CN113702279B - 制备石墨纳米片探针的装置、方法及检测石墨摩擦的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种制备石墨纳米片探针的装置、方法及检测石墨摩擦的方法，所述制备石墨纳米片探针的制备方法包括S1：通过机械剥离法获取含有石墨纳米片的胶带；S2：向培养皿中添加去离子水，将胶带的石墨纳米片与水面接触，利用制冷器将培养皿中的去离子水凝固成冰面，使得石墨纳米片转移到冰面上；S3：在探针上涂抹胶黏剂；S4：利用显微镜将探针的胶黏剂与冰面上的石墨纳米片接触；S5：在冰面溶解后，石墨纳米片粘接到探针上。本发明制备石墨纳米片探针的制备方法操作简单、成本低、实用性强、制备得到的石墨纳米片探针非常适用于检测石墨同质或异质结构在液下的摩擦性能。

Description

制备石墨纳米片探针的装置、方法及检测石墨摩擦的方法

技术领域

本发明属于材料物理性能检测领域，具体而言，涉及一种制备石墨纳米片探针的装置、方法及检测石墨摩擦的方法。

背景技术

石墨是一种典型的二维材料，具有很弱的层间范德华作用力，拥有良好的减小磨损与降低摩擦的性能。研究石墨与其他二维材料组成的同质结构或异质结构在液体环境中的摩擦性能对设计基于石墨的超润滑体系具有重要的理论指导作用和工业应用价值。

相关技术中，石墨纳米片探针制备过程较为复杂，随机性大、制备成本较高。而且，在制备的石墨纳米片探针中，在液体环境中石墨纳米片探针的石墨纳米片很容易脱落，这些探针较难应用于检测石墨液下的摩擦性能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种结构简单、操作方便的制备石墨纳米片探针的设备。

本发明的实施例提出一种制备工艺简单、制备成本低、且石墨不易脱落的制备石墨纳米片探针的方法。

本发明的实施例提出一种结果准确、步骤简单的检测石墨同质或异质结构液下摩擦性能的方法。

根据本发明实施例的制备石墨纳米片探针的装置包括：安装杆；显微镜，所述显微镜设在所述安装杆上；载物台，所述载物台设在所述安装杆上，所述载物台与所述显微镜的物镜在所述安装杆的长度方向间隔设置，所述载物台与所述显微镜的物镜在所述安装杆的长度方向上相对；探针台，所述探针台设在所述安装杆上，所述探针台与所述载物台在所述安装杆的长度方向上相对，所述探针台可沿所述安装杆的长度方向靠近或远离所述载物台，所述探针台适于与探针相连，以便带动所述探针靠近或远离所述载物台；光源，所述光源设在所述安装杆上且与所述探针台沿所述安装杆的长度方向间隔设置，所述载物台设在所述显微镜和所述光源之间，所述光源与所述探针台在所述安装杆的长度方向上相对，以便所述光源照射在所述探针上；制冷器，所述制冷器设在所述安装杆的一侧；底座，所述安装杆、所述制冷器均设在所述底座上。

根据本发明实施例制备石墨纳米片探针的装置，通过安装杆、显微镜、载物台、探针台、光源和制冷器的设置，能够方便将石墨纳米片粘贴到探针上，提高了石墨纳米片探针的制备效率。

在一些实施例中，所述制备石墨纳米片探针的装置还包括相机和显示屏，所述相机的镜头与所述显微镜的目镜相连，所述显示屏与所述相机相连。

在一些实施例中，所述探针台和所述载物台的材质均为玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯，且所述探针台表面涂敷有疏水材料。

在一些实施例中，所述显微镜的所述物镜为长焦物镜，用于提高显微镜的焦距。

在一些实施例中，所述制备石墨纳米片探针的装置还包括培养皿，所述培养皿放置在所述载物台上，且所述载物台与所述显微镜的物镜在所述安装杆的长度方向上相对。

一种制备石墨纳米片探针的方法，包括如下步骤：S1：通过机械剥离法获取含有石墨纳米片的胶带；S2：向培养皿中添加去离子水，将所述胶带的所述石墨纳米片与水面接触，利用述权利要求1-5中任一项所述的制备石墨纳米片探针的装置的制冷器将所述培养皿中的所述去离子水凝固成冰面，使得所述石墨纳米片转移到冰面上；S3：在探针上涂抹胶黏剂；S4：利用显微镜将所述探针的所述胶黏剂与冰面上的所述石墨纳米片接触；S5：在所述冰面溶解后，所述石墨纳米片粘接到所述探针上。

