CN109052315B - 一种二维材料的转移系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种二维材料的转移系统，该系统通过采用对准装置检测转移基片载物台上的转移基片与目标基片载物台上的目标基片是否对准，并将对准检测结果反馈至主控制装置，使得主控制装置能够根据对准检测结果，控制转移基片控制装置调节转移基片载物台的位置和/或控制目标基片控制装置调节目标基片载物台的位置，并在转移基片与目标基片对准后，将转移基片上的二维材料转移至目标基片上。本发明实施例提供的二维材料的转移系统，能够采用智能化、自动化的方式实现二维材料的转移，提高二维材料的对准转移精度，使得二维材料的转移过程简单化，进而节省了人力成本和二维材料的制备成本。

Description

一种二维材料的转移系统

技术领域

本发明实施例涉及二维材料制备技术领域，尤其涉及一种二维材料的转移系统。

背景技术

二维材料是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度上自由运动的材料，即电子在平面上运动。常见的二维材料有许多种，如纳米薄膜、超晶格、量子阱等。当前，二维材料可以采用自下而上和自上而下两种方法进行制备。

在二维材料的自下而上制备方法中，化学气相沉积法依赖于某些有机或无机前驱体在催化基底上的反应来制备大面积、高质量的二维材料，特别适合于电子学或光子学中的高端应用；而自上而下制备方法是基于对片层块体剥离后得到相应二维材料的单层或少层纳米片，特别是在液相中利用超声波、剪切力或电化学插层等直接剥离的方法，能够在较大量的在胶体分散液中得到较高质量的二维纳米片，且可以针对不同的用途，将所制备的二维纳米片加工成涂层、薄膜、复合材料、混合物等形态，自上而下的制备方法主要有化学气相沉积法、剥离块体材料法等。但是，无论是采用自下而上的制备方法，还是自上而下制备方法，都需要对二维材料进行转移，即将二维材料从衬底或块体材料上分离的过程。二维材料的转移方法分为干法转移和湿法转移。其中，湿法转移方法是将生长有二维材料的衬底浸泡于腐蚀溶液中，使得衬底和二维材料分离，在腐蚀的过程中将不可避免地引入金属离子、化学基团等缺陷，从而破坏二维材料的结构，以及污损二维材料的界面。而干法转移方法相对于湿法转移方法，能够保证二维材料具有完整的宏观结构和平整的微观尺寸，且能够对生长二维材料的衬底反复利用，降低生产成本。

然而，传统的干法转移方法需要人工手动对准被转移材料基底和目标基片，且目标基片上反射的光线需要透过被转移材料基底，进入观察用的显微镜。由此，在制备二维材料时需选择透光性良好的被转移材料基底，且该转移材料基底应具备足够强度和较薄的厚度，这将使二维材料的制备工艺复杂化，同时提高了二维材料的制备成本。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种二维材料的转移系统，能够提高二维材料的转移精度，以及简化二维材料的转移操作，实现二维材料的自动化转移。

本发明实施例提供了一种二维材料的转移系统，包括：转移基片控制装置、目标基片控制装置、对准装置以及主控制装置；

所述转移基片控制装置包括转移基片载物台，所述目标基片控制装置包括目标基片载物台；所述转移基片载物台与所述目标基片载物台相对设置，所述转移基片载物台用于放置转移基片，所述目标基片载物台用于放置目标基片；

所述对准装置与所述主控制装置连接；所述对准装置用于检测所述转移基片与所述目标基片是否对准，并将对准检测结果反馈至所述主控制装置；

所述主控制装置分别与所述转移基片控制装置以及所述目标基片控制装置连接；所述主控制装置根据所述对准检测结果，控制所述转移基片控制装置调节所述转移基片载物台的位置和/或控制所述目标基片控制装置调节所述目标基片载物台的位置，以使所述转移基片与所述目标基片对准；

所述主控制装置还用于在所述转移基片与所述目标基片对准后，控制所述转移基片控制装置将所述转移基片上的二维材料转移至所述目标基片上。

可选的，所述对准装置包括：信息记录装置、照明装置、光学显微镜以及显微镜控制台；

所述光学显微镜固定于所述显微镜控制台上；所述光学显微镜与所述主控制装置连接；所述显微镜控制台与所述主控制装置连接；所述主控制装置调节所述光学显微镜的成像参数，以及通过所述显微镜控制台调节所述光学显微镜的视角；

所述信息记录装置分别与所述光学显微镜和所述主控制装置连接；所述信息记录装置用于记录所述光学显微镜的成像信息，并将所述成像信息反馈至所述主控制装置，以使所述主控制装置根据所述成像信息，调节所述成像参数和视角；

