CN111747371B - 一种结构超滑器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大尺度、大滑移行程并且有良好一致性和可靠性的结构超滑器件及其制备方法，所述超滑结构包括基底和多个超滑片，所述多个超滑片连接在所述基底上，所述连接使得所述超滑片的超滑面距基底表面的高度可调节。所述制备方法包括将所述超滑片转移至带有弹性连接材料的所述基底上，通过所述弹性连接材料将所述多个超滑片连接到所述基底上，通过高度调整部件调节所需高度后固化所述弹性连接材料，或者在所述基底上设置通孔，在所述多个超滑片上分别设置连接部件，连接部件对齐所述通孔，通过高度调整部件调整所述高度后将超滑片固定在所述通孔中，或者通过基底的弹性或塑形变形来调节所述高度。
Description
技术领域
本发明涉及固体结构超滑领域，尤其涉及一种大尺度、大滑移行程的结构超滑器件及其制备方法。
背景技术
长期以来,摩擦和磨损问题,不但与制造业密切相关,还与能源、环境和健康直接相关。据统计,全世界约三分之一的能源在摩擦过程中被消耗掉,约80％的机器零部件失效都是由磨损造成的。结构超滑是解决摩擦磨损问题的理想方案之一，结构超滑是指两个原子级光滑且非公度接触的范德华固体表面(如石墨烯、二硫化钼等二维材料表面)之间摩擦、磨损几乎为零的现象。2004年，荷兰科学家J.Frenken的研究组通过实验设计，测量粘在探针上的一个几纳米大小(共约100个碳原子)的石墨片在高定向热解石墨(highlyoriented pyrolytic graphite，HOPG)晶面滑动时的摩擦力，首次实验证实了纳米级超润滑的存在。然而，纳米尺度的接触面与实际应用需求的尺度相比实在太小，且不说宏观尺度接触面，即使是最精密机械手表中最细小轴承的接触面，尺度也达几百微米。如何实现大尺度的结构超滑成为科学家们争相解决的难题，然而可观察到的结构超滑还是局限在纳米尺度、高真空环境和低速条件下。直到2012年，刘泽和郑泉水等率先实现了微米尺度的结构超滑，他们利用HOPG，通过设计石墨岛“自缩回运动”实验，证实了微米级石墨岛内摩擦力明显具有结构超滑的基本特征。
截至目前，由于受到大尺度石墨单晶材料制备非常困难等因素的影响，仅依靠单晶材料的制备来实现大尺度的超滑越来越困难。研究人员提出了一种将多个小尺度超滑结构排列组合以形成大尺度结构超滑的方案。中国发明专利CN201310355985公开了一种超滑基本结构，包括基底，位于基底上的多个岛状结构和覆盖所述多个岛状结构的支撑层，通过大量的石墨岛制备后去除非超滑岛状结构，将剩下至少有一个超滑剪切面的岛状结构表面覆盖支撑层，可形成大尺度结构超滑。此外该发明还公开了一种由多个超滑基本结构通过并排扩展、独立式叠加、共用式叠加或其组合的方式形成多级超滑结构，突破了仅在微观范畴存在超滑现象的局限，可以实现大尺度、大滑移行程的超滑。然而，该项发明的局限性在于：1、对于该超滑基本结构，虽然可实现大尺度，但每个超滑结构的一致性较差，每次去除的岛状结构的数量和位置不一致。2、由于超滑滑移面所在高度的不确定性，大尺度超滑结构通过控制多个岛状结构的整体高度的一致性来实现，为了增加超滑面的存在可能性，需要尽可能提高岛状结构的整体高度，这就限制了超滑基本结构的整体高度，这对于制备厚度较小的大尺度结构超滑具有一定的局限性。3、其滑移行程仅限于岛状结构本身的尺寸，当需要更大滑移行程时，只能通过多级结构并排，叠加，组合等方式，从根本上来说，总体的滑移位移最大只能为单个岛的尺寸与岛堆叠层数的乘积，并且降低了超滑结构的可靠性。
基于上述专利方案中的超滑基本结构一致性差、高度受限制、滑移行程小、可靠性差等因素，需要一种实现大滑移行程并且一致性、可靠性都更好的结构超滑器件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大尺度、大滑移行程并且有良好一致性和可靠性的结构超滑器件及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种超滑结构，包括基底和多个超滑片，所述多个超滑片连接在所述基底上，其特征在于：所述连接使得所述超滑片的超滑面距基底表面的高度可调节。
