一种裂结法测量单分子电学性能的系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术涉及一种裂结法测量单分子电学性能的系统及其使用方法，该系统包括控制模块、直线位移驱动器、升降台、压电陶瓷管、金探针电极、样品台、数据采集模块、数据显示模块、数据导出模块；所述控制模块为PC机；所述样品台呈水平矩形薄板状；该系统的使用方法包括将样品用待测性能的分子溶液进行修饰后固定在样品台上的样品槽中，并搭建测试电路；通过控制模块控制直线位移驱动器带动升降台下降，直至数据采集模块收集到的反馈电流超过预先设定的数值，控制模块控制直线位移驱动器使升降台停止下降。它构造简单、成本低廉，操作简便，各个组成器件之间连接紧密，系统性强，能高效、准确的测量出单分子的电学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种裂结法测量单分子电学性能的系统及其使用方法
本专利技术涉及单分子测量
，尤其涉及一种裂结法测量单分子电学性能的系统及其使用方法。
技术介绍
单分子电导测量技术是利用电学方法测量单个分子电学性质的一种技术，随着分子电子学(Molecularelectronics)的发展和纳米技术的进步，单分子电导测量技术在过去的十几年中取得了突破性的进展，已成为一种精确的单分子检测手段。其基本思想是将一个分子镶嵌在两个电极之间，形成电极-分子-电极的纳米连接，也称单分子结。在外加偏压下，通过分子结的电流(量子遂穿电流)可以揭示分子的电学性质，帮助人们理解电子在分子内部的输运机理。由于量子遂穿电流对传输路径的高度敏感，我们也可以通过测量分子电导对外界干扰(例如机械力、光、电、热、以及化学环境)的响应探测到分子的最基础的物理化学性质。与测量分子集合体整体性质的传统方法(如光散射，光偏振，粘滞性等)相比，单分子测量技术具有直接、准确、实时等优点，能够在单分子水平上提供分子结构与功能之间的丰富信息，在揭示生命现象的重要过程，以及临床诊断等领域具有深远的应用价值，被广泛应用于分子电子学以外的领域，特别在物理化学、分析化学、生物传感和基因测序等领域都显示了其巨大的发展潜力。人们正不断致力于寻求可以探测单分子行为的方法，包括扫描探针技术、光镊技术、单分子荧光光谱技术等。从自然得到启发，使用许多物理现象中的分子可以微型化电子元件到分子大小。基于电极-分子-电极的单分子电导检测技术已经广泛应用于单分子电学性质测量，帮助人们理解电子在分子内部的传递机理，发展分子电子器件，替代传统微电子集成电路中的各种功能元件。迄今为止，人们在应用电极-分子-电极的单分子电导检测技术测量单分子的电导性能时，会用到直线位移驱动器、压电陶瓷控制器、放大器等器件，需要手动将这些器件搭建起来才能进行测量，各个器件之间相互独立，搭建耗时费力，无法形成一个完整高效的测量系统，导致测量结果往往也存在较大的误差，测量的准确性较低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种裂结法测量单分子电学性能的系统及其使用方法，它构造简单、成本低廉，操作简便，各个组成器件之间连接紧密，系统性强，能高效、准确的测量出单分子的电学性能。为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种裂结法测量单分子电学性能的系统，它包括控制模块、直线位移驱动器、升降台、压电陶瓷管、金探针电极、样品台、数据采集模块、数据显示模块、数据导出模块；所述控制模块为PC机；所述样品台呈水平矩形薄板状，样品台的底面四个边角位置处各固定设有一个用于支立样品台的支脚，样品台的顶面中心位置处开设有一呈矩形凹槽状用于存放样品的样品槽，样品台的顶面上位于其四个边角位置处各与一根支撑杆的底端固定垂直相连