CN109682985A - 一种微纳米材料转移装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微纳米材料转移装置及方法，包括光纤固定装置和凹槽转移支架；光纤固定装置包括光纤固定板、支撑柱及光纤固定底座，支撑柱的底部固定在光纤固定底座上，光纤固定板与支撑柱的顶部连接，光纤固定板的中间位置设有凸台，凸台中部设有光纤固定接口，光纤固定接口为通孔；转移微纳米材料至光纤的装置包括光纤固定装置、凹槽转移支架；先将微纳米材料固定在凹槽转移支架上，再通过移动凹槽转移支架将微纳米材料转移至固定在光纤固定装置上的光纤接口。本发明可以有效避免光纤震动，操作更准确，提高转移成功率和效率，将聚合物的影响降至最低，满足测试时光源直接接触到微纳米材料的要求，提高样品光学表征结果的准确度。

Description

一种微纳米材料转移装置及方法

技术领域

本发明涉及纳米科技领域、超微技术领域、半导体技术领域，特别涉及到在微纳米材料转移操作过程中，将其转移至光纤接口的转移装置及方法。

背景技术

随着对材料性质研究的不断深入，生产及科研实践中所涉材料的尺寸已进入纳米级，特别是以石墨烯、黑磷及二维层状过渡金属硫属化合物为代表的二维材料，因其独特的结构和光电热性能，具有极大的应用潜力。在研究过程中，需对微纳米材料进行各种材料性能的表征，光谱测量因无需接触样品，对材料损伤小，是研究材料性质十分重要的手段。光纤是用光透射率高的电介质(如石英、玻璃、塑料等)构成的光通路，纤芯的折射率比包层的折射率稍大，这样利用全反射的原理把光约束在纤芯内并沿着光纤轴线传播。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点，尤其是具有高光束质量、高输出功率、高稳定性的调、锁模脉冲光纤激光器，基于反射式石墨烯可饱和吸收镜锁模的全保偏掺铒光纤激光器和基于黑磷的光纤锁模激光器，得到了超短脉冲激光的输出信号，所以如何使不同的二维材料转移到光纤这种媒介中，使制备的微纳光纤具有结构简单，稳定性好，与光纤通信系统兼容的优点，以及如何制成基于多种二维材料的光纤锁模激光器，得到短脉冲输出信号逐渐成为应用的热点。

在实际应用过程中，又需将微小纳米材料从原基底转移至其它基底进行后续其他工艺。因为二维材料十分微小，给转移与表征带来了很大困难。目前常用的做法是利用干法或湿法通过聚合物辅助将微纳米材料转移至其它基底，然后进行表征。通过聚合物辅助可以成功转移微纳米材料，但是在转移完成后材料表面的聚合物很难去除。目前转移装置只能将微纳米材料转移至其它基底上，然后从其表面进行光学测试，表征结果受表面残留聚合物影响较大。

具体存在以下不足：

1、目前将光纤作为基体将微纳米材料进行转移，是一种有效的提高光纤性能的方法之一。相似的装置和方法是将光纤放至几个固定的仪器夹具并同时操作这些仪器夹具进行精确的控制，过程较为复杂且不易把握精度。

2、在材料转移过程中没有附加外在的热源，在转移过程中易受环境温度的影响，实验稳定性和成功率较差。

3、微纳米材料只能机械的单向调节，光纤的位置一般固定，不能灵活的准确的调整位置。

4、无法通过不同的角度的转动可以实现光纤激光器的非线性偏振旋转实现被动锁模，形成不同角度的锁模脉冲，使激光器发出的脉冲信号稳定快速。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在的转移微纳米材料后在材料表面的聚合物影响其光学测试的问题，本发明提供一种多自由度的可全程监控的微纳米材料转移装置及方法，可避免目前转移装置在转移过程中需二次寻找样品所导致的转移效率低的问题；可解决目前转移技术中样品转移的自由度受限的问题；可解决加热台在加热过程中热量耗散的问题；可解决目前转移技术中因样品与基底间压力可调范围小以及样品不能稳定在载物台导致转移成功率不高的问题。