根据本发明的另一个方面，所述连接通过以下方式实现：通过基底或者连接部件的弹性或塑形变形来调节所述高度，或者通过所述基底上预留的调整空间来调节所述高度。
根据本发明的另一个方面，所述连接通过以下方式实现：通过弹性连接材料将所述多个超滑片连接到所述基底上，然后通过高度调整部件调节所述高度后固化所述弹性连接材料，优选的，所述弹性连接材料为环氧树脂胶、聚丙酯胶、丙烯酸酯胶，所述弹性连接材料的体积为10-7nl～10-3nl，优选10-6nl～10-4nl；或者在所述基底上设置通孔，在所述多个超滑片上分别设置连接部件，连接部件对齐所述通孔，通过高度调整部件调整所述高度后将超滑片固定在所述通孔中，或者通过基底的弹性或塑形变形来调节所述高度。
根据本发明的另一个方面，所述高度调整部件的上表面可以为平面或光滑曲面。
根据本发明的另一个方面，所述超滑片至少有一个超滑面，所述超滑面是原子级光滑的二维材料，所述超滑面的直径为1μm～100μm，每个超滑片厚度为100nm～10μm，不同超滑面的直径或不同超滑片的厚度可相等或不等，优选的，所述超滑片还具有连接层，所述超滑片材料优选为石墨或二硫化钼，更加优选为片状单晶石墨或片状单晶二硫化钼，所述连接层的材料优选为二氧化硅。
根据本发明的另一个方面，所述基底具有一定的平整度和刚度，使得所述超滑片在与工作表面接触或相对运动时，所述基底不与所述工作表面接触，所述基底材料优选为硅或云母或金属片。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种制备超滑结构的方法，包括：
步骤1，提供基底；
步骤2，制备多个超滑片；
步骤3，将所述多个超滑片转移并连接至所述基底上；
其特征在于：步骤3的所述连接使得所述多个超滑片的超滑面距基底表面的高度可调节。
根据本发明的另一个方面，所述基底通过微加工制备，所述基底具有一定的平整度和刚度，使得所述超滑片在与工作表面接触或相对运动时，所述基底不与工作表面接触，所述基底材料优选为硅或云母或金属片，所述基底上可以微加工有通孔或盲孔。
根据本发明的另一个方面，所述步骤2包括：
步骤2-1，在高定向热解石墨上至少覆盖光刻胶，所述光刻胶优选为通过旋转涂布的方式进行覆盖；
步骤2-2，构图所述光刻胶，保留多个光刻胶岛；
步骤2-3，刻蚀所述高定向热解石墨，以便去除未被光刻胶保护的部分高定向热解石墨，从而形成多个岛状结构，所述刻蚀优选是反应离子刻蚀；
步骤2-4，检测所述多个岛状结构是否具有超滑面，具有超滑面的所述岛状结构即为超滑片。
根据本发明的另一个方面，所述步骤3包括：
将所述超滑片转移至带有弹性连接材料的所述基底上，通过所述弹性连接材料将所述多个超滑片连接到所述基底上，然后通过高度调整部件调节所述高度后固化所述弹性连接材料，优选的，所述弹性连接材料为环氧树脂胶、聚丙酯胶、丙烯酸酯胶，所述弹性连接材料的体积为10-7nl～10-3nl，优选10-6nl～10-4nl；或者在所述基底上设置通孔，在所述多个超滑片上分别设置连接部件，连接部件对齐所述通孔，通过高度调整部件调整所述高度后将超滑片固定在所述通孔中，或者通过基底的弹性或塑形变形来调节所述高度。
根据本发明的另一个方面，所述基底材料可以为单晶硅片、硅、石英、耐热玻璃、GaAs、AlTiC、Si3N4、金属、高分子等材料，可以为单质材料或复合材料。
根据本发明的另一个方面，所述基底可以为刚性材料或弹性材料。
根据本发明的另一个方面，所述基底材料结构可以为平面、曲面、带有凹槽或穿孔的薄片状固体材料。基底形状可以为正方形、长方形、圆形、多边形或不规则形状。
根据本发明的另一个方面，所述基底尺寸大小为1μm-300μm，优选10μm-100μm。