根据本发明制备石墨纳米片探针的方法，通过步骤S1-步骤S5，制备工艺简单、结构紧凑、成本低、且石墨纳米片可牢固的粘贴到探针上，保证了石墨纳米片探针制备的效率。

在一些实施例中，在步骤S2中，通过所述制冷器将所述培养皿中的所述去离子水凝固成冰面，关闭所述制冷器使得所述冰面的表面融化层液态水层，将所述胶带的所述石墨纳米片与所述水层接触。

在一些实施例中，在步骤S3中，将所述探针安装在探针台上，利用洗耳球对载玻片上的胶黏剂反复吹气形成一层较薄的胶层，将所述载玻片放置于所述载物台上，通过所述显微镜调整所述探针与所述胶层位置，使得所述胶层与所述探针相对，移动所述探针台将所述探针与所述胶层接触。

在一些实施例中，在步骤S4中，将含有石墨纳米片的所述冰面放置在载物台上，所述探针安装在探针台上，通过所述显微镜调整所述探针与所述石墨纳米片的相对位置，移动所述探针台将所述探针与所述石墨纳米片接触。

一种检测石墨同质或异质结构液下摩擦性能的方法，包括如下步骤：S1：选取二维材料作为基底，且所述二维材料与石墨纳米片构成石墨同质或异质结构；S2：将石墨纳米片探针和所述基底浸没于液体中；S3：将所述石墨纳米片探针逐渐靠近并接触所述基底，并绘制在此过程中所述石墨纳米片探针在所述液体环境中的力距离曲线；S4：施加载荷使所述石墨纳米片探针上的石墨纳米片在所述基底上移动并产生相对摩擦；S5：绘制所述石墨纳米片探针与所述基底产生的摩擦力随所述载荷的变化曲线，结合所述力距离曲线分析摩擦状态，根据线性拟合得到的斜率获取石墨同质或异质结构在所述液体下的摩擦系数。

根据本发明实施例的检测石墨同质或异质结构液下摩擦性能的方法，通过步骤S1-步骤S5，能够检测石墨在同质或异质结构中液下摩擦性能，为研究石墨的超润滑体系具有重要的理论指导作用和工业应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例的制备石墨纳米片探针的装置的结构示意图。

图2是图1中A的局部放大图。

图3是本发明实施例的制备石墨纳米片探针的方法的石墨纳米片粘贴在胶带上的结构示意图。

图4是本发明实施例的制备石墨纳米片探针的方法的将粘有石墨纳米片的胶带粘接在水层上的结构示意图。

图5是本发明实施例的制备石墨纳米片探针的方法的石墨纳米片转移到冰面上的结构示意图。

图6是本发明实施例的制备石墨纳米片探针的方法的将胶黏剂涂敷在探针上的结构示意图。

图7是本发明实施例的制备石墨纳米片探针的方法的探针涂敷胶黏剂后的结构示意图。

图8是本发明实施例的制备石墨纳米片探针的方法的探针粘取冰层上石墨纳米片的结构示意图。

图9是本发明实施例的制备石墨纳米片探针的方法的探针粘取石墨纳米片后的结构实体图。

图10是本发明实施例的探针和二硫化钼块状基底在十六烷介质中的探针所受的作用力和探针位移的曲线图。

图11是本发明实施例的探针和二硫化钼块状基底在十六烷介质中对探针施加的载荷和探针所受的摩擦力的曲线图。

图12是本发明实施例的制备石墨纳米片探针的方法流程图。

附图标记：

制备石墨纳米片探针的装置100；

安装杆1；显微镜2；长焦物镜21；显微镜固定支架22；载物台3；载物台固定支架31；探针台4；探针台固定支架41；探针台移动旋钮42；光源5；光源固定支架51；制冷器6；底座7；相机8；显示屏9；培养皿10；探针101；胶带102；石墨纳米片103；胶黏剂104；载玻片105。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图1-2描述根据本发明实施例的制备石墨纳米片探针的装置。

