一种纳米综合系统及对纳米材料进行研究的方法

技术领域

本发明涉及纳米科学的研究级科研设备领域，尤其涉及一种纳米综合系统及对纳米材料进行研究的方法领域。

背景技术

纳米科学是研究100纳米以内的物理规律的科学，其发展离不开科研设备领域的发展与突破。常用的纳米科学研究设备的类型包含微纳加工设备，如光刻机、电子束曝光机等，物性调控设备，如改变样品的电学光学特性的设备等，及物性表征设备，如原子力显微镜、探针台、光谱仪等。

但上述单个的科研设备功能性比较单一，例如微纳加工设备的主要功能是对样品进行微纳结构的加工，无法对所加工的微纳结构进行直接的观测与表征，往往需要将加工好的样品从设备取出后进行下一步的表征。另一方面，物性表征设备无法对样品进行纳米加工或样品物性的调控，只能够提供对已经加工好的样品或调控物性之后的样品进行表征。特别是，对样品的光学和电学的物性调控往往是非永久性的、瞬态的、随样品所处环境及时间而动态改变的。因此，对样品进行原位的实时物性调控及物性表征十分重要，是能否观测到样品瞬态物理现象变化规律的关键。

目前，将科研设备联用可以解决一部分的上述问题，如原子力显微镜与拉曼光谱的联用，可以实现同时对样品的形貌特性及拉曼光谱特性的物性表征；原子力显微镜与电学测试平台的联用，可以实现同时对样品的形貌特征及电学输运特性的物性表征等。但简单的叠加联用效果不太理想，且仍无法同时实现对样品的微纳米加工、物性的调控及原位物性表征，极大地限制了对纳米材料基础物理特性的研究及对纳米器件的研发与制造。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种纳米综合系统及对纳米材料进行研究的方法，能够对纳米材料同时进行纳米加工、物性调控和原位物性表征，提高纳米综合系统对基础物理规律的研究能力及微纳器件的加工能力。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：

一种纳米综合系统，包括样品台、探针组件、光学组件、电学组件、环境控制组件和中心控制器；

所述探针组件、光学组件、电学组件和环境控制组件均设置在所述样品台上；

所述探针组件、光学组件、电学组件和环境控制组件分别与所述中心控制器连接。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

一种利用上述纳米综合系统对纳米材料进行研究的方法，包括步骤：

在对所述纳米材料进行纳米加工时，所述中心控制器控制所述探针组件和光学组件对所述纳米材料进行同时加工、拼接加工或者闭环反馈加工。

本发明的有益效果在于：利用了纳米科学中广泛存在的微纳结构、光学特性、电学特性及环境之间的相互依存、相互作用、相互影响的理念，将探针组件、光学组件、电学组件、环境控制组件结合到同一个样品台上，由中心控制器制实现纳米材料的加工、物性的原位调控和物性的原位表征，实现加工、调控和表征三大功能彼此的结合。各个组件联用后能够对纳米材料进行光学、电学、力学和热学等方面的加工，不同环境下光学特性的表征、不同环境下电学特性的表征以及不同环境下的物理和化学性质的调控，超出了组件之间简单叠加的效果，提高了纳米综合系统功能的多样性，提高纳米综合系统对基础物理规律的研究能力及微纳器件的加工能力。

附图说明

图1为本发明实施例的一种纳米综合系统结构示意图；

图2为本发明实施例的一种纳米综合系统功能示意图；

图3为本发明实施例的一种纳米综合系统的热扫描探针结构示意图；

标号说明：

1、纳米材料；2、扫描探针；3、探针控制器；4、环境控制组件；5、电学探针台；6、电学控制器；7、激光物镜；8、激光器；9、光谱仪；10、第二预设激光光路；11、第一预设激光光路；12、中心控制器；13、各组件连接中心控制器的连接线。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，本发明实施例提供了一种纳米综合系统，包括样品台、探针组件、光学组件、电学组件、环境控制组件和中心控制器；