根据本发明的另一个方面，所述基底的制备可以通过切割、刻蚀、冲压或其他常用微加工方式。
根据本发明的另一个方面，所述超滑片的制备原材料优选为石墨：例如高定向热解石墨(HOPG)或者天然石墨，或者所述基底的材料内部原子有局部存在层间非公度接触的可能即可，或者所述超滑片在下表面铺有石墨或石墨烯等具有结构超滑性质的材料。
根据本发明的另一个方面，所述超滑片结构为下表面具有结构超滑性质的片状结构。所述超滑片可以为单质材料，也可以与其他连接材料形成多层异质超滑结构。
根据本发明的另一个方面，所述超滑片形状可以为正方形、长方形、圆形、多边形或不规则形状。优选为正方形、长方形等规则形状。
根据本发明的另一个方面，所述单个超滑片的直径为1μm～30μm，所述直径是指超滑片与基底平行的方向上的截面上两点之间的最大距离、超滑片的高度为0.3nm～10μm，相邻超滑片之间的平均间隔为1μm～100μm。所述超滑片的下表面面积和高度可以相同或不同。
根据本发明的另一个方面，所述弹性连接材料为环氧树脂胶、聚丙酯胶、丙烯酸酯胶等常用的可用于微型胶粘领域的材料。
根据本发明的另一个方面，所述弹性连接材料的体积为10-7nl～10-3nl，优选10-6nl～10-4nl。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明，
图1示出了本发明第一个实施例，带有通孔的硅基底与多个超滑片连接形成大尺度超滑结构的示意图。
图2示出了本发明第二个实施例，带有凹槽的硅基底与多个超滑片连接形成大尺度超滑结构的示意图。
图3示出了本发明第三个实施例，原子级光滑平整的硅基底与多个超滑片连接形成大尺度超滑结构的示意图。
图4示出了本发明第四个实施例，原子级光滑平整的硅基底与超滑片反向连接形成大尺度超滑结构的示意图。
图5示出了本发明第五个实施例，热塑性高分子基底与超滑片胶粘形成大尺度超滑结构的示意图。
图6示出了本发明第六个实施例，大尺度柔性多级超滑结构的示意图。
附图标记如下：1、基底，2、超滑片，3、连接材料，4、通孔，5、高度调整部件，6、凹槽。
具体实施方式
以下将参考附图详细描述本发明的结构超滑器件及其制备方法。
根据本发明的第一个实施例，如图1所示，提供了一种超滑结构，包括基底1，基底1的材料是硅，其上有多个通孔4，多个超滑片2通过连接材料3穿过通孔4连接在基底1上，通过通孔的深度以及高度调整部件5来调节超滑片的超滑面高度。其中，通过微加工技术制备带有通孔4的硅基底薄片，基底1尺寸为140μm*80μm*10μm，通孔个数8个，尺寸为10μm*10μm*10μm；通孔间距离均为20μm，均匀分布于硅基底上。带有SiO2连接层的石墨超滑片2尺寸约为8μm*8μm，位置分布与通孔4相对应，高度调整部件5与超滑面的接触面是原子级光滑表面。
本实施例的超滑结构制备方法如下：将带有SiO2连接层的石墨超滑片2进行与硅基底上的通孔4分布相同的排列，即超滑片个数为8个，超滑片间距为20μm。然后将带有通孔4的硅基底1，在移动装置的控制下移动到带有SiO2连接层的石墨超滑片2上方，将通孔与石墨超滑片位置对应后，利用微机械手将超滑片2与硅基底嵌套，通过原子力显微镜精准测量高度，微机械手控制调整石墨片下表面与硅基底下表面间所需的距离。在带有微纳结构沟槽的微针尖上放置光触发环氧树脂胶液滴3，液滴在表面张力的作用下自发运动到微针尖的储液位置；将带有液滴的微针尖在移动装置的控制下运动到石墨超滑片2的边缘位置，并与石墨超滑片2形成点接触状态；液滴在微针尖表面的微纳沟槽的毛细作用力作用下，由微针尖的储液位置顺着微针尖向下流淌至目标位置表面。通过控制接触时间，在每个超滑片边缘位置转移胶滴约10-6nl～10-4nl。通过微机械手控制超滑片2与硅基底1的相对位置高度，采用波长为400nm左右的可见光照射环氧树脂胶滴一段时间，待胶滴完全固化后即得到所需高度精确控制的，面积为140μm*80μm的大尺度超滑结构。