技术方案：

一种微纳米材料转移装置，包括光纤固定装置和凹槽转移支架；

所述光纤固定装置包括光纤固定底座、通过支撑柱固定在所述光纤固定底座上的光纤固定板以及在所述光纤固定板中间位置安装的凸台；在所述凸台中部开设有用于固定放置光纤接口的光纤固定接口；

在所述凹槽转移支架前方中心位置开设有凹槽，在所述凹槽内可拆卸地安装有缺口转移支架，在所述缺口转移支架前方中心位置开设有缺口；在所述凹槽转移支架两端下方设有弯折部，所述弯折部与所述凹槽转移支架之间形成“T”字形容纳槽，所述“T”字形容纳槽的大小大于所述光纤固定装置顶部凸台的大小；在所述凹槽转移支架上还设有两个与所述弯折部位置对应的螺纹通孔，在所述螺纹通孔内设有与所述螺纹通孔相配合的固定螺丝。

所述光纤固定底座与所述光纤固定板均为矩形，所述支撑柱为四个；四个所述支撑柱等长，并分别位于所述光纤固定板的四个角。

所述弯折部与所述凹槽转移支架下表面之间的距离大于所述微纳米材料的厚度。

一种微纳米材料转移方法，包括步骤：

(1)在待转移的微纳米材料上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，使得待转移的微纳米材料被PMMA完全覆盖；

(2)准备一PVC膜，所述PVC膜的大小大于所述缺口转移支架上的缺口大小，将所述PVC膜一侧边缘剪开一个缺口，剪开的缺口大小小于所述覆盖PMMA的待转移微纳米材料的大小；

(3)将所述覆盖PMMA的待转移的微纳米材料放置在所述PVC膜的缺口处；再将所述PVC膜粘贴在所述缺口转移支架的缺口处，使所述待转移的微纳米材料处于缺口处且朝下，再将所述缺口转移支架安装在所述凹槽转移支架的凹槽中；

(4)将所述光纤接口从所述光纤固定板下方插入所述光纤固定接口，并固定于所述凸台上方；

(5)利用高倍显微镜观察所述光纤接口及所述待转移的微纳米材料，调整所述凹槽转移支架的位置和角度，将所述待转移的微纳米材料移动到所述光纤接口的正上方，使所述待转移的微纳米材料与所述光纤接口对齐；

(6)下降所述凹槽转移支架，使得所述待转移的微纳米材料与所述光纤接口接触；

(7)拧紧所述凹槽转移支架上的固定螺丝，向所述待转移的微纳米材料与所述光纤接口施加压力，或者在拧紧固定螺丝的同时，左右移动所述凹槽转移支架，向所述待转移的微纳米材料与所述光纤接口间施加摩擦力，辅助所述待转移的微纳米材料转移至所述光纤接口上；

(8)观察所述光纤接口，确认是否转移成功；否则重复步骤(5)至(7)，继续转移；转移成功后移开所述凹槽转移支架，从所述光纤固定接口上取下光纤。

有益效果：本发明的光纤固定装置通过光纤固定接口将光纤接口牢固地固定住，避免震动，使转移操作更准确，提高转移成功率；在转移过程中，光纤固定位置始终保持不变，只需要调整样品的位置和角度，提高了转移效率。另外本发明通过平面移动凹槽转移支架，将载玻片的微纳米材料移动到光纤接口的正上方，进而通过垂直下降转移支架，将光纤接口直接与微纳米材料接触，同时不会在其表面残留聚合物，将聚合物的影响降至最低，可满足测试时光源直接接触到微纳米材料的要求，提高样品光学表征结果的准确度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明进行微纳米材料转移时的结构示意图；