所述照明装置用于为所述光学显微镜提供光源。

可选的，所述光学显微镜包括：可伸缩的双分束镜；

所述可伸缩的双分束镜在接受到对准指令时，伸向所述转移基片和所述目标基片之间，检测所述转移基片与所述目标基片是否对准；所述可伸缩的双分束镜在接受到转移指令时，缩回移出所述转移基片和所述目标基片之间。

可选的，所述转移基片控制装置还包括：升降台、伸缩杆和压力传感器；

所述伸缩杆的第一端与所述转移基片载物台连接，所述伸缩杆的第二端与所述升降台滑动连接，所述伸缩杆还与所述主控制装置连接；所述升降台与所述主控制装置连接；所述主控制装置控制所述升降台运动，以使所述升降台靠近或远离所述目标基片载物台；所述伸缩杆用于在所述主控制装置的控制下，在所述转移基片载物台所在的平面上移动，以调节所述转移基片与所述目标基片的相对位置；

所述压力传感器位于所述转移基片载物台上，所述压力传感器与所述主控制装置连接；所述压力传感器用于检测所述转移基片载物台上的转移基片与所述目标基片载物台上的目标基片之间的接触力信号，并将所述接触力信号传输至所述主控制装置。

可选的，所述系统还包括：数控加热装置；

所述数控加热装置位于所述目标基片载物台上，所述数控加热装置与所述主控制装置连接；所述数控加热装置用于在所述主控制装置的控制下，对所述目标基片载物台上的所述目标基片进行加热。

可选的，所述系统还包括：防震台；

所述转移基片控制装置、所述目标基片控制装置以及所述对准装置设置于所述防震台上。

可选的，所述系统还包括：控制面板；

所述主控制装置与所述控制面板连接；所述控制面板用于获取用户的操作指令，并传输至所述主控制装置。

本发明实施例提供了一种二维材料的转移系统，该系统通过采用对准装置检测转移基片载物台上的转移基片与目标基片载物台上的目标基片是否对准，并将对准检测结果反馈至主控制装置，使得主控制装置能够根据对准检测结果，控制转移基片控制装置调节转移基片载物台的位置和/或控制目标基片控制装置调节目标基片载物台的位置，并在转移基片与目标基片对准后，将转移基片上的二维材料转移至目标基片上。本发明实施例提供的一种二维材料的转移方法能够解决现有技术中二维材料的转移需要人工对准，对准转移精度低，从而导致二维材料的对准转移过程复杂，且浪费人力和时间，进而使得二维材料的制备工艺复杂化，以及提高了二维材料的制备成本的技术问题。本发明实施例提供的二维材料的转移系统，通过对准装置检测二维材料的转移基片和目标基片的对准情况，并在主控制装置的控制下使转移基片与目标基片对准后，二维材料由转移基片转移至目标基片上，完成二维材料的制备，从而能够采用智能化、自动化的方式实现二维材料的转移，提高二维材料的对准转移精度，使得二维材料的转移过程简单化，进而节省了人力成本和二维材料的制备成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种二维材料的转移系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的又一种二维材料的转移系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的再一种二维材料的转移系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种二维材料的转移系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例提供的一种二维材料的转移系统可在二维材料制备过程中，用于二维材料的转移。图1是本发明实施例提供的一种二维材料的转移系统的结构示意图。参见图1所示，本发明实施例提供的二维材料的转移系统包括：转移基片控制装置10、目标基片控制装置20、对准装置30以及主控制装置40。

其中，转移基片控制装置10包括转移基片载物台11，目标基片控制装置20包括目标基片载物台21；转移基片载物台11与目标基片载物台21相对设置，转移基片载物台11用于放置转移基片110，目标基片载物台21用于放置目标基片210；对准装置30与主控制装置40连接；对准装置30用于检测转移基片110与目标基片210是否对准，并将对准检测结果反馈至主控制装置40；主控制装置40分别与转移基片控制装置10以及目标基片控制装置20连接；该主控制装置40根据对准检测结果，控制转移基片控制装置10调节转移基片载物台11的位置和/或控制目标基片控制装置20调节目标基片载物台21的位置，以使转移基片110与目标基片210对准；主控制装置40还用于在转移基片110与目标基片210对准后，控制转移基片控制装置10将转移基片110上的二维材料转移至目标基片210上。