如图1-2所示，根据本发明实施例的制备石墨纳米片探针的装置包括安装杆1、显微镜2、载物台3、探针台4、光源5、制冷器6和底座7。

显微镜2设在安装杆1上。具体地，如图1所示，显微镜2为倒置式光学显微镜2，即显微镜2的物镜朝上，显微镜2通过显微镜固定支架22固定在安装杆1上。

载物台3设在安装杆1上，载物台3与显微镜2的物镜在安装杆1的长度方向(如图1所示的上下方向)间隔设置，载物台3与显微镜2的物镜在安装杆1的长度方向(如图1所示的上下方向)上相对。具体地，如图1所示，载物台3为透光载物台3，载物台3设在显微镜2的物镜的正上方，载物台3通过载物台固定支架31固定在安装杆1上。

探针台4设在安装杆1上，探针台4与载物台3在安装杆1的长度方向(如图1所示的上下方向)上相对，探针台4可沿安装杆1的长度方向(如图1所示的上下方向)靠近或远离载物台3，探针台4适于与探针101相连，以便带动探针101靠近或远离载物台3。具体地，如图1所示，探针台4设在载物台3的正上方，且探针台4通过探针台固定支架41设在安装杆1上，探针台4适用于与探针101相连，且带动探针101上下运动，从而靠近或远离载物台3。

光源5设在安装杆1上且与探针台4沿安装杆1的长度方向(如图1所示的上下方向)间隔设置，载物台3设在显微镜2和光源5之间，光源5与探针台4在安装杆1的长度方向(如图1所示的上下方向)上相对，以便光源5照射在探针101上。具体地，如图1所示，光源5通过光源固定支架51固定在安装杆1上，光源5设在探针台4的上方，以便对探针台4、载物台3和显微镜2提供光照。

制冷器6设在安装杆1的一侧。安装杆1、制冷器6均设在底座7上。具体地，如图1所示，安装杆1固定在底座7上，制冷器6为半导体制冷台，制冷器6位于安装杆1的右侧，且显微镜2的目镜与底座7之间沿上下方向间隔设置。

本发明实施例制备石墨纳米片探针的装置100，通过显微镜2、载物台3、探针台4、光源5的设置，可通过显微镜2观测到探针101和石墨纳米片103的轮廓图像，且保证石墨纳米片103轮廓不会被探针101轮廓遮盖，能更加准确地调节探针101和石墨纳米片103的相对位置，从而提高石墨纳米片探针101制备的成功率。另外，制备石墨纳米片探针的装置100采用一体式结构，将显微镜2、载物台3、探针台4、光源5设置于安装杆1上，从而使得制备石墨纳米片探针的装置100结构紧凑、节省空间、实用性高。

可以理解的是，探针台固定支架41上设有探针台移动旋钮42，探针台移动旋钮42和安装杆1之间通过齿轮和齿条配合，使得探针台固定支架41带动探针101上下移动，具体地，探针台移动旋钮42上固定有齿轮，安装杆1上固定有齿条，通过齿轮齿条啮合传动，从而使得探针101靠近或远离载物台3。

在一些实施例中，制备石墨纳米片探针的装置100还包括相机8和显示屏9，相机8的镜头与显微镜2的目镜相连，显示屏9与相机8相连。具体地，如图1所示，相机8为CCD相机，相机8与显微镜2的目镜相连，从而通过照相机8对显微镜2的物镜进行拍摄，再上传到显示屏9中，从而方便实验者通过显示屏9对显微镜2进行观察，提高了实验的效率。

在一些实施例中，探针台4和载物台3的材质均为玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯，且探针台4表面涂敷有疏水材料。具体地，探针台4和载物台3均为高透光材料，以便光源5穿过探针台4和载物台3对显微镜2进行照射，探针台4表面涂敷有疏水材料可在制备石墨纳米片探针101时，防止与冰面形成液桥干扰探针101制备过程，提高了制备石墨纳米片探针101的效率。