图3为转移微纳米材料至光纤的装置的凹槽转移支架的主视图；

图4为转移微纳米材料至光纤的装置的凹槽转移支架的俯视图；

图5为缺口转移支架的俯视图；

图6为转移微纳米材料至光纤的装置将微纳米材料转移至光纤接口上的工作流程示意图。

其中，1为光纤固定接口，2为光纤固定板，3为支撑柱，4为光纤固定底座，5为凸台，6为旋转按钮，7为微纳米材料，8为光纤旋转台，9为固定按钮，10为光纤固定装置，11为X轴平移台旋钮，12为Y轴平移台旋钮，13为X轴平移台，14为Y轴平移台，15底座，20为凹槽转移支架，30为缺口转移支架，201为弯折部，202为螺纹通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

图1为本发明的结构示意图，图2为本发明进行微纳米材料转移时的结构示意图；如图1、2所示，本发明的微纳米材料转移装置包括光纤固定装置10、凹槽转移支架20以及缺口转移支架30。所述光纤固定装置10安装在光纤操作台上，所述光纤操作台包括底座15、安装在所述底座15上的Y轴平移台14、安装在所述Y轴平移台14上方的X轴平移台13以及安装在所述X轴平移台13上方的光纤旋转台8。在所述Y轴平移台14上设有控制所述Y轴平移台的平移台旋钮12，在所述X轴平移台13上设有控制所述X轴平移台13的X轴平移台旋钮11，在所述光纤旋转台8上设有控制所述光纤旋转台8旋转的旋转按钮6和固定旋转台的旋转固定按钮9。通过上述设计可以提高微纳米材料转移的效率，所述光纤接口1的位置可以通过所述光纤旋转台8进行360度旋转，同时调整X轴、Y轴平移台13、14的平移台旋钮11、12，以此微调光纤在XY平面内的位置，同时也可调整所述微纳米材料7的位置和角度，可进一步提高了转移的成功率。

所述光纤固定装置10包括光纤固定板2、若干支撑柱3及光纤固定底座4，所述支撑柱3竖直固定在所述光纤固定底座4上，所述光纤固定板2固定在所述支撑柱3上。在所述光纤固定板2的中间位置设有凸台5，在所述凸台5中部开设有光纤固定接口1，光纤接口6从所述光纤固定板2下方穿过所述光纤固定接口1并固定于其上。为使所述光纤固定装置10放置稳定，所述光纤固定底座4与所述光纤固定板2均为矩形；所述支撑柱3为四个，四个所述支撑柱3等长，并分别位于所述光纤固定板2的四个角。通过所述支撑柱3支撑起所述光纤固定底座4与所述光纤固定板2的之间空间，从而使光纤接口6可以顺利从光纤固定板2下方穿过光纤固定接口1。

使用所述光纤固定装置10将所述光纤接口6固定牢固，所述光纤接口6从所述光纤固定接口1中伸出。在将微纳米材料7转移到所述光纤接口6上的过程中，所述光纤接口6不会震动，保持稳定，使转移更加方便，提高转移的成功率。在转移过程中，所述光纤接口6的位置始终保持不变，只需要调整微纳米材料7的位置和角度，提高了转移效率；通过平面移动凹槽转移支架，将载玻片的微纳米材料7移动到所述光纤接口6的正上方，进而通过垂直下降转移支架，所述光纤接口6直接与微纳米材料7接触，不会在其表面残留聚合物，将聚合物的影响降至最低，可满足测试时光源直接接触到微纳米材料的要求，提高样品光学表征结果的准确度。

如图2、3、5所示，所述凹槽转移支架20为水平板，在其前方中心位置开设有凹槽，在所述凹槽内可拆卸地安装有缺口转移支架30。如图4所示，所述缺口转移支架30为长条状，在所述缺口转移支架30前方中心位置开设有缺口；在本发明中，所述凹槽转移支架20上与所述缺口对应的位置无遮挡，这样才可以在操作过程中，从所述凹槽转移支架20上方看到所述微纳米材料7及所述光纤接口6。安装过程是：将所述缺口转移支架30拆下，将所述微纳米材料7粘贴在所述缺口下方，再将所述缺口转移支架30安装在所述凹槽转移支架20的所述凹槽中。