所述探针组件、光学组件、电学组件和环境控制组件均设置在所述样品台上；

所述探针组件、光学组件、电学组件和环境控制组件分别与所述中心控制器连接。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：利用了纳米科学中广泛存在的微纳结构、光学特性、电学特性及环境之间的相互依存、相互作用、相互影响的理念，将探针组件、光学组件、电学组件、环境控制组件结合到同一个样品台上，由中心控制器控制实现纳米材料的加工、物性的原位调控和物性的原位表征，实现加工、调控和表征三大功能彼此的结合。各个组件联用后能够对纳米材料进行光学、电学、力学和热学等方面的加工，不同环境下光学特性的表征、不同环境下电学特性的表征以及不同环境下的物理和化学性质的调控，超出了组件之间简单叠加的效果，提高了纳米综合系统功能的多样性，提高纳米综合系统对基础物理规律的研究能力及微纳器件的加工能力。

进一步的，所述探针组件包括扫描探针和探针控制器；

所述探针控制器分别与所述扫描探针和所述中心控制器连接。

由上述描述可知，所述探针控制器分别与所述扫描探针和所述中心控制器连接，所述探针控制器能够接收所述中心控制器传达的操作指令进而控制所述扫描探针做出相应的运动，其响应速度更快、精度更高，有利于实现高精度的加工和物性调控。

进一步的，所述扫描探针包括悬臂区域和针尖区域；

所述针尖位于所述悬臂一端；

所述悬臂区域为电阻低于第一预设值的低电阻区；

所述针尖区域为电阻高于第二预设值的高电阻区。

由上述描述可知，对扫描探针悬臂区域施加电压，使悬臂中存在电流，进而加热悬臂的低电阻区域，最终能够将热量传导到针尖区域，使针尖区域的温度上升，赋予扫描探针热学特性，增强扫描探针对纳米材料的纳米加工的多样性和加工效率。

进一步的，所述光学组件包括激光器、激光物镜和光谱仪；

所述激光器与光谱仪分别与中心控制器连接；

所述激光器与所述激光物镜通过第一预设的激光光路通道连接；

所述激光物镜与所述光谱仪通过第二预设的激光光路通道连接。

由上述描述可知，所述中心控制器可分别控制所述激光器和所述光谱仪，通过两条预设的激光光路分别实现与纳米材料的相互做用和接收与纳米材料相互作用后的数据，实现对纳米材料的激光微纳米加工、光学调控和光学表征的同步进行。

进一步的，所述电学组件包括电学探针台和电学控制器；

所述电学控制器分别与所述电学探针台和中心控制器连接。

由上述描述可知，所述电学控制器分别与所述电学探针台和所述中心控制器连接，所述电学控制器能够接收所述中心控制器传达的操作指令进而控制所述电学探针台将特定的电学特性施加给纳米材料，使纳米材料能够在电学环境下进行加工、物性调控和表征。

进一步的，所述环境控制组件包括环境微腔、温度传感器、加热器、抽真空泵、排气装置、磁体设备和环境控制器；

所述环境控制器分别与所述温度传感器、加热器、抽真空泵、排气装置和中心控制器连接；

所述环境微腔包括进气口和出气口；

所述温度传感器设置于所述环境微腔内部，所述加热器、抽真空泵、磁体设备和排气装置均设置于所述环境微腔外部；

所述抽真空泵用于在抽真空时与所述出气口连通；

所述磁体设备设置于所述环境微腔的外壁；

所述排气装置用于在所述环境微腔输入预设气体时与所述出气口连通。

由上述描述可知，所述环境控制系统可以通过出气口与抽真空泵连接制造真空环境，将进气口和出气口分别与外界环境连接可以改变环境微腔内的气氛环境同时保证气流、气压的稳定，还可以通过环境微腔外壁的磁体设备改变环境微腔内部的磁场，再通过加热器改变环境微腔内部的温度；上述环境变更均由中心控制器下达指令，提高环境变更的响应效率。

本发明另一实施例提供了一种利用上述纳米综合系统对纳米材料进行研究的方法，包括步骤：

在对所述纳米材料进行纳米加工时，所述中心控制器控制所述探针组件和光学组件对所述纳米材料进行同时加工、拼接加工或者闭环反馈加工。

由上述描述可知，中心控制器、探针组件和光学组件共同对纳米材料进行加工，在微纳加工过程中提供闭环反馈机制，实现高精度结构拼接及加工参数自动优化，使实际加工结构与理论设计无限趋近。