在一些实施例中，显微镜2的物镜为长焦物镜21，用于提高显微镜2的焦距。由于在制备石墨纳米片探针101时，需要通过冰层观测石墨纳米片103，一般的物镜由于焦距较小，无法聚焦到那么高的冰面上。由此，选用长焦物镜21，提高显微镜2的焦距，提高了制备石墨纳米片探针101的效率。

在一些实施例中，制备石墨纳米片探针的装置100还包括培养皿10，培养皿10放置在载物台3上，且载物台3与显微镜2的物镜在安装杆1的长度方向(如图1所示的上下方向)上相对。由此，将石墨纳米片103转移到培养皿10的冰层中，使得制备石墨纳米片探针的装置100设置的更加合理。

如图3-9和12所示，根据本发明实施例的制备石墨纳米片探针101的方法，包括如下步骤：

S1：通过机械剥离法获取含有石墨纳米片103的胶带102。具体地，如图3所示，使用胶带102反复剥离石墨块状晶体，获得表面残留大量石墨纳米片103的胶带102。

S2：向培养皿10中添加去离子水，将胶带102的石墨纳米片103与水面接触，利用制备石墨纳米片探针的装置100的制冷器6将培养皿10中的去离子水凝固成冰面，使得石墨纳米片103转移到冰面上。

具体地，如图4-5所示，向培养皿10中添加去离子水，将含有石墨纳米片103的胶带102放置在去离子水的表面上，将其培养皿10放置在制冷器6上，打开制冷器6将去离子水凝固成冰面，将冰面上的胶带102去除，使得胶带102上的石墨纳米片103转移到冰面上。

S3：在探针101上涂抹胶黏剂104。

S4：利用显微镜2将探针101的胶黏剂104与冰面上的石墨纳米片103接触。具体地，如图8所示，移动探针台4，从而带动探针101上下移动，使得胶黏剂104与冰面上的石墨纳米片103接触。

S5：在冰面溶解后，石墨纳米片103粘接到探针101上。具体地，如图9所示，冰面在室温环境中开始融化，此时待粘石墨纳米片103与冰面的相互作用将减弱，由于胶黏剂104的作用，待粘石墨纳米片103将受限于探针101底部无法自由漂动，保持探针101与待粘石墨片的接触状态，等待胶黏剂104完全固化。缓慢上升探针101，待粘石墨纳米片103在胶黏剂104的强粘附作用下与冰面分离并粘附于探针101上，即制得石墨纳米片探针101。

本发明人通过研究发现：相关技术中，制备石墨纳米片探针101的方法有两种，第一类方法的核心是将石墨纳米片103转移至探针101表面，主要技术有摩擦转移法、热转移或湿法转移等，但制备过程较为复杂，随机性大。第二类方法的核心是在探针101表面直接生长石墨，主要技术有化学气相沉积等，但制备成本较高。此外，在上述方法所制备的石墨纳米片探针101中，石墨纳米片103均是通过范德华作用与探针101固定，在液体环境中石墨纳米片103很容易脱落，这些探针101较难应用于检测石墨液下的摩擦性能。

根据本发明实施例的制备石墨纳米片探针101的方法，通过步骤S1-S5制备石墨纳米片探针101，制备工艺简单、成本低，而且石墨纳米片103通过胶黏剂104粘贴在探针101上，使得石墨纳米片探针101结构稳固，在实验过程中石墨纳米片探针101的石墨纳米片103不易脱落。

在步骤S2中，培养皿10内的水可先通过制冷器6将培养皿10中的去离子水凝固成冰面，关闭制冷器6使得冰面的表面融化层液态水层，将胶带102的石墨纳米片103与水层接触。

本发明人通过实验可知：若将胶带102直接放置在去离子水层的表面上，去离子水在凝固的过程中，将导致胶带102弯曲，进而导致石墨纳米片103发生弯曲扭转。由此，为了提高制备石墨纳米片103的效率，首先将培养皿10中的去离子水通过制冷器6在-20℃凝固成冰面，关闭制冷器6，等待1至2分钟后冰面表面将少量融化形成很薄的液态水层，再将含有石墨纳米片103的胶带102放置在去离子水层的表面上，重新开启制冷器6，将融化后的水层重新凝固，去除胶带102后，使得石墨纳米片103转移到冰面上。