如图3所示，在所述凹槽转移支架20两端下方设有弯折部201，所述弯折部201与所述凹槽转移支架20之间形成“T”字形容纳槽，所述“T”字形容纳槽的大小大于所述光纤固定装置10顶部凸台5的大小，凸台5可以直接伸到缺口处，不会被弯折部201遮挡，以方便光纤接口6与微纳米材料7接触；在本发明中，所述弯折部201与所述凹槽转移支架20下表面之间的距离略大于所述微纳米材料的厚度。在所述凹槽转移支架20上还设有两个螺纹通孔202，所述螺纹通孔202分别位于凹槽的两侧，还包括与所述螺纹通孔202相配合的固定螺丝(图中未示出)，所述螺纹通孔202下方对着所述弯折部201。所述弯折部201起到对所述固定螺丝进行限位的作用，也可以在用所述固定螺丝向所述微纳米材料7施压时对所述微纳米材料7进行限位。使用所述凹槽转移支架20移动微纳米材料7可以使操作更加精准。

本发明转移微纳米材料至光纤的转移方法，采用转移微纳米材料至光纤的装置，该方法包括以下步骤：

(1)通过化学气相沉积法在硅基底上生长出微纳米材料MoS2，作为待转移的微纳米材料；

(2)在待转移的微纳米材料上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，使得MoS2被PMMA完全覆盖；

(3)将载有被PMMA完全覆盖的MoS2的硅基底放置在碱液中，使得PMMA覆盖的样品与硅基底分离，分离后被PMMA覆盖的样品会漂浮在溶液上；

(4)准备一块PVC膜，PVC膜的大小略大于缺口转移支架30上的缺口大小，将PVC膜一侧边缘剪开一个缺口，剪开的缺口大小略小于漂浮在溶液上的PMMA薄膜的大小；

(5)将被PMMA覆盖的样品打捞至PVC膜的缺口处；

(6)将步骤(5)获得的PVC膜粘贴在缺口转移支架30的缺口处，使微纳米材料7处于缺口处且朝下，再将缺口转移支架30安装在凹槽转移支架20的凹槽中；

(7)将光纤接口6从光纤固定板2下方插入光纤固定接口1，光纤接口6的最高点高于凸台5最高点，以此固定光纤接口6；

(8)利用高倍显微镜观察光纤接口6及微纳米材料7，调整凹槽转移支架20的位置和角度，将微纳米材料7移动到光纤接口6的正上方，使微纳米材料7与光纤接口6对齐；

(9)下降凹槽转移支架20，使得微纳米材料7与光纤接口6接触；

(10)拧紧凹槽转移支架20上的固定螺丝，向微纳米材料7与光纤接口6施加压力；或者在拧紧固定螺丝的同时，左右移动凹槽转移支架20，向微纳米材料7与光纤接口6间施加摩擦力，辅助微纳米材料7转移至光纤接口6上；

(11)观察光纤接口6，确认转移成功，否则重复步骤(8)至(10)，继续转移；

(12)转移成功后移开凹槽转移支架20，从光纤固定接口上取下光纤。

在微纳米材料转移过程中，通过固定所述光纤接口6避免光纤震动，便于在高倍显微镜下将所述微纳米材料7更精确地转移至所述光纤接口6处。在微纳米材料转移过程中，所述光纤接口6位置始终固定在显微镜的视场中心，位置始终保持不变，只需调整样品的位置和角度，提高了转移效率。在微纳米材料转移过程中，可以使所述光纤接口6直接与所述微纳米材料7接触，将聚合物的影响降至最低，增加了表征结果的准确性。