进一步的，所述中心控制器控制所述探针组件和光学组件对所述纳米材料进行拼接加工包括：

S11、在探针组件或光学组件对纳米材料完成一个写场的纳米加工后，探针组件对刚刚加工完成的写场中的纳米结构进行形貌表征，得到精确的纳米结构的形貌；

S12、探针组件将测量得到的形貌图形发送至所述中心控制器；

所述中心控制器将下一个写场中的设计图案与所述形貌图形进行精确拼接；

S13、所述中心控制器控制探针组件或光学组件根据所述设计图案进行下一个写场的纳米加工，并返回执行步骤S11直至对所述纳米材料加工完成。

由上述描述可知，通过上述拼接加工方法能够在保证拼接精度的同时实现对大面积纳米的加工。

进一步的，所述中心控制器控制所述探针组件和光学组件对所述纳米材料进行闭环反馈加工包括：

S21、所述中心控制器获取所述探针组件在加工过程中对所述纳米材料的前一行进行实验加工得到的图案；

S22、所述中心控制器将所述图案与原设计图案进行比对，确定它们之间的误差，并根据所述误差优化所述探针组件或所述光学组件的加工参数；

S23、所述中心控制器控制所述探针组件带入优化后的加工参数后对所述纳米材料的当前行进行实验加工，跳转到所述纳米材料的下一行，并返回执行步骤S21直至所述纳米材料的每一行均进行实验加工。

由上述描述可知，通过上述闭环反馈加工方式，使得纳米材料每一行的加工误差成为下一行加工参数的优化依据，对加工参数进行迭代优化，实现加工参数的自动优化，以及实验加工图案与设计图案的逐渐趋近，减小误差，提高纳米结构的加工精度。

进一步的，还包括步骤：

设置所述电学组件对所述纳米材料进行电路连接；

所述中心控制器控制所述探针组件对所述纳米材料进行物性调控的同时，控制所述电学组件对所述纳米材料进行电学性能原位表征；

或者所述中心控制器控制所述电学组件为所述纳米材料提供预设的电学环境，并控制所述探针组件在所述电学环境下对所述纳米材料进行表征或控制所述光学组件在所述电学环境下对所述纳米材料进行光电性能的表征；

或者所述中心控制器控制所述光学组件为所述纳米材料提供预设的光学环境，并控制所述电学组件在所述光学环境下对所述纳米材料进行电学性能测量。

由上述描述可知，电学组件与所述纳米材料连接能够为纳米材料提供电学环境或表征电学性能；与探针组件联用时可以同时进行探针组件的调控和电学性能的原位表征，再与光学系统联用可在光学环境下表征电学性能或在电学环境下表征光学性能，将光学组件、探针组件和电学组件组合应用于纳米材料实现对纳米材料的同时加工、调控以及原位表征，拓展了纳米科研设备的功能性。

本发明上述纳米综合系统及基于纳米综合系统对纳米材料的研究方法可以应用于任何需要对纳米材料进行研究的业务场景，具有通用性，以下通过具体实施方式进行说明：

实施例一

请参照图1，一种纳米综合系统，包括样品台、探针组件、光学组件、电学组件、环境控制组件4和中心控制器12；

所述探针组件、光学组件、电学组件和环境控制组件4均设置在所述样品台上；

其中，所述样品台远离所述探针组件的一面设置有电学连接，所述电学连接赋予所述样品台加热能力和纳米精度下的三维平移能力；

具体的，所述探针组件包括扫描探针2和探针控制器3；所述扫描探针2与所述探针控制器3连接，所述探针控制器3能够控制所述扫描探针2在三维空间进行纳米精度下的平移，能够与其他各个组件协调配合，以此增强纳米综合系统的加工、调控和表征能力；

其中，所述探针组件还包括校准激光和原子力显微镜；所述校准激光用于扫描探针2的定位，能够精准确定扫描探针2所处的三维空间位置；所述原子力显微镜用于接收并表征纳米材料的数据信息；