在一些实施例中，在步骤S3中，将探针101安装在探针台4上，利用洗耳球对载玻片105上的胶黏剂104反复吹气形成一层较薄的胶层，将载玻片105放置于载物台3上，通过显微镜2调整探针101与胶层位置，使得胶层与探针101相对，移动探针台4将探针101与胶层接触。

具体地，如图6-7所示，蘸取少量快固型胶黏剂104涂于载玻片105上，使用洗耳球对准涂在载玻片105上的胶黏剂104反复吹气，形成一层较薄的胶层，将洁净载玻片105放置于载物台3上，将探针101固定在探针台4上，打开相机8、显示屏9和光源5，调节显微镜2的显微镜2调焦旋钮，使显微镜2聚焦至胶黏剂104上，通过显示屏9中可观察到胶黏剂104和探针101的轮廓，调节探针台移动旋钮42，下降探针101使其与胶层短暂接触1至2秒，将探针台4向上移动，使得探针101和载玻片105脱离，进而将胶黏剂104转移到探针101上。

在一些实施例中，在步骤S4中，将含有石墨纳米片103的冰面放置在载物台3上，探针101安装在探针台4上，通过显微镜2调整探针101的与石墨纳米片103相对位置，移动探针台4将探针101与石墨纳米片103接触。具体地，如图8-9所示，将培养皿10从制冷器6快速转移至载物台3中心位置，调节显微镜2调焦旋钮聚焦至冰面所在平台，在显示屏9中寻找到片径为几微米至几十微米的待粘石墨纳米片103，移动待粘石墨纳米片103位置，使探针101底部球体的中心与待粘石墨纳米片103的中心大致重合，下降探针101使其与待粘石墨纳米片103接触。由此，将石墨纳米片103转移到探针101上。

根据本发明实施例的检测石墨同质或异质结构液下摩擦性能的方法，包括如下步骤：

S1：选取二维材料作为基底，且二维材料与石墨纳米片103构成石墨同质或异质结构。

具体地，根据实际情况选取二维材料作为基底(例如：选石墨作为基底，则与石墨纳米片探针101构成同质结构，或选二硫化钼等异质材料作为基底，则与石墨纳米片探针101构成异质结构)，且选取的二维材料的厚度不限，并将选取的块状二维材料通过粘胶粘贴在载玻片105上。

S2：将石墨纳米片探针101和基底浸没于液体中。具体地，选取特定液体(例如：如水，十六烷等)利用胶头滴管向基底表面滴加一定体积的液体，使得基底和石墨纳米片探针101均浸没于该液体中。

S3：将石墨纳米片探针101逐渐靠近并接触基底，并绘制在此过程中石墨纳米片探针101在液体环境中的力距离曲线。

具体地，将石墨纳米片探针101固定在原子力显微镜的探针保持器上，移动石墨纳米片探针101，使得石墨纳米片探针101逐渐靠近基底至与其接触，并利用原子力显微镜绘制出力距离曲线。在石墨纳米片探针101接近基底的过程中，受限液体的存在会使探针101受力翘曲，通过原子力显微镜获得探针101受力翘曲产生的电压信号，原子力显微镜根据电压信号可得到探针101所受力的数值，绘制探针101所受的作用力和探针101与基底距离的关系曲线，即得到力距离曲线，分析力距离曲线的变化规律，判断石墨同质或异质结构间受限液体的状态，进而为后续石墨同质或异质结构液下摩擦性能的分析提供帮助。

S4：施加载荷使石墨纳米片探针101上的石墨纳米片103在基底上移动并产生相对摩擦。具体地，将石墨纳米片探针101与基底表面接触，通过设置原子力显微镜的参数，使得原子力显微镜以一定的载荷、一定的滑动速度和一定的滑动距离带动石墨纳米片探针101移动，使石墨纳米片探针101与二维材料基底发生相对摩擦。

