CN111824735A - 一种超滑滑块的拾取与翻转方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在制备或检测超滑滑块过程中的超滑滑块的拾取与翻转方法，该方法在推动超滑滑块的过程中，将上层滑块继续推动至下层基底的边缘附近，拨动上层滑块，使其相对于下层基底发生转动，并使滑移面进入共度状态而锁死。利用该锁死状态，将上层滑块翻转，并至于目标位置。本发明简单易用，成本低廉，且适用于约2μm至10μm尺寸的超滑滑块的检测。

Description

一种超滑滑块的拾取与翻转方法
技术领域
本发明涉及固体结构超滑领域，尤其涉及在制备或检测超滑滑块过程中的超滑滑块的拾取与翻转方法。
技术背景
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。2013年，郑泉水教授第一次在微米尺度发现HOPG(Highly Oriented PyrolyticGraphite)片层材料之间的超滑现象，这标志着超滑从基础研究过渡到可应用化的技术研究过程。
在现有制备或检测表征超滑滑块的过程中，在微米尺度对超滑滑块进行拾取和放置，是非常重要的一个步骤。在很多其他应用中，还需要对微米器件进行翻转。例如，根据结构超滑原理，微米超滑滑块可在滑移面间实现极低摩擦和几乎零磨损。为了对滑动后的接触界面进行形貌、材料的物理化学性质等进行检测，需要拾取并翻转上滑块，以暴露出发生接触的两个表面。然而，由于微米滑块较小的尺寸，现有的操纵技术难以实现该功能，使用探针拾取微米超滑滑块的技术只能实现滑块的拾取和放置，但不能实现滑块的翻转。使用微镊子可夹取滑块并对滑块进行翻转，但微镊子设备昂贵，易于损坏，且受限于微镊子尖端的尺寸，夹取的滑块尺寸通常不能小于5μm。因此现有技术中针对超滑滑块的上滑块进行检测还存在很多问题。
发明内容
为了能够解决上述问题，本发明提出了以下方案：在推动超滑滑块的过程中，将上层滑块继续推动至下层基底的边缘附近，拨动上层滑块，使其相对于下层基底发生转动，并使滑移面进入共度状态而锁死。利用该锁死状态，将上层滑块翻转，并至于目标位置。
具体来说，本发明采用如下技术方案：
一种超滑滑块的拾取与翻转方法，包括以下步骤，
步骤一：推动超滑滑块，所述超滑滑块形成为至少第一部分和第二部分；
步骤二：继续推动超滑滑块的所述第一部分，使其在所述第二部分上发生相对滑动，直至所述第一部分滑移至所述第二部分边缘附近；
步骤三：控制所述第一部分，使其相对于所述第二部分发生相对旋转，直至所述第一部分和第二部分之间的滑移界面进入公度状态，滑移界面发生锁死；
步骤四：所述滑移界面发生锁死后，控制所述第一部分抬起或翻转。
进一步的，使用探针推动所述超滑滑块或控制所述第一部分的运动。
进一步的，所述探针是钨探针。
进一步的，所述探针优选通过电化学腐蚀制备，其尖端曲率半径为1-3μm。
进一步的所述第一部分是超滑滑块，所述第二部分是超滑基底。
进一步的，所述超滑滑块的宽度为4-10μm。
进一步的，所述超滑滑块的宽度为5μm。
进一步的，超滑滑块的高度为1-10μm。
进一步的，超滑滑块的高度2μm。
进一步的，所述超滑滑块的材料优选为石墨烯或高定向热解石墨。
由本发明的技术方案可知，本发明的方案提出的拾取和翻转方法简单易用，成本低廉。且适用于约2μm至10μm尺寸的超滑滑块。
附图说明
图1示出微米超滑滑块拾取与翻转的装置示意图；
图2示出超滑滑块旋转锁死步骤的示意图；
图3示出抬起超滑滑块的示意图；
图4示出已翻转完毕的超滑滑块示意图；
图5示出将翻转成功的超滑滑块放置于目标位置的示意图。
附图标记：1、光学显微镜，2、连接装置，3、探针，4、超滑基底，5、超滑滑块。
具体实施方式
以下将参考附图详细描述本发明的超滑滑块的拾取与翻转方法。
如图1所示，微米超滑滑块拾取与翻转的装置，包括光学显微镜1，配有50x的目镜，用于放大视场以便于微纳米操纵仪(图中省略未示出)的控制，并监控微米超滑滑块的拾取与翻转过程；微纳米操纵仪位移精度在纳米量级，可控制钨探针3精确移动。连接装置2，连接微纳米操纵仪和探针3用以操纵超滑滑块5，探针3优选为钨探针，钨探针3优选通过电化学腐蚀制备，其尖端曲率半径为1-3μm。超滑滑块5置于超滑基底4上，该超滑滑块5的典型宽度为4-10μm，优选为5μm，高度为1-10μm，优选为2μm。
超滑滑块的拾取与翻转具体步骤如下：
使用钨探针3推动超滑滑块5，滑块在钨探针推动下分裂为上下两部分，下部分超滑基底4与上部分超滑滑块5的高度均为几百纳米，两部分之间的接触面为超滑滑移面。继续推动上部分超滑滑块5，使其在超滑基底4上发生相对滑动，直至超滑滑块5滑移至超滑基底4的边缘附近。如图2所示(光学显微镜1省略未画出)，通过控制钨探针3操纵上部分超滑滑块5，使其相对于超滑基底4发生相对旋转。根据超滑的基本原理，原本处于超滑状态的滑移界面存在晶格的天然非公度，该非公度与界面的相对转角密切相关。超滑滑块5相对于超滑基底4发生旋转后，原本处于非公度超滑状态的滑移界面进入高摩擦的公度状态，滑移界面发生锁死，不再具有超滑特性。
如图3所示，在滑动界面锁死之后，将钨探针3撤回，从另一侧接触超滑滑块5并向上拨动，此时，由于超滑滑块5已经锁死，不会发生横向的滑动，可以轻易地使用钨探针3将超滑滑块5逐渐抬起，并脱离超滑基底4。
如图4所示，继续通过钨探针3抬起滑块，最终将超滑滑块5翻转，此时已翻转的超滑滑块5其原本的接触面已朝上。
如图5所示，将已翻转的超滑滑块5放置在目标位置，完成拾取与翻转全过程。
本发明的方案利用了高摩擦的公度状态，使得难以反转的超滑滑块在滑动界面锁死后容易反转，简单易用，成本低廉。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (9)