二维材料是电子仅可在两个维度上自由运动的材料，横向尺寸很大，而厚度方向仅有一个或几个原子层厚度。相比于其他维度的纳米材料，二维材料的优势在于其柔性和透明度高，在可穿戴智域的应用前景广阔，能器件和柔性储能器件等领且其结构与成分可调，由此衍生出二维材料性能的多样性。材料的合成及组装是材料性能研究和器件制作的前提。二维材料的制备方法分为自上而下和自下而上两类。由于二维材料的厚度方向的结构仅为单原子层或多原子层，当采用衬底或块体制备二维材料时，使得分离衬底或块体材料上的二维材料成为二维材料制备过程中的技术难点。

本发明实施例提供的一种二维材料的转移系统，能够用于分离衬底或块体材料上的二维材料，即能够使的二维材料进行转移。参考图1所示，本发明实施例提供的二维材料的转移系统通过采用对准装置30检测转移基片载物台11上的转移基片110与目标基片载物台21上的目标基片210是否对准，并将对准检测结果反馈至主控制装置40，使得主控制装置40能够根据对准检测结果，控制转移基片控制装置10调节转移基片载物台11的位置和/或控制目标基片控制装置20调节目标基片载物台21的位置，并在转移基片110与目标基片210对准后，将转移基片110上的二维材料转移至目标基片210上。

具体的，转移基片110上的材料例如可以为带衬底的二维材料、二维材料的块体，或者以转移基片为衬底制备完成的二维材料。而在检测二维材料的性能或以二维材料为原料进行应用时，则需将二维材料从衬底或块体上分离。此时，二维材料可转移至目标基片210上。将转移基片110和目标基片210分别放置于转移基片载物台11和目标基片载物台21上。转移基片载物台11上的转移基片110与目标基片载物台21上的目标基片需要对准后，才能准确的转移，否则将会破坏二维材料的结构，影响二维材料的性能。通过对准装置30检测转移基片110与目标基片210的对准情况，并将对准信息反馈至主控制系统40。

其中，主控制系统40例如可以为计算机，能够对接收的信息进行处理和分析，并能够根据处理和分析的结果发送相应的控制信号。主控制系统40处理和分析所接收的对准信息，在该对准信息的处理和分析结果显示转移基片110与目标基片210没有对准时，主控制装置40向转移基片控制装置10发送控制信号，以使转移基片控制装置10调节转移基片载物台11的位置，使得转移基片载物台11上的转移基片110与目标基片210对准。直至对准信息的处理和分析结果显示转移基片110与目标基片210对准时，主控制装置40控制转移基片控制装置10将转移基片110上的二维材料转移至目标基片210上。

在本发明另一实施例中，主控制系统40处理和分析的对准信息显示转移基片110与目标基片210没有对准时，主控制装置40也可向目标基片控制装置20发送控制信号，以使目标基片控制装置20调节目标基片载物台21的位置，使得目标基片载物台21上的目标基片210与转移基片110对准；或者，主控制装置40同时向转移基片控制装置10和目标基片控制装置20发送控制信号，以使转移基片控制装置10调节转移基片载物台11的位置，目标基片控制装置20调节目标基片载物台21的位置，使得转移基片载物台11上的转移基片110与目标基片载物台21上的目标基片210对准。直至对准信息的处理和分析结果显示目标基片210与转移基片110对准时，主控制装置40控制转移基片控制装置20将转移基片110上的二维材料转移至目标基片210上。

本发明实施例提供的二维材料的转移系统，通过对准装置检测二维材料的转移基片和目标基片的对准情况，并在主控制装置的控制下使转移基片与目标基片对准后，二维材料由转移基片转移至目标基片上，完成二维材料的制备，从而能够采用智能化、自动化的方式实现二维材料的转移，提高二维材料的对准转移精度，使得二维材料的转移过程简单化，进而节省了人力成本和二维材料的制备成本。

将转移基片上的二维材料转移至目标基片，在转移的过程会因温度的影响而具有不同的转移速率。图2是本发明实施例提供的又一种二维材料的转移系统的结构示意图。如图2所示，本发明实施例提供的二维材料的转移系统还设置有数控加热装置50。该数控加热装置50位于目标基片载物台21上，且数控加热装置50与主控制装置40连接。数控加热装置50用于在主控制装置40的控制下，对目标基片载物台21上的目标基片210进行加热。从而使得转移基片载物台11上转移基片110的二维材料能够快速地转移至目标基片210上。

可选的，继续参考图2所示，为提高二维材料的转移系统中转移基片载物台11上的转移基片与目标基片载物台21上的目标基片210的对准精度和转移的准确性，二维材料的转移系统中还设置有防震台60。其中，转移基片控制装置10、目标基片控制装置20以及对准装置30设置于防震台60上。

