CN112762835B - 一种固液法非破坏性定点转移二维材料的微控制平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固液法非破坏性定点转移二维材料的微控制平台，包括控制转移部分和成像监测部分；控制转移部分由基座、进样控制装置及三维位移台构成，由进样控制装置控制二维材料的用量，由三维位移台控制二维材料与转移衬底的位置；通过成像检测部分对二维材料的转移过程实时监测，确保二维材料能够精准的转移到衬底上特定的位置，从而实现二维材料的定点转移。本发明采用固液法转移，具有操作便捷简单、样品无污染、位置精度高、转移材料不受破坏、转移量可控及转移质量高的优点，提供了一种任意衬底上非破坏性的转移二维材料的便捷有效的方法。

Description

一种固液法非破坏性定点转移二维材料的微控制平台

技术领域

本发明涉及二维材料转移技术领域，尤其是一种固液法非破坏性定点转移二维材料的微控制平台。

背景技术

近年来，二维材料因其优异的物理性质和化学性质引起了科研者的广泛研究。目前，最为广泛的研究方法科研者将二维材料转移至衬底上做器件从而完成相应的性能研究。因此，二维材料转移技术层出不穷。目前研究最彻底、使用最广的二维材料的湿法转移方法是PMMA辅助转移法，但是该方法容易引入杂质，产生裂纹、褶皱、空洞等缺陷，破坏样品的完整性，且成品率不高。最广泛的二维材料干法转移方法是胶带剥离法。如“One-dimensional electrical contact to a two-dimensional material, L. Wang et al.,Science, 342, 614–17.”提出：利用透明胶带剥离二维材料，将透明胶带上的剥落薄片与衬底直接接触以实现二维材料的直接转移。但是，该方法无法实现二维材料的定点转移，而且剥离的样品尺寸不可控，引入了杂质。同类定点转移专利“一种用于二维材料定点转移和对准光刻的一体化系统”（201811230466.5）提出三维操纵台实现二维材料的对准转移。但是，由于压制工艺，该方法可能会破坏2D材料，更不适用于悬浮衬底上转移二维材料，且转移过程中的加热过程可导致样品的性能破坏，影响样品的研究。目前二维材料的转移技术仍有很大的研究空间。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种固液法非破坏性定点转移二维材料的微控制平台，本发明通过操控控制转移部分的进样控制系统，实现二维材料的尺寸控制，操控控制转移部分的三维微位移台以控制二维材料与衬底的位置，通过成像检测部分对二维材料的转移过程实时监测，从而实现二维材料的定点转移，具有操作简便、制备效率高、成品质量高、无破坏性、位置可控、尺寸可控等优点。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种固液法非破坏性定点转移二维材料的微控制平台，其特点包括控制转移部分和成像监测部分；

所述控制转移部分由基座、进样控制装置及三维微位移台构成；

所述基座由立柱及工作台呈L型搭建，立柱上设有连接座；

所述进样控制装置由微进样器、螺旋驱动杆、驱动器及夹具构成；

所述夹具呈壳体状，其上设有微进样器安装座及驱动器安装座；

所述微进样器呈针管状，其上设有样品出口及推料杆；

所述螺旋驱动杆设于驱动器的输出端；

所述微进样器垂直设于夹具的微进样器安装座上，驱动器及螺旋驱动杆垂直设于夹具的驱动器安装座上，且螺旋驱动杆与微进样器的推料杆连接；

所述进样控制装置经夹具与基座的连接座连接；

所述三维微位移台由遥控器、载物台及三套传动机构构成，其中，每套传动机构均由微分头驱动器、控制螺旋杆及移动托板构成，且三套传动机构分层设于直角坐标系的X轴、Y轴及Z轴方向上；

