碳納米管是一種具有良好的力學(xué)和電學(xué)特性的納米材料。由于其獨特的六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它具有很高的強(qiáng)度和很好的韌性另一方面，碳納米管的電學(xué)性質(zhì)隨其結(jié)構(gòu)的變化而變化，根據(jù)其直徑和螺旋度的不同，它可以呈半導(dǎo)體性或金屬性；在特定條件下，電子在碳納米管中可實現(xiàn)彈道輸運由于碳納米管具備優(yōu)良的特性，成為納米尺度下廣泛使用的組裝材料。目前人們已經(jīng)成功地使用碳納米管組裝出了納米鑷子、納米軸承和各種納米電路。對碳納米管的研究表明，碳納米管作為一種納米材料具有廣闊的應(yīng)用前景。

納米器件特別是納米電子器件的研究，是目前納米技術(shù)研究領(lǐng)域中更熱門的課題之一?；趻呙杼结橈@微鏡的納米操縱技術(shù)是制備納米結(jié)構(gòu)、構(gòu)筑納米器件的一種重要技術(shù)，也是構(gòu)造原型納米電子器件結(jié)構(gòu)的主要方法。利用原子力顯微鏡（AFM）的針尖推動長直的碳納米管K-L，使之產(chǎn)生一個類“S”形結(jié)構(gòu)，測量表明在這個“S”形結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了單電子庫侖效應(yīng)。更復(fù)雜的納米電子器件結(jié)構(gòu)的制備，需要利用納米操縱技術(shù)，實現(xiàn)納米線或納米點等結(jié)構(gòu)單元的可控操縱，使其移動到合適的位置或?qū)崿F(xiàn)與其它結(jié)構(gòu)的連接。因此，納米操縱技術(shù)對構(gòu)造納米器件結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，研究納米操縱技術(shù)和方法，實現(xiàn)對單個納米結(jié)構(gòu)的可控操縱，對制備和研究新型量子功能原型器件具有重要意義。

我們以碳納米管為操縱對象，利用工作在接觸模式下的AFS，實現(xiàn)了對碳納米管束的推動、切割和劈裂等多種操縱。

AFM工作在接觸模式下成像時，由于針尖與樣品表面直接接觸，與表面之間的作用力比較大。因此，能否對碳管穩(wěn)定成像以及實現(xiàn)可控操縱，取決于針尖與碳管的作用力以及碳管與基底之間作用力的大小。如果碳管與基底表面之間的作用力很小，而其本身的尺寸也比較小，那么在觀察形貌像的時候，碳管就可能會在針尖的作用下移動，甚至被吸附到針尖上，無法穩(wěn)定成像和進(jìn)行可控的操縱。所以理想的操縱條件是碳管在一定程度上被固定。

彎折與恢復(fù)操縱中，選擇的操縱對象是一根一端固定的碳管束，其長度約900nm，高度約70nm，碳管束左上端自由，右下端延伸至一束較粗的碳管束中，較粗的碳管束與基底的作用力很強(qiáng)，起到固定作用。在獲得穩(wěn)定圖像后，使用前面描述的方法，增大針尖的壓力，把反饋減小到零，選擇一定的區(qū)域進(jìn)行操縱。我們選擇的是一個400*200nm的長方形區(qū)域，連續(xù)掃描了64條線，掃描速度為2468nm·s-1。操縱結(jié)束后，恢復(fù)成像條件對操縱區(qū)域進(jìn)行重新成像。從圖中可以看到，被操縱的碳管束沿操縱方向發(fā)生明顯的彎折。對彎折的碳管束，用同樣的操縱方法嘗試將其恢復(fù)為準(zhǔn)直的狀態(tài)，這次選擇的操作區(qū)域是一個450*450nm的正方形，連續(xù)掃描了256條線，每條線的掃描方向由下至上，掃描速度為8875nm·s-1操縱后重新觀察碳管束的形貌像，碳管束在操縱作用后基本恢復(fù)到初始準(zhǔn)直狀態(tài)。