具体的，如图3所示，所述扫描探针2包括悬臂，所述悬臂一端设置有针尖，所述悬臂的针尖区域经过低于第一预设浓度的掺杂，形成高电阻区域，所述悬臂除针尖区域外的部位经过高于第二预设浓度的掺杂，形成导电性良好的低电阻区域，所述扫描探针2为热扫描探针，给所述热扫描探针2外加电压V，所述悬臂会产生电流I，并在高电阻区累积热量，最终传导至针尖区域，赋予扫描探针2热加工能力，使得扫描探针2能够与纳米材料产生力学、电学、化学和热学的相互作用，进而调控纳米材料1的物性，实现微纳结构加工。

具体的，所述光学组件包括激光器8、激光物镜7和光谱仪9，所述激光器8与光谱仪9分别与所述中心控制器12连接，所述激光器8与所述激光物镜7通过第一预设的激光光路11通道连接，所述激光物镜7与所述光谱仪9通过第二预设的激光光路10通道连接；

具体的，所述电学组件包括电学探针台5和电学控制器6，所述电学控制器6分别与所述电学探针台5和中心控制器12连接，在进行纳米材料研究的时候所述纳米材料1与所述电学组件的电路连接；

具体的，所述环境控制组件4包括环境微腔、温度传感器、加热器、抽真空泵、排气装置、磁体设备和环境控制器；

所述环境控制器分别与所述温度传感器、加热器、抽真空泵、排气装置和中心控制器连接；

所述环境微腔包括进气口和出气口；

所述温度传感器设置于所述环境微腔内部，所述加热器、抽真空泵和排气装置均设置于所述环境微腔外部；

所述抽真空泵用于在抽真空时与所述出气口连通；

所述磁体设备设置于所述环境微腔的外壁；

所述排气装置用于在所述环境微腔输入预设气体时与所述出气口连通。

当需要制造真空环境时，将所述进气口封闭，将所述出气口与所述抽真空泵连接，将所述环境微腔内的气体排出后将出气口封闭从而使环境微腔内的环境处于真空状态最优真空度可达10

当需要控制温度时，可由所述样品台通过液氦制冷及加热控制实现，控制范围从液氦温区到300摄氏度；

当需要外加磁场环境时，将磁体设备放置于所述环境微腔的外壁，从而创建微腔内的磁场环境；

当需要变更气氛环境时，将所述进气口与特殊气氛源连接，所述出气口与所述排气装置连接，在输入特殊气氛时将已经使用过的特殊气氛排出，确保微腔内气流、气压的稳定。

请参照图2，上述探针组件、电学组件、光学组件和环境控制组件组成的纳米综合系统能够实现微纳加工功能、物性调控功能、原位表征功能和环境控制功能；

所述微纳加工功能通过扫描探针2及激光器8共同作用实现，其加工分辨率可达到10纳米精度之内；

所述物性调控功能即对纳米材料1的光学特性、电学特性、晶体结构等进行更改，可实现对纳米材料1光学折射率、电学电导率、晶体缺陷等物性的调控；

所述原位表征功能与物性调控密切相关，即对纳米材料1的物性调控往往是瞬态的、动态的，原位物性调控是获取纳米材料实时物性的唯一途径，是研究新奇物理现象的核心；

中心控制器直接控制探针组件、光学组件及样品台的同步运行，实现纳米材料的同时加工、拼接加工、闭环反馈加工等功能；

所述电学组件实现纳米材料电流、电压的施加、测量和表征；

所述光学组件模块实现纳米材料光谱的测量、数据处理和表征；

环境控制组件实现对气氛、温度和真空的控制与监测。

上述四大组件具备单独、或同时运行的能力，且四大组件相互依存、相互影响、相互作用四大组件是有机的结合，极大地拓展了传统系统对探索纳米材料1微纳结构、光学、电学及环境之间相互作用的能力，对探索新奇物理现象、开展基础物理研究、实现功能纳米器件应用等方面有重要意义。

实施例二

本实施例描述了如何通过纳米综合系统进行纳米加工、物性调控和原位表征：

请参照图1，一种利用上述纳米综合系统对纳米材料1进行研究的方法，包括步骤：

在对所述纳米材料1进行纳米加工时，所述中心控制器12控制所述探针组件和光学组件对所述纳米材料进行同时加工、拼接加工或者闭环反馈加工。

其中，由于所述探针组件对所述纳米材料的加工原理之一是探针与样品之间的热效应，即探针加热后烧蚀纳米材料，形成纳米结构；所述光学组件对所述纳米材料的加工原理同样是热效应，即利用光学组件中的激光聚焦至纳米材料上，烧蚀纳米材料，形成纳米结构。因此，探针组件和光学组件对纳米材料的加工原理一致，通过中心控制器12对样品台的位移操控，并协同控制探针组件和光学组件对纳米材料的烧蚀过程，实现探针组件和光学组件对纳米材料的同时加工能力；

