩、位置、形态以及光谱信息，且观测方法相较于现有技术更为简便，成本更低。

[0084] 另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

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一种观测一维纳米材料的方法及装置

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