S5：绘制石墨纳米片探针101与基底产生的摩擦力随载荷的变化曲线，结合力距离曲线分析摩擦状态，根据线性拟合得到的斜率获取石墨同质或异质结构在液体下的摩擦系数。

具体地，在石墨纳米片探针101与基底以第一载荷接触并发生相对摩擦的过程中，通过原子力显微镜获得石墨纳米片探针101受力扭转产生的第一电压信号，结合第一电压信号和探针101横向灵敏度可获得第一载荷所对应的第一液下摩擦力。接着改变设置的载荷，重复上述过程，获得第二载荷所对应的第二液下摩擦力。以此类推，通过改变设置载荷的大小，获得N组液下摩擦力，绘制N组液下摩擦力随载荷的变化曲线，结合力距离曲线分析摩擦状态，通过线性拟合得到曲线的斜率，根据斜率获取石墨纳米片探针101和二维材料形成的石墨同质或者异质结构的液下摩擦系数。

根据本发明实施例的检测石墨同质或异质结构液下摩擦性能的方法，通过步骤S1-步骤S5，从而测定石墨纳米片103与同质或异质基底的摩擦系数，为检测石墨同质或异质结构液下摩擦性能提供了的方法和思路。

下面描述本发明具体示例的检测石墨同质或异质结构液下摩擦性能的方法。

以二硫化钼块状晶体为基底，液体为十六烷。使用原子力显微镜检测了石墨纳米片探针101与二硫化钼基底构成的异质结构在十六烷中的摩擦性能。

S1：选取二硫化钼块状晶体作为基底，并将选取的二硫化钼块状晶体通过粘胶粘贴在载玻片105上。

S2：利用胶头滴管向基底表面滴加一定体积的十六烷，使得基底浸没于该十六烷中。

S3：将石墨纳米片探针101固定在原子力显微镜的探针保持器上，且石墨纳米片探针101以10nm/s的速度缓慢靠近基底至与其接触，并利用原子力显微镜以横坐标为探针101与基底的距离，纵坐标为探针101所受作用力绘制出力距离曲线。

S4：对石墨纳米片探针101施加0nN至55nN的载荷，使石墨纳米片探针101上的石墨纳米片103以4μm/s沿左右方向在基底上反复移动并产生相对摩擦。

S5：绘制所述石墨纳米片探针101与所述基底产生的摩擦力随所述载荷的变化曲线。

发明人通过实验数据可以得出如下结论：如图10所示，当石墨纳米片探针101与基底的距离大于3nm时，石墨纳米片探针101处于自然状态，原子力显微镜未检测到作用力。当石墨纳米片探针101与基底的距离小于3nm时，石墨纳米片探针101受到周期性的排斥力，该排斥力出现的周期约为0.4nm，排斥力周期与石墨纳米片探针101和二硫化钼形基底之间的十六烷分子截面宽度一致，说明在石墨纳米片103与二硫化钼形成的异质结构间存在受限的多层十六烷液膜。

如图11所示，当载荷小于8nN时，摩擦力随载荷增大呈现出非线性的增长趋势，结合力距离曲线的检测结果分析可知，这是因为此时接触区域内存在多层的十六烷分子，导致摩擦力非线性增长，该区域属于多层液膜区域。当载荷大于8nN时，摩擦力随载荷增大而呈现线性增长的趋势，进入稳定的增长状态，因为此时接触区域内形成了稳定的受限十六烷分子膜。通过线性拟合得到稳定区域内的摩擦系数为0.004，表明石墨纳米片探针101和二硫化钼构成的异质结构能在十六烷液体环境中实现超滑状态，具有优良的润滑性能。

值得说明的是：实验后发现石墨纳米片103依旧稳固地包裹在探针101表面，没有因为十六烷的作用而脱落，证明了检测结果的可靠性。以上实验结果表明了利用石墨纳米片探针101检测石墨同质或异质结构的可行性，且可以有效的检测出石墨同质或异质结构在液体环境中的特殊摩擦性能，如受限液体膜对摩擦力的影响规律，体现了该检测方法的应用价值。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“长度方向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种制备石墨纳米片探针的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：通过机械剥离法获取含有石墨纳米片的胶带；

S2：向培养皿中添加去离子水，将所述胶带的所述石墨纳米片与水面接触，利用制备石墨纳米片探针的装置将所述培养皿中的所述去离子水凝固成冰面，使得所述石墨纳米片转移到冰面上；