根据本发明的第二个实施例，带有凹槽的硅基底与多个超滑片连接形成大尺度超滑结构。
如图2所示，提供了一种超滑结构，包括硅基底1，硅基底1上有多个凹槽6，多个超滑片2通过连接材料3与凹槽6连接在硅基底1上。其中，通过微加工技术制备带有凹槽6的硅基底薄片，硅基底1尺寸为140μm*80μm*20μm，凹槽6的个数为8个，尺寸为10μm*10μm*3μm；通孔间距离均为20μm，均匀分布于硅基底上。带有SiO2连接层的石墨超滑片2尺寸约为8μm*8μm，位置分布与凹槽6相对应。
制备方法如下：将带有SiO2连接层的石墨超滑片2进行与硅基底上的凹槽6分布相同的排列，即超滑片个数为8个，超滑片间距为20μm。在带有微纳结构沟槽的微针尖上放置紫外光固化丙烯酸酯胶液滴3，液滴3在表面张力的作用下自发运动到微针尖的储液位置；将带有液滴3的微针尖在移动装置的控制下运动到石墨超滑片2上方，并与石墨超滑片2形成点接触状态；液滴3在微针尖表面的微纳沟槽的毛细作用力作用下，由微针尖的储液位置顺着微针尖向下流淌至目标位置表面。通过控制接触时间，在每个超滑片上方转移胶滴约10-6nl～10-4nl。然后将带有凹槽6的硅基底1，在移动装置的控制下移动到带有SiO2连接层的石墨超滑片2上方，将凹槽5与石墨超滑片2位置对应后，采用紫外光照射胶滴一段时间，使其成为具有一定的强度的弹性连接材料，再利用微机械手将硅基底与带有胶滴的石墨超滑片形成接触状态；通过原子力显微镜精准测量高度，通过原子力显微镜探针对硅基底施加一定压力，调整超滑片2下表面与硅基底1下表面的相对位置高度。采用紫外光照射丙烯酸酯胶滴一段时间，待胶滴完全固化后即得到所需高度精确控制的，面积为140μm*80μm的大尺度超滑结构。
根据本发明的第三个实施例，原子级光滑平整的硅基底与多个超滑片连接形成大尺度超滑结构。
如图3所示，提供了一种超滑结构，包括原子级光滑平整的硅基底1，多个超滑片2通过连接材料3连接在硅基底1上。其中，通过微加工技术制备原子级光滑平整的硅基底1薄片，硅基底1尺寸为140μm*80μm*20μm。带有SiO2连接层的石墨超滑片2尺寸为10μm*10μm；超滑片间距离均为20μm，均匀分布于硅基底上。
制备方法如下：将带有SiO2连接层的石墨超滑片2进行排列，即超滑片个数为8个，超滑片间距为20μm。在带有微纳结构沟槽的微针尖上放置紫外光固化丙烯酸酯胶液滴3，液滴3在表面张力的作用下自发运动到微针尖的储液位置；将带有液滴3的微针尖在移动装置的控制下运动到石墨超滑片2上方，并与石墨超滑片2形成点接触状态；液滴3在微针尖表面的微纳沟槽的毛细作用力作用下，由微针尖的储液位置顺着微针尖向下流淌至目标位置表面。通过控制接触时间，在每个超滑片上方转移胶滴约10-6nl～10-4nl。然后将硅基底1，在移动装置的控制下移动到带有SiO2连接层的石墨超滑片2上方，将硅基底与石墨超滑片2位置对应后，采用紫外光照射胶滴一段时间，使其成为具有一定的强度的弹性连接材料，再利用微机械手将硅基底与带有胶滴的石墨超滑片形成接触状态；通过原子力显微镜精准测量高度，并通过原子力显微镜探针对硅基底施加一定压力，调整超滑片2下表面与硅基底1下表面的相对位置高度。采用紫外光照射丙烯酸酯胶滴一段时间，待胶滴完全固化后即得到所需高度精确控制的，面积为140μm*80μm的大尺度超滑结构。
根据本发明的第四个实施例，原子级光滑平整的硅基底与超滑片反向连接形成大尺度超滑结构。
如图4所示，提供了一种超滑结构，包括原子级光滑平整的硅基底1，多个超滑片2通过连接材料3连接在硅基底1上。其中，通过微加工技术制备原子级光滑平整的硅基底1薄片，硅基底1尺寸为140μm*80μm*20μm。带有SiO2连接层的石墨超滑片2尺寸为10μm*10μm；超滑片间距离均为20μm，均匀分布于硅基底上。