在对纳米材料进行加工的过程中，进行一次完整、不间断加工的加工范围由“写场”大小决定，因此如果要完成大面积纳米加工，需要完成多次加工过程，即进行多个“写场”的纳米结构加工，因此需要对多个“写场”中的纳米结构进行拼接，拼接的精度决定了大面积纳米加工的整体质量，进而影响整体纳米器件的性能，所采用的纳米综合系统具有高精度拼接加工能力，原因为：探针组件可以对纳米结构的形貌进行精确表征(即其中的原子力显微镜功能)，因此在探针组件或光学组件对纳米材料进行完成一个“写场”的纳米加工后，探针组件对刚刚加工完成的“写场”中的纳米结构进行形貌表征，得到精确的纳米结构的形貌，并将测量得到的形貌图形输入至中心控制器12中，中心控制器进而将下一个“写场”中的设计图案与刚刚测量并输入其中的上一个“写场”的真实实验形貌图案进行精确拼接，随后中心控制器将控制探针组件或光学组件进行下一个“写场”的纳米加工，如此，利用探针组件对上一个完成的“写场”中的纳米结构进行形貌表征、所测量的图案导入中心控制器、与下一个“写场”中的设计图案拼接，从而最终依次拼接多个不同的“写场”的图案，实现大面积拼接加工；

闭环反馈加工是一种加工过程中对加工参数自动优化的技术手段，目的是实现最终加工得到的图案与原设计图案之间的误差最小。闭环反馈加工的实现是利用探针组件对纳米结构的形貌的精确表征能力(即其中的原子力显微镜功能)。具体而言，探针组件或光学组件对纳米材料的纳米加工是逐行进行的(类似喷墨打印机的逐行打印模式)，在完成每一行的纳米结构加工之后，探针组件都会立即对该行所加工得到的纳米结构进行形貌表征，并将测得的实验形貌图案导入中心控制器中，与该行的原设计图案进行比对，从而得到该行的实验加工得到的图案与原设计图案之间的误差，因此误差的大小反映了探针组件或光学组件的加工参数的优劣，换言之，误差与加工参数对应。闭环反馈的工作过程为，利用探针组件对纳米结构的形貌的精确表征能力，中心控制器12将获取加工过程中第一行的实验加工得到的图案与原设计图案之间的误差，并根据误差大小，优化探针组件或光学组件的加工参数(可通过计算机算法根据误差大小而自动完成参数优化)，然后带入优化后的加工参数进行第二行的纳米加工，随后获取并依据第二行的加工误差，再次进行加工参数优化，然后带入到第三行的纳米加工，以此往复，使得每一行的加工误差成为下一行加工参数的优化依据，对加工参数进行迭代优化，实现加工参数的自动优化，以及实验加工图案与设计图案的逐渐趋近，减小误差，提高纳米结构的加工精度，即为闭环反馈加工功能。

其中，探针组件包括扫描探针2、探针控制器3、校准激光和原子力显微镜，所述光学组件包括激光器8、光谱仪9和激光物镜7；

所述扫描探针2由扫描隧道显微镜和原子力显微镜发展而来，通过对扫描悬臂的改造，使悬臂针尖与材料产生力学、电学、热学、化学相互作用，进而调控材料物性，实现微纳结构加工；其中，力学相互作用指悬臂针尖接触纳米材料，并发生移动，由于针尖相对纳米材料而言更坚硬，针尖的移动将磨损纳米材料，从而使得纳米材料上获得微纳结构(被磨损的区域发生形貌改变)，同时该纳米材料中被针尖磨损之后的区域的物性(如摩擦力)将会被改变；

