(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211049947.2 (22)申请日 2022.08.30 (71)申请人 之江实验室 地址 311121 浙江省杭州市余杭区文一西 路1818号中国人工智能小镇10号楼 (72)发明人 李帅　高晓文　胡慧珠　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林松海 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种二维材料原位实时测量装置及其应用 方法 (57)摘要 本发明公开了一种二维材料原位实时测量 装置及其应用方法。 装置包括样品投送单元、 光 阱捕获单元、 信号探测单元、 样品室、 信号解算单 元和样品室环境条件调控单元。 应用方法： 将待 测二维材料加载到样品投送单元； 打开光阱捕获 单元的激光器， 在样品室内形成光阱； 将样品投 送单元的二维材料转移到光阱捕获单元的光阱 中； 利用样品室环境条件调控单元调控样品室的 环境条件； 将二维材料的拉曼光谱信号收集到信 号探测单元并进行保存； 信号解算单元识别到信 号探测单元保存的二维材料拉曼光谱信号后， 对 其进行解算， 并将解算结果实时显示。 本发明可 实现二维材料的特性测量， 具有非接触、 无损伤、 原位实时测量的优势。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115508330 A 2022.12.23 CN 115508330 A 1.一种二维材料原位实时测量装置， 其特征在于， 包括样品投送单元 （1） 、 光阱捕获单 元 （2） 、 信号探测单 元 （3） 、 样品室 （4） 、 信号 解算单元 （5） 和样品室环境条件调控单 元 （6） ； 所述的样品投送单 元 （1） 用于加载待测的二维材 料， 并将其 转移到样品室 （4） ； 所述的光阱捕获单 元 （2） 用于生成光阱并捕获样品室 （4） 中的二维材 料； 所述的信号探测单元 （3） 用于收集并保存所述的光阱捕获单元 （2） 捕获的二维材料的 拉曼光谱信号； 所述的信号探测单 元 （3） 设有拉曼光谱仪； 所述的信号解算单元 （5） 用于识别并解算信号探测单元 （3） 保存的二维材料的拉曼光 谱信号； 所述的样品室环境条件调控单 元 （6） 用于调控样品室 （4） 内的环境条件。 2.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述的样品投送单元 （1） 包括电动位移台 和光纤； 所述的电动位移台控制电动移台上光纤的纳米级位移 移动。 3.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述的光阱捕获单元 （2） 是大气环境中的 竖直方向悬浮 光阱。 4.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述的信号探测单元 （3） 包括拉曼光谱仪 和陷波滤光片， 通过计算机编写根据二维材料拉曼散射光特征自适应调节的程序， 控制光 谱仪入口狭缝的大小及陷波滤光片的安装角度， 从而实现二 维材料拉曼光谱信号的高分辨 率探测。 5.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述的信号解算单元 （5） 设有计算机， 通过 计算机编写能够根据实验条件和拉曼光谱信号特征自适应调节的程序， 用于自动识别并解 算信号探测单 元 （3） 保存的二维材 料拉曼光谱信号， 并将解 算结果实时显示在计算机界面。 6.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述的样品室环境条件调控单元 （6） 通过 向样品室 （4） 内通入干氮气和/或湿氮气， 实现样 品室 （4） 内环境相对湿度条件的0 ‑100%调 控。 7.一种根据权利要求1 ‑6任一项所述装置的应用方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1） 将待测二维材 料加载到样品投送单 元 （1） ； 2） 打开光阱捕获单 元 （2） 的激光器， 在样品室 （4） 内形成光阱； 3） 将样品投送单 元 （1） 的二维材 料转移到光阱捕获单 元 （2） 的光阱中； 4） 利用样品室环境条件调控单元 （6） 调控样品室 （4） 的环境条件， 包括相对湿度、 臭氧 浓度； 5） 将二维材 料的拉曼光谱信号收集到信号探测单 元 （3） 并进行保存； 6） 信号解算单元 （5） 识别到信号探测单元 （3） 保存的二维材料拉曼光谱信号后， 进行解 算， 并将解 算结果实时显示在计算机界面。 8.根据权利要求7所述的应用方法， 其特征在于， 所述的二维材料是指电子仅可在两个 维度的1‑100 纳米尺度上自由平面运动的材料， 通过光阱悬浮捕获待测二维材料， 实现二 维材料的原位实时测量。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115508330 A 2一种二维材料原位实时测量装 置及其应用方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 光阱传感领域和材料科学领域， 特别涉及一种二维材料原位实时测量 装置及其应用方法。 背景技术 [0002]自2004年， Geim、 Novoselov及其同事首次报告了原子薄单晶碳膜 （即石墨烯） 的机 械断裂及其 非凡的传输特性， 引起了一类引人入胜的功能纳米材料的复兴， 即二维材料。 二 维材料， 是指电子仅可在两个维度的纳米尺度 （1 ‑100nm） 上自由运动 （平 面运动） 的材料， 如 纳米薄膜、 超晶格、 量子阱。 二维材料因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内， 使得这种材料展现出许多奇特的性质。 其带隙可调的特性在场效应管、 光电器件、 热电器件 等领域应用广泛； 其自旋自由度和谷自由度的可控性在自旋电子学和谷电子学领域引起深 入研究。 不同的二维材料由于晶体结构的特殊性质导致了不同的电学特性或光学特性的各 向异性， 包括拉曼光谱、 光致发光光谱、 二阶谐波谱、 光吸收谱、 热导率、 电导率等性质的各 向异性， 在偏振光电器件、 偏振热电器件、 仿生器件、 偏振光探测等领域具有很大的发展潜 力。 此外， 基于二维材 料的传感器件在生物医学 领域也具有广泛的应用。 [0003]现有二维材料测量方法主要有原子力显微镜法、 透射电镜法、 反射差分光谱法等， 原子力显微镜法可精准测量二维材料的厚度信息； 透射电镜法可测量二 维材料的结构和形 貌信息； 反射差分光谱法可测量二维材料 的光学各项异性特性信息。 尽管上述测量方法在 进行二维材料测量时具有 各自的优势， 但上述二 维材料测量方法通常是基于将待测的二 维 材料剥离生长在硅基底表面， 然后对二维材料进行测 量， 难免会引入基底对测试产生的误 差。 此外， 在研究二维材料的特性随环境条件改变而发生的变化时， 通常需要进行多次测 量， 即完成一次测量后需要将二维材料从测量仪器处转移到某些特定环境中， 直到再次对 其进行测 量时将其转移到测 量仪器处， 会导致操作复杂， 且不能对二维材料 的变化过程进 行实时测 量。 因此需要探索新型二维材料测量装置及方法， 以实现二维材料 的原位实时测 量。 发明内容 [0004]针对现有技术不足， 本发明提出了一种二维材料原位实时测量装置及其应用方 法。 [0005]为实现上述 技术目的， 本发明的技 术方案为： 一种二维材料原位实时测量装置， 包括样品投送单元、 光阱捕获单元、 信号探测单 元、 样品室、 信号 解算单元和样品室环境条件调控单 元； 所述的样品投送单 元用于加载待测的二维材 料， 并将其 转移到样品室； 所述的光阱捕获单 元用于生成光阱并捕获样品室中的二维材 料； 所述的信号探测单元用于收集并保存所述的光阱捕获单元捕获的二维材料的拉 曼光谱信号； 所述的信号探测单 元设有拉曼光谱仪；说　明　书 1/5 页 3 CN 115508330 A 3