制备方法如下：通过微加工技术手段制备原子级光滑的硅基底1薄片，在带有微纳结构沟槽的微针尖上放置紫外光固化丙烯酸酯胶液滴3，液滴在表面张力的作用下自发运动到微针尖的储液位置；将带有液滴的微针尖在移动装置的控制下运动到硅基底上方，并与硅基底形成点接触状态；液滴在微针尖表面的微纳沟槽的毛细作用力作用下，由微针尖的储液位置顺着微针尖向下流淌至目标位置表面。通过控制接触时间，在每个硅基底接触点处转移胶滴约10-6nl～10-4nl。胶滴个数为8个，胶滴间距为20μm，均匀分布于硅基底上。
利用通过机械手将石墨超滑片2转移并翻转后，将上表面为超滑剪切面的超滑片2转移至带有胶滴3的硅基底1上，通过紫外光照射使胶滴具有一定强度，并保持有一定的弹性。选用具有原子级光滑表面的单晶硅片7，在移动装置的控制下运动到粘有超滑片的硅基底1上方，在胶滴具有一定强度和弹性时，通过微机械手控制，将单晶硅片原子级光滑平面与石墨超滑片的超滑面接触。通过原子力显微镜精准测量高度，并通过原子力显微镜探针对硅基底施加一定压力，调整超滑片2上表面与硅基底1上表面的相对位置高度。采用紫外光照射丙烯酸酯胶滴一段时间，待胶滴完全固化后即得到所需高度精确控制的，面积为140μm*80μm的大尺度超滑结构。
根据本发明的第五个实施例，热塑性高分子基底与超滑片胶粘形成大尺度超滑结构。
如图5所示，提供了一种超滑结构，包括热塑性高分子基底1，多个超滑片2通过连接材料3连接在硅基底1上。其中，通过高分子塑性成形技术制备具有光滑平整表面的热塑性高分子基底1薄片，热塑性高分子基底1尺寸为140μm*80μm*50μm。带有SiO2连接层的石墨超滑片2尺寸为10μm*10μm；超滑片间距离均为20μm，均匀分布于热塑性高分子基底上。
制备方法如下：将带有SiO2连接层的石墨超滑片2进行排列，即超滑片个数为8个，超滑片间距为20μm。在带有微纳结构沟槽的微针尖上放置紫外光固化丙烯酸酯胶液滴3，液滴3在表面张力的作用下自发运动到微针尖的储液位置；将带有液滴3的微针尖在移动装置的控制下运动到石墨超滑片2上方，并与石墨超滑片2形成点接触状态；液滴3在微针尖表面的微纳沟槽的毛细作用力作用下，由微针尖的储液位置顺着微针尖向下流淌至目标位置表面。通过控制接触时间，在每个超滑片上方转移胶滴约10-6nl～10-4nl。通过高分子塑性成形技术制备常温固化后具有光滑表面的热塑性高分子基底1薄片，将基底1在移动装置的控制下移动到带有SiO2连接层的石墨超滑片2上方，将基底1与石墨超滑片2位置对应后形成接触状态，采用紫外光照射胶滴使其固化。利用外加加热装置使基底1发生微量的塑性变形，通过原子力显微镜精准测量高度，并通过原子力显微镜探针对基底1施加一定压力，调整超滑片2下表面与基底1下表面的相对位置高度或结构整体高度。迅速降温，使基底固化不再发生变形后即得到所需高度精确控制的，面积为140μm*80μm的大尺度超滑结构。
根据本发明的第六个实施例，一种多级超滑结构及其制备方法。
在通过以上制备方法获得所述超滑基本结构后，通过并排扩展式组成方式、独立叠加(N层超滑结构的基底不作为N+1层超滑结构的工作平面)组成方式、共用式叠加(N层超滑结构的基底上表面为原子级光滑平面时，可同时作为N+1层超滑结构的工作平面)组成方式或复合组成方式把多个所述超滑基本结构连接起来，组成多级超滑结构，具体连接方法可以根据具体实施例的尺寸采用常见的胶粘或机械连接等方法。
本发明的一个大尺度柔性多级超滑结构的具体实施例描述如下：制造5×5＝25个如实施例三中140μm*80μm大尺度的超滑基本结构，把它们按照并排扩展式组合方式排布成5×5的方形阵列，相邻超滑基本结构的边线距离为200μm。再取一块横截面积为2mm×1.8mm、厚度为1mm的PDMS(Polydimethylsiloxane，一种高分子有机硅化合物，具有光学透明、弹性良好、无毒、不易燃的特性)薄片作为全局基底，通过把PDMS薄片粘贴到超滑基本结构组成的方形阵列的上表面形成一个柔性超滑多级结构。首先在PDMS的一面涂上丙烯酸酯胶水，采用紫外光照射胶水一段时间，使其成为具有一定的强度的弹性连接材料，再将PDMS基底与带有石墨超滑片的硅基底形成接触状态；然后利用光学显微镜可观察PDMS基底与超滑基本结构的位置状态，根据超滑多级结构所需的高度，通过原子力显微镜探针控制对PDMS硅基底施加一定压力，使其达到超滑多级结构所需的高度，待胶滴完全固化后即得到所需高度可精确控制的，面积为2mm×1.8mm的多级超滑结构，且它是透光、柔性可弯曲的薄片状，如图6所示。