电学相互作用指利用带电的悬臂针尖与某些对外加电场敏感的纳米材料(如铁电材料；易氧化的纳米材料等)进行作用，可实现对纳米材料的物性调控(如铁电材料的极化反转；易氧化材料的氧化层生长等)，此时的微纳结构加工特指上述的物性调控具有微纳分辨率，如极化反转的区域大小、氧化层生长的大小在微纳米尺度下；

热学相互作用指利用加热的悬臂针尖与某些热敏材料(如热敏聚合物)进行作用，热敏材料在被加热时会发生形变(如热敏聚合物被加热时会分解为单体聚合物，随后挥发)，因此热针尖可以在热敏材料上实现微纳结构加工，此时纳米材料的物性调控指热敏材料在加热情况下的分解等化学成分改变；

化学相互作用指某些纳米材料(如二硫化钼等)在加热的情况下会发生化学键的断裂，形成新的化学结构(如二硫化钼形成更多硫空位)，具有新的物性(如二硫化钼的化学势减小)，利用加热的悬臂针尖与上述特定纳米材料发生化学相互作用，实现对纳米材料的物性调控，此时的微纳结构加工特指上述的物性调控具有微纳分辨率，如二硫化钼硫空位增加的区域大小在微纳米尺度下。

由于悬臂针尖的尺寸极小(针尖半径小于10nm)，扫描探针直写的加工精度可达10nm之内，并且其原理简单、设备灵活、对实验环境要求低、适用材料范围广，是下一代低成本与高精度微纳加工技术的重要发展方向。然而，扫描探针2直写依赖探针逐行扫描，加工速度较慢，难以进行大面积(晶圆级)加工和工业化生产。

所述激光器8，基于多光子吸收的三维激光直写具有效率高、成本低，加工结构灵活等优势。然而，由于光学衍射极限，其单光束最小分辨率仅为百纳米量级。

具体的，在本实施例中将上述扫描探针技术与所述激光技术结合。由于激光技术和扫描探针技术均是利用自由空间中的物质相互作用(激光或扫描探针与纳米材料1)，实现对纳米材料1的物性调控和微纳加工。基于该原理，通过匹配激光与样品、扫描探针与纳米材料1分别的作用时机、作用位置及高精度拼接，将实现两种技术的有效集成，建立物性调控及纳米加工综合平台，达到“1+1>2”的效果。

该集成系统将满足不同尺寸微纳器件的加工需求，可对器件进行一次性加工，进而避免多次曝光造成的集成化微纳器件加工难度大、效率低等缺点，减少多次加工对器件性能造成的损伤。同时，利用扫描探针2技术，实现纳米材料1的原位形貌表征，在微纳加工过程中提供闭环反馈机制，实现高精度结构拼接及加工参数自动优化，使实际加工结构与理论设计无限趋近。另外，该系统可避免纳米材料1结构标记及套刻，实现“无标记”纳米器件加工，有效消除因制作标记结构对器件产生的损害，降低成本及复杂度。同时，该集成系统具有三维微纳加工能力，可替代当前繁琐的逐层加工工艺，提升器件性能。最后，该集成系统扩展性强，可引入对激光光场调控的多焦点并行加工及双光束超分辨加工，及并行多扫描探针2直写技术。

一种利用上述纳米综合系统对纳米材料1进行研究的方法，还包括步骤：

设置所述电学组件对所述纳米材料1进行电路连接；

具体的，在选定研究的纳米材料后，将所述纳米材料1与电学组件进行电路连接为所述纳米材料提供电学环境；

进一步的，具体包括三个部位的触碰连接，所述电学组件的电路一端也与所述纳米材料接触连接，调整所述电学组件的两个电学系统探针台5使得所述电学系统探针台5与所述纳米材料接触；

所述中心控制器12控制所述探针组件对所述纳米材料1进行物性调控的同时，控制所述电学组件对所述纳米材料1进行电学性能原位表征；

具体的，所述中心控制器12控制所述探针组件的扫描探针2与所述纳米材料1接触通过力学、热学的方式改变纳米材料1的结构，从而实现物性调控时，所述中心控制器12控制所述电学组件表征纳米材料1的电输运、载流子浓度、载流子类型、载流子迁移率、电阻率、电导率等电学特性；

所述中心控制器12控制所述光学组件的激光器8按照预设光路发射激光改变纳米材料1的物质结构，对所述纳米材料1进行物性调控时，所述中心控制器12控制所述电学组件表征纳米材料1的电输运、载流子浓度、载流子类型、载流子迁移率、电阻率、电导率等电学特性；