1.一种超滑滑块的拾取与翻转方法，包括以下步骤，
步骤一：推动超滑滑块，所述超滑滑块形成为至少第一部分和第二部分；
其特征在于，
步骤二：继续推动超滑滑块的所述第一部分，使其在所述第二部分上发生相对滑动，直至所述第一部分滑移至所述第二部分边缘附近；
步骤三：控制所述第一部分，使其相对于所述第二部分发生相对旋转，直至所述第一部分和第二部分之间的滑移界面进入公度状态，滑移界面发生锁死；
步骤四：所述滑移界面发生锁死后，控制所述第一部分抬起或翻转。
2.根据权利要求1所述的超滑滑块的拾取与翻转方法，其特征在于，使用探针推动所述超滑滑块或控制所述第一部分的运动。
3.根据权利要求2所述的超滑滑块的拾取与翻转方法，其特征在于，所述探针是钨探针，优选通过电化学腐蚀制备，其尖端曲率半径为1-3μm。
4.根据权利要求1-3所述的超滑滑块的拾取与翻转方法，其特征在于，所述第一部分是超滑滑块(5)，所述第二部分是超滑基底(4)。
5.根据权利要求4所述的超滑滑块的拾取与翻转方法，其特征在于，所述超滑滑块(5)的宽度为4-10μm。
6.根据权利要求5所述的超滑滑块的拾取与翻转方法，其特征在于，所述超滑滑块(5)的宽度为5μm。
7.根据权利要求4所述的超滑滑块的拾取与翻转方法，其特征在于，所述超滑滑块(5)的高度为1-10μm。
8.根据权利要求7所述的超滑滑块的拾取与翻转方法，其特征在于，所述超滑滑块(5)的高度2μm。
9.根据上述任一权利要求所述的超滑滑块的拾取与翻转方法，其特征在于，所述超滑滑块的材料优选为石墨烯或高定向热解石墨。
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