可选的，继续参考图2所示，二维材料的转移系统中还设置有控制面板70。该控制面板70与主控制装置40连接，能够用于获取用户的操作指令，并传输至主控制装置40。该控制面板70例如可以是一机械操作面板，用于可通过该控制面板70调节对准装置30的检测视角，或者控制转移基片控制装置10的转移基片载物台11的位置和/或目标基片控制装置20的目标基片载物台21的位置。

图3是本发明实施例提供的再一种二维材料的转移系统的结构示意图。结合参考图2和图3所示，本发明实施例二维材料的转移系统中对准装置30例如可以包括信息记录装置31、照明装置32、光学显微镜33以及显微镜控制台34。其中，光学显微镜33固定于显微镜控制台34上；光学显微镜33与主控制装置40连接；显微镜控制台34与主控制装置40连接；主控制装置40调节光学显微镜33的成像参数，以及通过显微镜控制台34调节光学显微镜33的视角；信息记录装置31分别与光学显微镜33和主控制装置40连接；信息记录装置31用于记录光学显微镜33的成像信息，并将该成像信息反馈至主控制装置40，以使主控制装置40根据该成像信息，调节成像参数和视角；照明装置32用于为光学显微镜33提供光源。

具体的，光学显微镜33能够利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像。二维材料的转移系统中采用照明装置32为光学显微镜33提供光源，使得光学显微镜33能够分别将转移基片110与目标基片210成像信息通过信息记录装置31进行记录，并将记录结果反馈至主控制装置40。主控制装置40检测成像信息中的清晰度和成像视角，在成像不够清晰和/或成像视角无法反映出转移基片110和/或目标基片210的位置时，控制显微镜控制台34调节光学显微镜33的位置，和/或调整控制光学显微镜33的焦距，使得成像足够清晰，成像视角足够反映转移基片110与目标基片210的对准情况。

其中，信息记录装置31例如可以为电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)摄像头。通过将光学显微镜33成像的图像经过CCD的镜头聚焦至CCD芯片上，CCD芯片根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出至主控制装置40。主控制装置40例如可以为计算机，该视频信号例如可以通过计算机的显示装置进行显示，同时主控制装置40能够根据该视频信号发送相应的控制信号。

继续结合参考图2和图3所示，采用光学显微镜33观测转移基片110与目标基片210的成像信息，并通过信息记录装置31将该成像信息输入主控制装置40，以使主控制装置40能够依据该成像信息判断转移基片110和目标基片210的对准情况。由此，光学显微镜33中可采用可伸缩的双分束镜331。该可伸缩的双分束镜331在接受到对准指令时，伸向转移基片110和所述目标基片210之间，检测转移基片110与目标基片210是否对准，如图3所示可伸缩的双分束镜331的状态。可伸缩的双分束镜331在接受到转移指令时，缩回移出转移基片110和目标基片210之间，如图4所示可伸缩的双分束镜331的状态。

本发明实施例通过在光学显微镜33上采用可伸缩的双分束镜331，能够将照明装置32提供的光源分离成透射光和反射光，由此能够在可伸缩的双分束镜331伸至转移基片110和目标基片210之间(如图3所示的状态)时，直接反映转移基片110和目标基片210的对准情况，从而无需考虑制备二维材料的衬底透光性，或者转移基片110和目标基片210的材质，进而简化二维材料的制备工艺，降低二维材料的制备成本。

可选的，主控制装置可以通过只控制转移基片控制台，使得转移基片控制台调节转移基片载物台的位置，以使转移基片与目标基片对准，以及转移基片上的二维材料转移至目标基片。

继续结合参考图2和图3所示，转移基片控制装置10除设置有转移基片载物台11外，还包括：升降台12、伸缩杆13和压力传感器14。伸缩杆13的第一端与转移基片载物台11连接，伸缩杆13的第二端与升降台12滑动连接，伸缩杆13还与主控制装置40连接；升降台12与主控制装置40连接；主控制装置40控制升降台12运动，以使升降台12靠近或远离目标基片载物台21；伸缩杆13用于在主控制装置40的控制下，在转移基片载物台11所在的平面上移动，以调节转移基片110与目标基片210的相对位置；压力传感器14位于转移基片载物台11上，压力传感器14与主控制装置40连接；压力传感器14用于检测转移基片载物台11上的转移基片110与目标基片载物台21上的目标基片210之间的接触力信号，并将该接触力信号传输至主控制装置40。

