一种精确测量纳米线杨氏模量的方法

摘要

本发明涉及一种精确测量纳米线杨氏模量的方法，其原理为：在纳米线悬臂梁上引入一个新加支点，改变纳米线悬臂梁的固有频率，通过调节纳米线悬臂梁上新加支点的位置，得到一组纳米线悬臂梁的数据点信息，经过这些数据点得出的实验数据曲线。实验数据曲线与理论数据曲线拟合，得出与实验数据曲线最接近的那条理论数据曲线相对应的观测误差值，从而来间接推算出纳米线悬臂梁固定端支点的准确位置。与现有测量纳米线杨氏模量的电致共振法相比，本发明的方法可以得出纳米线悬臂梁固定端存在的不能直接得出的观测误差，使得测量结果更接近真实结果。本发明的方法简单且结果准确，因而为纳电子器件的设计和应用提供了必要的参数。

主权项

1.一种精确测量纳米线杨氏模量的方法，其步骤包括：1)采集纳米线源；2)分别将第一金属针尖、第二金属针尖和第三金属针尖放置在可供纳米观测和操纵的系统的针尖套管中，同时将所述纳米线源放置在显微镜的样品台上；3)操纵所述第一金属针尖从所述纳米线源中取出一根纳米线；4)将所述纳米线的一端固定在所述第一金属针尖的尖端，形成纳米线悬臂梁的固定端，所述纳米线的另一端悬空形成纳米线悬臂梁的自由端；通过显微镜可测量出所述纳米线的横截面直径d，以及所述纳米线悬臂梁的观测长度L₀；5)操纵所述第二金属针尖靠近所述纳米线悬臂梁的自由端作为电极，并在所述电极上施加电压直至所述纳米线悬臂梁发生共振，记录所述纳米线悬臂梁的固有频率f；6)操纵所述第三金属针尖，使其粘在所述纳米线悬臂梁上，记录此时所述第三金属针尖与所述纳米线悬臂梁的观测支点之间的距离l_p；重复步骤5)，记录此时所述纳米线悬臂梁的固有频率f_p；7)操纵所述第三金属针尖在所述纳米线悬臂梁上移动到一个新的位置，重复步骤6)，测量所述纳米线悬臂梁的固有频率f_p；反复操作，得到不同l_p下的一组(f_p/f，ξ)数据点，其中ξ＝l_p/L₀；8)根据所述(f_p/f，ξ)数据点得到一条f_p/f-ξ实验数据曲线；9)经过拟合，在一组f_p/f-ξ′理论数据曲线中得到一条与所述f_p/f-ξ实验数据曲线最为吻合的f_p/f-ξ′理论数据曲线，其中则所述最为吻合的f_p/f-ξ′理论数据曲线对应的测量误差l_u即为所述纳米线悬臂梁的测量误差；所述纳米线悬臂梁的实际长度为：L＝L₀+L_u；10)将所述纳米线悬臂梁的实际长度L和所述纳米线悬臂梁的固有频率f代入方程$E={\left(\frac{2\pi {\mathrm{fL}}^2}{{{\beta }_0}^2}\right)}^2\frac{\mathrm{\rho A}}{I}$即可得到所述纳米线的杨氏模量E。