這組實驗結(jié)果表明，用AFM能夠可控地使碳納米管發(fā)生形變。碳納米管的形變將顯著改變其電學(xué)特性，因此用這種方法，可以實現(xiàn)對碳納米管電學(xué)特性的操縱。

操縱的對象是一根較長的碳管束，其長度超過5um，高度在25nm左右。在碳管束的周圍有一些較大的顆粒，這些顆粒限制了碳管束的移動范圍，從而為切割碳管束創(chuàng)造了有利條件。在碳管束的切割操縱中，使用了很快的針尖掃描速度10433nm·s-1，操縱時的掃描范圍是一個500*1100nm的豎直的長方形，共掃描了128條線，每條線的掃描方向都是從下至上，切割的結(jié)果可以看到，由于碳納米管束的兩端被較大的粒子固定住了，所以在針尖的大力推動下，碳管束的移動受到限制，從而使碳管束發(fā)生斷裂，斷裂后形成的新端點不受顆粒的限制，呈自由狀態(tài)，所以在接下來的掃描過程中被針尖繼續(xù)推移，更后變得幾乎和針尖移動方向（即y軸方向）平行，清晰可見，切割操縱后，我們又試圖把切斷后的碳管束再搭上，切斷后的碳管束雖然沒有搭上，但斷點間的距離確實減小了不少，這組操縱結(jié)果表明，當(dāng)碳管束在基底表面的移動受到制約時，用AFM針尖掃描時的側(cè)向力可以實現(xiàn)碳管束的切割，切割后的碳管束位置一般會移動，用同樣的方法，可以重新定位移動后的碳管束。

碳管束的劈裂實驗中，操縱的對象是一根長為1.3um，高為3nm的碳管束，實驗中發(fā)現(xiàn)，這根碳管束和HOPG表面的作用力非常大，用前面描述的操縱方法不能將其推動，為了增加針尖對表面的作用力，我們采用了關(guān)掉反饋，單步推進(jìn)針尖的方法，并實時監(jiān)控針尖Deflection信號，控制針尖與表面的作用力，由于單步推進(jìn)可以使針尖移動較大的距離，所以這種方法與調(diào)節(jié)set point的方法相比，可以使針尖對表面施加更強(qiáng)的作用力，使用這種方法，操縱區(qū)域為400*800nm，針尖的掃描方向是由下向上，一共掃描了128條線，操縱結(jié)束后，單步控制針尖后退，直到Deflection信號恢復(fù)正常成像值，然后掃描成像，操縱后碳管束被辟裂成了幾乎平行的兩根，通過不同角度的掃描成像，排除了由于針尖效應(yīng)產(chǎn)生假象的可能，對操縱前后碳管束高度的分析表明，原碳管束的高度在3nm左右，劈裂后的碳管高度為1.4nm左右，與HRTEM得到的SWCNTs直徑相符，這組操縱結(jié)果表明，當(dāng)AFM針尖施加的作用力較大時，可以使碳管束劈裂，實現(xiàn)碳納米管與管束的分離。

結(jié)論用接觸模式下的原子力顯微鏡，實現(xiàn)了對HOPG基底上的單壁碳納米管束的可控操縱，通過改變針尖的作用力和掃描速度，可以成功地對不同的碳管束進(jìn)行彎折、移動、剪切和劈裂等操縱，操縱結(jié)果表明，原子力顯微鏡為制備納米結(jié)構(gòu)和構(gòu)造納米原型器件提供了有力的手段，用原子力顯微鏡對碳納米管束進(jìn)行操縱，其結(jié)果受碳管束在基底表面的受力狀況的影響，具體的操縱參數(shù)，需要考慮碳管束與基底的相互作用以及與其周圍其它結(jié)構(gòu)的相互作用，使用接觸式AFM操縱方法的優(yōu)點在于，針尖對表面的作用力可以很大，能夠?qū)Τ叽巛^大的碳納米管束進(jìn)行操縱，而當(dāng)碳管束在一定程度上被固定時，操縱起來更加容易控制。