所述载物台设于三维微位移台顶层的移动托板上；

所述三维微位移台设于基座的工作台上；

所述成像监测部分由摄像机、显微镜头、电控箱、LED背景光源、显示屏及活动支架构成；

所述摄像机与显微镜头呈轴向依次水平设于活动支架上，活动支架位于三维微位移台的一侧且设于基座的工作台上；

所述LED背景光源位于三维微位移台与摄像机相对的另一侧且设于基座的工作台上；

所述摄像机、显微镜头及显示屏经数据线连接；

所述电控箱及显示屏设于基座的周边，且电控箱分别与进样控制装置的驱动器、三维微位移台的遥控器及微分头驱动器以及成像监测部分的LED背景光源及显示屏电连接。

本发明通过操控控制转移部分的进样控制系统，实现二维材料的尺寸控制，操控控制转移部分的三维微位移台以控制二维材料与衬底的位置，通过成像检测部分对二维材料的转移过程实时监测，从而实现二维材料的定点转移，具有操作简便、制备效率高、成品质量高、无破坏性、位置可控、尺寸可控等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明成像监测部分的结构示意图；

图3为本发明控制转移部分的结构示意图。

具体实施方式

参阅图1，本发明包括控制转移部分1和成像监测部分2。

参阅图1、图3，所述控制转移部分1由基座10、进样控制装置11及三维微位移台12构成。

所述基座10由立柱101及工作台102呈L型搭建，立柱101上设有连接座103；

所述进样控制装置11由微进样器111、螺旋驱动杆112、驱动器113及夹具114构成；

所述夹具114呈壳体状，其上设有微进样器安装座及驱动器安装座；

所述微进样器111呈针管状，其上设有样品出口及推料杆；

所述螺旋驱动杆112设于驱动器113的输出端；

所述微进样器111垂直设于夹具114的微进样器安装座上，驱动器113及螺旋驱动杆112垂直设于夹具114的驱动器安装座上，且螺旋驱动杆112与微进样器111的推料杆连接；

所述进样控制装置11经夹具114与基座10的连接座103连接；

所述三维微位移台12由遥控器124、载物台125及三套传动机构构成，其中，每套传动机构均由微分头驱动器121、控制螺旋杆122及移动托板123构成，且三套传动机构分层设于直角坐标系的X轴、Y轴及Z轴方向上；

所述载物台125设于三维微位移台12顶层的移动托板123上；

所述三维微位移台12设于基座10的工作台102上。

参阅图1、图2，所述成像监测部分2由摄像机21、显微镜头22、电控箱23、LED背景光源24、显示屏25及活动支架26构成；

所述摄像机21与显微镜头22呈轴向依次水平设于活动支架26上，活动支架26位于三维微位移台12的一侧且设于基座10的工作台102上；

所述LED背景光源24位于三维微位移台12与摄像机21相对的另一侧且设于基座10的工作台102上；

所述摄像机21、显微镜头22及显示屏25经数据线连接。

参阅图1、图2、图3，所述电控箱23及显示屏25设于基座10的周边，且电控箱23分别与进样控制装置11的驱动器113、三维微位移台12的微分头驱动器121以及成像监测部分2的LED背景光源24及显示屏25电连接。

实施例

本实施例选氧化石墨烯溶液为二位材料，选用悬浮热电堆器件为衬底，以转移氧化石墨烯溶液至悬浮热电堆器件为例，对本发明的实施过程进一步说明如下：

步骤一：参阅图1、图3，将氧化石墨烯溶液放置在进样控制装置11的微进样器111中，并将放置有氧化石墨烯溶液的微进样器111安放在夹具114的微进样器安装座上，将进样控制装置11经夹具114与基座10的连接座103连接，并将微进样器111的推料杆与螺旋驱动杆112连接。

步骤二：参阅图1、图3，将悬浮热电堆器件放置在三维微位移台12的载物台125上。

步骤三：参阅图1、图2，打开电控箱23的电源开关，LED背景光源24开启、显示屏25开启、摄像机21开启；

步骤四：参阅图1、图2、图3，通过遥控器124分别操纵三维微位移台12的X轴与Y轴的两个微分头驱动器121，经控制螺旋杆122沿X轴与Y轴移动移动托板123，以实现移动悬浮热电堆器件的位置，确保悬浮热电堆器件上转移样品的特定点位于微进样器111样品出口的正下方；移动过程通过摄像机21、显微镜头22成像在显示屏25上；