以上实施例中，所述超滑片的制备方法可以参考专利CN201310355985，具体为：
步骤1，在HOPG上依次覆盖光刻胶，所述光刻胶可以通过旋转涂布的方式进行覆盖。
步骤2，构图所述光刻胶，保留多个光刻胶岛。构图光刻胶的步骤即确定了后续步骤中所形成的岛状结构的布局，例如可以利用电子束刻蚀方法构图所述光刻胶，所形成的光刻胶岛可以是，例如平均直径为1μm～30μm，光刻胶岛之间的平均间隔为1μm～100μm，这样刻蚀后的岛状结构也具有相应的平均直径和平均间隔。
步骤3，刻蚀所述基底，去除未被光刻胶保护的部分基底，从而形成多个岛状结构。所述刻蚀可以是例如反应离子刻蚀。
步骤4，利用机械臂逐个推开所述岛状结构检测其是否具有超滑剪切面，在具有自回复性能的岛状结构中，下表面具有超滑剪切面的HOPG片状结构即为超滑片。
特别地，每个超滑片还可以具有一连接层，例如SiO2。具体制备方法为：
步骤1，在HOPG上依次覆盖连接层和光刻胶，所述连接层可以是SiO2，厚度可以是例如50nm～500nm，可以利用等离子体化学气相沉积法沉积所述SiO2连接层。所述光刻胶可以通过旋转涂布的方式进行覆盖。
步骤2，构图所述光刻胶，保留多个光刻胶岛。例如可以利用电子束刻蚀方法构图所述光刻胶，所形成的光刻胶岛可以是，例如平均直径为1μm～30μm，光刻胶岛之间的平均间隔为1μm～100μm，这样刻蚀后的岛状结构也具有相应的平均直径和平均间隔。
步骤3，刻蚀所述基底，以便去除未被光刻胶保护的SiO2连接层和部分基底，从而形成多个带有SiO2连接层的岛状结构。
步骤4，利用机械臂逐个推开所述岛状结构检测其是否具有超滑剪切面，在具有自回复性能的岛状结构中，下表面具有超滑剪切面的上层片状结构即为带有SiO2连接层的超滑片。
弹性连接材料的转移方式采用专利CN105036052中所述方法，具体为采用一种带取向性结构的微针尖的方法将微小体积的胶滴进行转移，步骤为在带有微纳结构沟槽的微针尖上放置或补充液滴，液滴在表面张力的作用下自发运动到微针尖的储液位置；将带有液滴的微针尖在移动装置的控制下运动到目标位置，与目标位置形成点接触状态；液滴在微针尖表面的微纳沟槽的毛细作用力作用下，由微针尖的储液位置顺着微针尖向下流淌至目标位置表面。胶滴经固化后形成弹性连接材料。
所述弹性连接材料的固化方法可以为时间固化法、热固化法或光固化法。
通过上面所述的本发明的一个具体实施例可以直观地看到本发明可以达到大尺度、大滑移行程的超滑，这将大大突破以往超滑只能在微观尺度实现的局限性。
以上所述实施例仅为本发明的几个较优化的实施例，本发明不局限于这几个实施例，还应允许其它的变化。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、结构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。凡在本发明独立权要求范围内变化的，或本领域一般技术人员可以依据本发明轻易想到的变化，均属于本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种超滑结构，包括基底和多个超滑片，所述多个超滑片连接在所述基底上，其特征在于：所述连接使得所述超滑片的超滑面距基底表面的高度可调节，所述连接通过以下方式实现：通过弹性连接材料将所述多个超滑片连接到所述基底上，然后通过高度调整部件调节所述高度后固化所述弹性连接材料；或者在所述基底上设置通孔，在所述多个超滑片上分别设置连接部件，连接部件对齐所述通孔，通过高度调整部件调整所述高度后将超滑片固定在所述通孔中，或者通过基底的弹性或塑形变形来调节所述高度。