本发明的转移微纳米材料至光纤的装置，将微纳米材料转移至其它基底，通过聚合物辅助可以成功转移微纳米材料，且在转移完成后将材料表面的聚合物去除；通过凹槽转移支架将微纳米材料夹紧并与光纤进行接触，所述光纤由光纤固定板固定，有效的解决了操作多台仪器夹具进行固定的问题，实现了便携式的转移；本发明的光纤固定装置底部安装了旋转台和XY平移台，可以实现光纤的位置在XY平面上平动和转动，进而实现特定二维材料在光纤不同位置的精确转移，提高了转移的成功率；同时可以实现光纤激光器的锁模脉冲，进而实现激光脉冲信号的快速平稳。而且可以通过激光扩束准直聚焦光路将激光器发出的激光热源经过反射镜和聚焦透镜后的激光光束进行辅助加热，进一步增强转移的成功率。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。

Claims (4)

1.一种微纳米材料转移装置，其特征在于：包括光纤固定装置(10)和凹槽转移支架(20)；

所述光纤固定装置(10)包括光纤固定底座(4)、通过支撑柱(3)固定在所述光纤固定底座(4)上的光纤固定板(2)以及在所述光纤固定板(2)中间位置安装的凸台(5)；在所述凸台(5)中部开设有用于固定放置光纤的光纤固定接口(1)，接口下方安置光纤固定装置(10)；

在所述凹槽转移支架(20)前方中心位置开设有凹槽，在所述凹槽内可拆卸地安装有缺口转移支架(30)，在所述缺口转移支架(30)前方中心位置开设有缺口；在所述凹槽转移支架(20)两端下方设有弯折部(201)，所述弯折部(201)与所述凹槽转移支架(20)之间形成“T”字形容纳槽，所述“T”字形容纳槽的大小大于所述光纤固定装置(10)顶部凸台(5)的大小；在所述凹槽转移支架(20)上还设有两个与所述弯折部(201)位置对应的螺纹通孔(202)，在所述螺纹通孔(202)内设有与所述螺纹通孔(202)相配合的固定螺丝。

2.根据权利要求1所述的微纳米材料转移装置，其特征在于：所述光纤固定底座(4)与所述光纤固定板(2)均为矩形，所述支撑柱(3)为四个；四个所述支撑柱(3)等长，并分别位于所述光纤固定板(2)的四个角。

3.根据权利要求1所述的微纳米材料转移装置，其特征在于：所述弯折部(201)与所述凹槽转移支架(20)下表面之间的距离大于所述微纳米材料的厚度。

4.一种采用权利要求1～3任一权利要求的微纳米材料转移装置的微纳米材料转移方法，其特征在于：包括步骤：

(1)在待转移的微纳米材料上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，使得待转移的微纳米材料被PMMA完全覆盖；

(2)准备一PVC膜，所述PVC膜的大小大于所述缺口转移支架上的缺口大小，将所述PVC膜一侧边缘剪开一个缺口，剪开的缺口大小小于所述覆盖PMMA的待转移微纳米材料的大小；

(3)将所述覆盖PMMA的待转移的微纳米材料放置在所述PVC膜的缺口处；再将所述PVC膜粘贴在所述缺口转移支架的缺口处，使所述待转移的微纳米材料处于缺口处且朝下，再将所述缺口转移支架安装在所述凹槽转移支架的凹槽中；

(4)将所述光纤接口从所述光纤固定板下方插入所述光纤固定接口，并固定于所述凸台上方；

(5)利用高倍显微镜观察所述光纤接口及所述待转移的微纳米材料，调整所述凹槽转移支架的位置和角度，将所述待转移的微纳米材料移动到所述光纤接口的正上方，使所述待转移的微纳米材料与所述光纤接口对齐；

(6)下降所述凹槽转移支架，使得所述待转移的微纳米材料与所述光纤接口接触；

(7)拧紧所述凹槽转移支架上的固定螺丝，向所述待转移的微纳米材料与所述光纤接口施加压力，或者在拧紧固定螺丝的同时，左右移动所述凹槽转移支架，向所述待转移的微纳米材料与所述光纤接口间施加摩擦力，辅助所述待转移的微纳米材料转移至所述光纤接口上；

(8)观察所述光纤接口，确认是否转移成功；否则重复步骤(5)至(7)，继续转移；转移成功后移开所述凹槽转移支架，从所述光纤固定接口上取下光纤。