具体的，当主控制装置40处理和分析的结果显示转移基片110与目标基片210未对准时，主控制装置40控制调节伸缩杆13的伸缩位置，以及伸缩杆13与升降台12的滑动位置，直至转移基片110与目标基片210对准；当主控制装置40处理和分析的结果显示转移基片110与目标基片210对准时，主控制装置40控制调节升降台的高度，使得转移基片110逐渐靠近目标基片210，并由压力传感器14检测转移基片110和目标基片210的接触力信息，待接触力信息显示转移基片110和目标基片210的接触力达到预设阈值时，停止调节升降台的高度，并控制转移基片110上的二维材料转移至目标基片210上。

本发明实施例提供的二维材料的转移系统，通过对准装置检测二维材料的转移基片和目标基片的对准情况，并在主控制装置的控制下使转移基片与目标基片对准后，二维材料由转移基片转移至目标基片上，完成二维材料的制备，从而能够采用智能化、自动化的方式实现二维材料的转移，提高二维材料的对准转移精度，使得二维材料的转移过程简单化，进而节省了人力成本和二维材料的制备成本。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (3)

1.一种二维材料的转移系统，其特征在于，包括：转移基片控制装置、目标基片控制装置、对准装置以及主控制装置；

所述转移基片控制装置包括转移基片载物台，所述目标基片控制装置包括目标基片载物台；所述转移基片载物台与所述目标基片载物台相对设置，所述转移基片载物台用于放置转移基片，所述目标基片载物台用于放置目标基片；

所述对准装置与所述主控制装置连接；所述对准装置用于检测所述转移基片与所述目标基片是否对准，并将对准检测结果反馈至所述主控制装置；

所述主控制装置分别与所述转移基片控制装置以及所述目标基片控制装置连接；所述主控制装置根据所述对准检测结果，控制所述转移基片控制装置调节所述转移基片载物台的位置和/或控制所述目标基片控制装置调节所述目标基片载物台的位置，以使所述转移基片与所述目标基片对准；

所述主控制装置还用于在所述转移基片与所述目标基片对准后，控制所述转移基片控制装置将所述转移基片上的二维材料转移至所述目标基片上；

所述对准装置包括：信息记录装置、照明装置、光学显微镜以及显微镜控制台；

所述光学显微镜固定于所述显微镜控制台上；所述光学显微镜与所述主控制装置连接；所述显微镜控制台与所述主控制装置连接；所述主控制装置调节所述光学显微镜的成像参数，以及通过所述显微镜控制台调节所述光学显微镜的视角；

所述信息记录装置分别与所述光学显微镜和所述主控制装置连接；所述信息记录装置用于记录所述光学显微镜的成像信息，并将所述成像信息反馈至所述主控制装置，以使所述主控制装置根据所述成像信息，调节所述成像参数和视角；

所述照明装置用于为所述光学显微镜提供光源；

所述信息记录装置包括电荷耦合元件摄像头；

所述光学显微镜包括：可伸缩的双分束镜；

所述可伸缩的双分束镜在接受到对准指令时，伸向所述转移基片和所述目标基片之间，检测所述转移基片与所述目标基片是否对准；所述可伸缩的双分束镜在接受到转移指令时，缩回移出所述转移基片和所述目标基片之间；

所述转移基片控制装置还包括：升降台、伸缩杆和压力传感器；

所述伸缩杆的第一端与所述转移基片载物台连接，所述伸缩杆的第二端与所述升降台滑动连接，所述伸缩杆还与所述主控制装置连接；所述升降台与所述主控制装置连接；所述主控制装置控制所述升降台运动，以使所述升降台靠近或远离所述目标基片载物台；所述伸缩杆用于在所述主控制装置的控制下，在所述转移基片载物台所在的平面上移动，以调节所述转移基片与所述目标基片的相对位置；

所述压力传感器位于所述转移基片载物台上，所述压力传感器与所述主控制装置连接；所述压力传感器用于检测所述转移基片载物台上的转移基片与所述目标基片载物台上的目标基片之间的接触力信号，并将所述接触力信号传输至所述主控制装置；

所述二维材料的转移系统还包括：数控加热装置；

所述数控加热装置位于所述目标基片载物台上，所述数控加热装置与所述主控制装置连接；所述数控加热装置用于在所述主控制装置的控制下，对所述目标基片载物台上的所述目标基片进行加热。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：防震台；

所述转移基片控制装置、所述目标基片控制装置以及所述对准装置设置于所述防震台上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：控制面板；

所述主控制装置与所述控制面板连接；所述控制面板用于获取用户的操作指令，并传输至所述主控制装置。

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