所述中心控制器12控制所述光学组件的激光器8和所述探针组件的扫描探针2一同对纳米材料1进行相互作用，通过力学、热学、电学、化学等方面对纳米材料1的物质结构做出改变，所述中心控制器12控制所述电学组件表征纳米材料1的电输运、载流子浓度、载流子类型、载流子迁移率、电阻率、电导率等电学特性；

进一步的，当上述纳米材料1为纳米器件时，所述电学组件能够对所述纳米器件的电流-电压特性曲线、转移曲线、输出曲线、光电流、光伏、霍尔效应等内容进行表征，其中光电流、光伏的表征需要在光学组件发射激光提供预设的光学环境，霍尔效应的表征需要环境控制组件将磁体设备放置于所述环境微腔的外壁提供微腔内的磁场环境。

或者所述中心控制器12控制所述电学组件为所述纳米材料1提供预设的电学环境，并控制所述探针组件在所述电学环境下对所述纳米材料1进行表征或控制所述光学组件在所述电学环境下对所述纳米材料1进行光电性能的表征；

具体的，所述中心控制器12控制所述电学组件为所述纳米材料1提供预设的偏压V，所述探针组件的扫描探针通过与纳米材料接触的方式能实现对纳米材料1的形貌、化学势、电阻率、电导率、电流、电容、压电力、静电力、磁力、摩擦力、横向力、热分布等内容的表征或所述光学组件的光谱仪能够接收所述纳米材料1的光学信息实现对纳米材料1的拉曼光谱、荧光光谱、透射光谱、反射光谱、吸收光谱、四波混频、克尔效应、三阶非线性、二阶非线性等内容的表征；

或者所述中心控制器12控制所述光学组件为所述纳米材料1提供预设的光学环境，并控制所述电学组件在所述光学环境下对所述纳米材料1进行电学性能测量。

具体的，所述中心控制器12控制所述光学组件的激光器按照预设的激光光路发射激光至所述样品台上提供光学环境，在所述光学环境下，中心控制器12控制所述电学组件采集所述纳米材料1的电学信息并对纳米材料1的电输运、载流子浓度、载流子类型、载流子迁移率、电阻率、电导率等内容进行表征；

当所述纳米材料1为纳米器件时，所述电学组件对所述纳米器件的电流-电压特性曲线、转移曲线、输出曲线、光电流、光伏和霍尔效应等内容进行表征，其中，光电流和光伏的表征需要在光学组件发射激光提供预设的光学环境，霍尔效应的表征需要环境控制组件4将磁体设备放置于所述环境微腔的外壁提供微腔内的磁场环境。

上述纳米综合系统中，所述探针组件和所述光学组件均可对纳米材料1进行加工和物性调控，所述探针组件、所述光学组件和所述电学组件均可对纳米材料1进行表征，当所述探针组件和所述光学组件中任意一者或两者对纳米材料1进行加工调控时，所述探针组件、光学组件和所述电学组件中任意一者、两者或三者均可对所述纳米材料1进行原位表征；在其他可选的实施例中可以将上述系统的各个组件进行任意组合实现纳米材料的加工、调控和原位表征。

同时在上述的加工、调控和原位表征的情况下，还可通过环境控制组件4在全局上对整个加工、调控和原位表征的环境进行变更，环境的改变决定着微纳加工的精度、物性调控的程度与取向性。

综上所述，本发明提供的一种纳米综合系统及基于纳米综合系统对纳米材料的研究方法，利用了纳米科学中广泛存在的微纳结构、光学特性、电学特性及环境之间的相互依存、相互作用、相互影响的理念，将探针组件、光学组件、电学组件、环境控制组件结合到同一个样品台上，由控制中心控制同时实现纳米材料的加工、物性调控和原位表征。各个组件联用后能够对纳米材料进行光学、电学、力学和热学等方面的加工，不同环境下光学特性的表征、不同环境下电学特性的表征以及不同环境下的物理和化学性质的调控，超出了组件之间简单叠加的效果，提高了纳米综合系统功能的多样性和纳米材料研究的准确性和精密性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。