；所述升降台呈水平矩形薄板状，升降台的中心垂直固定嵌有一呈竖直圆柱状的压电陶瓷管，压电陶瓷管的顶端和底端均分别穿透升降台的顶面和底面，压电陶瓷管与控制模块电性相连并由控制模块控制其伸长或缩短，压电陶瓷管的底端面中心位置处与一金探针电极的顶端固定垂直相连，金探针电极由Au材质制成，升降台的四个边角位置处分别被四根支撑杆的顶端穿透，将升降台架空于样品台的正上方，且升降台与样品台平行，金探针电极位于样品台的正上方，升降台的顶面上固定设有一直线位移驱动器，直线位移驱动器通过导线与控制模块电性相连，并在控制模块的控制下带动升降台沿四根支撑杆上升或下降；所述数据采集模块包括电流放大器，数据采集模块与数据显示模型电性相连；所述数据显示模块为PC机液晶显示屏，电流放大器将采集到的信号进行放大并传输显示在控制模块的液晶显示屏上；所述数据导出模块为打印机，数据导出模块与控制模块电性相连，由控制模块控制用于打印输出数据采集模块采集到的信号。进一步，所述直线位移驱动器的型号为Picomotor8742-4-KIT。进一步，所述电流放大器的型号为DLPCA-200。一种裂结法测量单分子电学性能的系统的使用方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)将样品用待测性能的分子溶液进行修饰后固定在样品台上的样品槽中，并搭建测试电路；(2)通过控制模块控制直线位移驱动器带动升降台下降，直至数据采集模块收集到的反馈电流超过预先设定的数值，控制模块控制直线位移驱动器使升降台停止下降，并控制嵌设在升降台中心的压电陶瓷管开始向下伸长，带动金探针电极进一步向样品槽中的样品移动接近；(3)待数据采集模块收集到的反馈电流突变至最大值时，控制模块控制压电陶瓷管停止向下伸长，并开始向上缩短，带动金探针电极向上移动，直至数据采集模块收集到的反馈电流突然降到0；(4)重复上述步骤(2)和步骤(3)，控制模块处理数据采集模块收集到的反馈电流，并控制数据导出模块打印输出结果。本专利技术的有益效果是：它构造简单、成本低廉，操作简便，各个组成器件之间连接紧密，系统性强，能高效、准确的测量出单分子的电学性能。【附图说明】下面结合附图和实施例对本专利技术作出进一步的说明。图1为本专利技术系统的结构示意图。图2为本专利技术系统的控制连接框图。图3为本专利技术具体实施方式中测试电路搭建简图。图4为本专利技术具体实施方式中测量BDT电导率原子分子连接断裂过程示意图。图5为本专利技术具体实施方式中经过BDT分子修饰过的金样品测量统计图。图6为本专利技术具体实施方式中单纯的金样品(a)与经过BDT分子修饰的金样品(b)的电导率特征曲线对比图。其中，1-升降台、2-样品台、3-支撑杆、4-压电陶瓷管、5-直线位移驱动器、6-金探针电极、7-样品槽、8-支脚。【具体实施方式】以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。在附图所示的实例中，一种裂结法测量单分子电学性能的系统，如图1所示，它包括控制模块、直线位移驱动器5、升降台1、压电陶瓷管4、金探针电极6、样品台2、数据采集模块、数据显示模块、数据导出模块；所述控制模块为PC机；所述样品台2呈水平矩形薄板状，样品台2的底面四个边角位置处各固定设有一个用于支立样品台的支脚8，样品台2的顶面中心位置处开设有一呈矩形凹槽状用于存放样品的样品槽7，样品台2的顶面上位于其四个边角位置处各与一根支撑杆3的底端固定垂直相连；所述升降台1呈水平矩形薄板状，升降台1的中心垂直固定嵌有一呈竖直圆柱状的压电陶瓷管4，压电陶瓷管4的顶端和底端均分别穿透升降台1的顶面和底面，压电陶瓷管4与控制模块电性相连并由控制模块控制其伸长或缩短，压电陶瓷管4的底端面中心位置处与一金探针电极6的顶端固定垂直相连，金探针电极6由Au材质