步骤五：参阅图1、图3，驱动进样控制装置11的驱动器113，驱动器113驱动螺旋驱动杆112带动微进样器111的推料杆运动，将放置在微进样器111内的氧化石墨烯溶液由微进样器111的样品出口挤出，氧化石墨烯溶液的挤出量为0.5微升；

步骤六：参阅图1、图3，通过遥控器124操纵三维微位移台12的Z轴的微分头驱动器121，使三维微位移台12的载物台125连同移动悬浮热电堆器件垂直向上移动，直至悬浮热电堆器件与正上方的氧化石墨烯溶液接触后，继续通过遥控器124操纵三维微位移台12的Z轴的微分头驱动器121，使三维微位移台12的载物台125连同移动悬浮热电堆器件垂直向下移动，回到初始位置；

步骤七：参阅图1、图2、图3，用镊子将覆有氧化石墨烯溶液的悬浮热电堆器件转移至通风橱中自然风干，随后关闭摄像机21、显微镜头22及显示屏25，关闭LED背景光源24，关闭电控箱23的电源开关。

参阅图1、图3，为提高位移精度，确保微进样器111的样品出口与悬浮热电堆器件上转移样品的特定点精准定位，本发明的三维微位移台12上X轴及Y轴的移动托板123的步长为1微米，Z轴的移动托板123的步长为5微米。

以上实施例只是对本发明做进一步说明，并非用以限制本发明，在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (1)

1.一种固液法非破坏性定点转移二维材料的微控制平台，其特征在于，它包括控制转移部分（1）和成像监测部分（2）；

所述控制转移部分（1）由基座（10）、进样控制装置（11）及三维微位移台（12）构成；

所述基座（10）由立柱（101）及工作台（102）呈L型搭建，立柱（101）上设有连接座（103）；

所述进样控制装置（11）由微进样器（111）、螺旋驱动杆（112）、驱动器（113）及夹具（114）构成；

所述夹具（114）呈壳体状，其上设有微进样器安装座及驱动器安装座；

所述微进样器（111）呈针管状，其上设有样品出口及推料杆；

所述螺旋驱动杆（112）设于驱动器（113）的输出端；

所述微进样器（111）垂直设于夹具（114）的微进样器安装座上，驱动器（113）及螺旋驱动杆（112）垂直设于夹具（114）的驱动器安装座上，且螺旋驱动杆（112）与微进样器（111）的推料杆连接；

所述进样控制装置（11）经夹具（114）与基座（10）的连接座（103）连接；

所述三维微位移台（12）由遥控器（124）、载物台（125）及三套传动机构构成，其中，每套传动机构均由微分头驱动器（121）、控制螺旋杆（122）及移动托板（123）构成，且三套传动机构分层设于直角坐标系的X轴、Y轴及Z轴方向上；

所述载物台（125）设于三维微位移台（12）顶层的移动托板（123）上；

所述三维微位移台（12）设于基座（10）的工作台（102）上；

所述成像监测部分（2）由摄像机（21）、显微镜头（22）、电控箱（23）、LED背景光源（24）、显示屏（25）及活动支架（26）构成；

所述摄像机（21）与显微镜头（22）呈轴向依次水平设于活动支架（26）上，活动支架（26）位于三维微位移台（12）的一侧且设于基座（10）的工作台（102）上；

所述LED背景光源（24）位于三维微位移台（12）与摄像机（21）相对的另一侧且设于基座（10）的工作台（102）上；

所述摄像机（21）、显微镜头（22）及显示屏（25）经数据线连接；

所述电控箱（23）及显示屏（25）设于基座（10）的周边，且电控箱（23）分别与进样控制装置（11）的驱动器（113）、三维微位移台（12）的遥控器（124）及微分头驱动器（121）以及成像监测部分（2）的LED背景光源（24）及显示屏（25）电连接。

Images