S3：在探针上涂抹胶黏剂；

S4：利用显微镜将所述探针的所述胶黏剂与冰面上的所述石墨纳米片接触；

S5：在所述冰面溶解后，所述石墨纳米片粘接到所述探针上；

制备石墨纳米片探针的装置，包括：

安装杆；

显微镜，所述显微镜设在所述安装杆上；

载物台，所述载物台设在所述安装杆上，所述载物台与所述显微镜的物镜在所述安装杆的长度方向间隔设置，所述载物台与所述显微镜的物镜在所述安装杆的长度方向上相对；

探针台，所述探针台设在所述安装杆上，所述探针台与所述载物台在所述安装杆的长度方向上相对，所述探针台沿所述安装杆的长度方向靠近或远离所述载物台，所述探针台与探针相连，以便带动所述探针靠近或远离所述载物台；

光源，所述光源设在所述安装杆上且与所述探针台沿所述安装杆的长度方向间隔设置，所述载物台设在所述显微镜和所述光源之间，所述光源与所述探针台在所述安装杆的长度方向上相对，以便所述光源照射在所述探针上；

制冷器，所述制冷器设在所述安装杆的一侧；

培养皿，所述制冷器用于将所述培养皿中的去离子水凝固成冰面；

底座，所述安装杆、所述制冷器均设在所述底座上。

2.根据权利要求1所述的制备石墨纳米片探针的方法，其特征在于，在步骤S2中，通过所述制冷器将所述培养皿中的所述去离子水凝固成冰面，关闭所述制冷器使得所述冰面的表面融化成液态水层，将所述胶带的所述石墨纳米片与所述液态水层接触。

3.根据权利要求1所述的制备石墨纳米片探针的方法，其特征在于，在步骤S3中，将所述探针安装在探针台上，利用洗耳球对载玻片上的胶黏剂反复吹气形成一层较薄的胶层，将所述载玻片放置于所述载物台上，通过所述显微镜调整所述探针与所述胶层位置，使得所述胶层与所述探针相对，移动所述探针台将所述探针与所述胶层接触。

4.根据权利要求1所述的制备石墨纳米片探针的方法，其特征在于，在步骤S4中，将含有石墨纳米片的所述冰面放置在载物台上，所述探针安装在探针台上，通过所述显微镜调整所述探针与所述石墨纳米片的相对位置，移动所述探针台将所述探针与所述石墨纳米片接触。

5.根据权利要求1所述的制备石墨纳米片探针的方法，所述的制备石墨纳米片探针的装置还包括相机和显示屏，所述相机的镜头与所述显微镜的目镜相连，所述显示屏与所述相机相连。

6.根据权利要求1所述的制备石墨纳米片探针的方法，所述探针台和所述载物台的材质均为玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯，且所述探针台表面涂敷有疏水材料。

7.根据权利要求1所述的制备石墨纳米片探针的方法，所述显微镜的所述物镜为长焦物镜，用于提高显微镜的焦距。

8.根据权利要求1所述的制备石墨纳米片探针的方法，所述培养皿放置在所述载物台上，且所述载物台与所述显微镜的物镜在所述安装杆的长度方向上相对。

9.一种检测石墨同质或异质结构液下摩擦性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：选取二维材料作为基底，且所述二维材料与石墨纳米片构成石墨同质或异质结构；

S2：将石墨纳米片探针和所述基底浸没于液体中，其中，所述石墨纳米片探针利用权利要求1-8中任一项所述的制备石墨纳米片探针的方法制备；

S3：将所述石墨纳米片探针逐渐靠近并接触所述基底，并绘制在此过程中所述石墨纳米片探针在所述液体中的力距离曲线；

S4：施加载荷使所述石墨纳米片探针上的石墨纳米片在所述基底上移动并产生相对摩擦；

S5：绘制所述石墨纳米片探针与所述基底产生的摩擦力随所述载荷的变化曲线，结合所述力距离曲线分析摩擦状态，根据线性拟合得到的斜率获取石墨同质或异质结构在所述液体下的摩擦系数。

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