制成，升降台1的四个边角位置处分别被四根支撑杆3的顶端穿透，将升降台1架空于样品台2的正上方，且升降台1与样品台2平行，金探针电极6位于样品台2的正上方，升降台1的顶面上固定设有一直线位移驱动器5，如图2所示，直线位移驱动器5通过导线与控制模块电性相连，并在控制模块的控制下带动升降台1沿四根支撑杆3上升或下降；所述数据采集模块包括电流放大器，数据采集模块与数据显示模型电性相连；所述数据显示模块为PC机液晶显示屏，电流放大器将采集到的信号进行放大并传输显示在控制模块的液晶显示屏上；所述数据导出模块为打印机，数据导出模块与控制模块电性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种裂结法测量单分子电学性能的系统，其特征在于，它包括控制模块、直线位移驱动器、升降台、压电陶瓷管、金探针电极、样品台、数据采集模块、数据显示模块、数据导出模块；所述控制模块为PC机；所述样品台呈水平矩形薄板状，样品台的底面四个边角位置处各固定设有一个用于支立样品台的支脚，样品台的顶面中心位置处开设有一呈矩形凹槽状用于存放样品的样品槽，样品台的顶面上位于其四个边角位置处各与一根支撑杆的底端固定垂直相连；所述升降台呈水平矩形薄板状，升降台的中心垂直固定嵌有一呈竖直圆柱状的压电陶瓷管，压电陶瓷管的顶端和底端均分别穿透升降台的顶面和底面，压电陶瓷管与控制模块电性相连并由控制模块控制其伸长或缩短，压电陶瓷管的底端面中心位置处与一金探针电极的顶端固定垂直相连，金探针电极由Au材质制成，升降台的四个边角位置处分别被四根支撑杆的顶端穿透，将升降台架空于样品台的正上方，且升降台与样品台平行，金探针电极位于样品台的正上方，升降台的顶面上固定设有一直线位移驱动器，直线位移驱动器通过导线与控制模块电性相连，并在控制模块的控制下带动升降台沿四根支撑杆上升或下降；所述数据采集模块包括电流放大器，数据采集模块与数据显示模型电性相连；所述数据显示模块为PC机液晶显示屏，电流放大器将采集到的信号进行放大并传输显示在控制模块的液晶显示屏上；所述数据导出模块为打印机，数据导出模块与控制模块电性相连，由控制模块控制用于打印输出数据采集模块采集到的信号。...

【技术特征摘要】
1.一种裂结法测量单分子电学性能的系统，其特征在于，它包括控制模块、直线位移驱动器、升降台、压电陶瓷管、金探针电极、样品台、数据采集模块、数据显示模块、数据导出模块；所述控制模块为PC机；所述样品台呈水平矩形薄板状，样品台的底面四个边角位置处各固定设有一个用于支立样品台的支脚，样品台的顶面中心位置处开设有一呈矩形凹槽状用于存放样品的样品槽，样品台的顶面上位于其四个边角位置处各与一根支撑杆的底端固定垂直相连；所述升降台呈水平矩形薄板状，升降台的中心垂直固定嵌有一呈竖直圆柱状的压电陶瓷管，压电陶瓷管的顶端和底端均分别穿透升降台的顶面和底面，压电陶瓷管与控制模块电性相连并由控制模块控制其伸长或缩短，压电陶瓷管的底端面中心位置处与一金探针电极的顶端固定垂直相连，金探针电极由Au材质制成，升降台的四个边角位置处分别被四根支撑杆的顶端穿透，将升降台架空于样品台的正上方，且升降台与样品台平行，金探针电极位于样品台的正上方，升降台的顶面上固定设有一直线位移驱动器，直线位移驱动器通过导线与控制模块电性相连，并在控制模块的控制下带动升降台沿四根支撑杆上升或下降；所述数据采集模块包括电流放大器，数据采集模块与数据显示模型电性相连；所述数据显示模块为PC机液晶显示屏，电流放大器将采集到的信号进行放大并传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：常帅，黄明柱，陈海舰，何劲，梁峰，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42