2.如权利要求1所述的超滑结构，其特征在于：所述弹性连接材料为环氧树脂胶、聚丙酯胶、丙烯酸酯胶，所述弹性连接材料的体积为10-7nl～10-3nl。
3.如权利要求2所述的超滑结构，其特征在于：所述弹性连接材料的体积为10-6nl～10- 4nl。
4.如权利要求1所述的超滑结构，其特征在于：所述高度调整部件的上表面可以为平面或光滑曲面。
5.如权利要求1-4中任一所述的超滑结构，其特征在于：所述超滑片至少有一个超滑面，所述超滑面是原子级光滑的二维材料，所述超滑面的直径为1μm～100μm，每个超滑片厚度为100nm～10μm，不同超滑面的直径或不同超滑片的厚度可相等或不等。
6.如权利要求5所述的超滑结构，其特征在于：所述超滑片还具有连接层，所述超滑片材料为石墨或二硫化钼，所述连接层的材料为二氧化硅。
7.如权利要求6所述的超滑结构，其特征在于：所述超滑片材料为片状单晶石墨或片状单晶二硫化钼。
8.如权利要求1-4中任一所述的超滑结构，其特征在于：所述基底具有一定的平整度和刚度，使得所述超滑片在与工作表面接触或相对运动时，所述基底不与所述工作表面接触，所述基底材料为硅或云母或金属片。
9.一种制备如权利要求1至8任一项所述的超滑结构的方法，其特征在于：包括：步骤1，提供基底；步骤2，制备多个超滑片；步骤3，将所述多个超滑片转移并连接至所述基底上；其特征在于：步骤3的所述连接使得所述多个超滑片的超滑面距基底表面的高度可调节。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述基底通过微加工制备，所述基底具有一定的平整度和刚度，使得所述超滑片在与工作表面接触或相对运动时，所述基底不与工作表面接触。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述基底材料为硅或云母或金属片，所述基底上微加工有通孔或盲孔。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述步骤2包括：步骤2-1，在高定向热解石墨上覆盖光刻胶，步骤2-2，构图所述光刻胶，保留多个光刻胶岛；步骤2-3，刻蚀所述高定向热解石墨，以便去除未被光刻胶保护的部分高定向热解石墨，从而形成多个岛状结构，步骤2-4，检测所述多个岛状结构是否具有超滑面，具有超滑面的所述岛状结构即为超滑片。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：所述光刻胶通过旋转涂布的方式进行覆盖，所述刻蚀是反应离子刻蚀。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述步骤3包括：将所述超滑片转移至带有弹性连接材料的所述基底上，通过所述弹性连接材料将所述多个超滑片连接到所述基底上，然后通过高度调整部件调节所述高度后固化所述弹性连接材料；或者在所述基底上设置通孔，在所述多个超滑片上分别设置连接部件，连接部件对齐所述通孔，通过高度调整部件调整所述高度后将超滑片固定在所述通孔中，或者通过基底的弹性或塑形变形来调节所述高度。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述弹性连接材料为环氧树脂胶、聚丙酯胶、丙烯酸酯胶，所述弹性连接材料的体积为10-7nl～10-3nl。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：所述弹性连接材料的体积为10-6nl～10- 4nl。
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