CN112661103B - 超滑滑块的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超滑滑块的制备方法，包括如下步骤：从超滑岛的侧边推动超滑岛，使得超滑岛分离为第一部分和第二部分，且第一部分和第二部分未完全分离；侧推力撤除后，超滑岛自动回位；从超滑岛的顶部继续推动超滑岛，使得第一部分和第二部分完全分离，分离后的第一部分或第二部分为超滑滑块。本发明提供的超滑滑块的制备方法，将侧推超滑岛和顶部推动超滑岛的方法相结合，避免了单一方向推动超滑岛导致的滑块的屈曲失稳、超滑岛旋转以及超滑岛的损伤的问题，大大的提高了超滑滑块制备的成功率。

Description

超滑滑块的制备方法

技术领域

本发明涉及结构超滑的技术领域，具体涉及一种超滑滑块的制备方法。

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。

现有制备微米尺度超滑滑块的方法是，首先通过涂覆并构图光刻胶，然后刻蚀光刻胶及未被光刻胶保护的部分石墨，在HOPG材料表面形成若干尺寸在微米尺度的石墨岛。随后依次推开这些石墨岛，形成超滑滑移面，从而制备超滑滑块。在超滑滑块的制备过程中，推开石墨岛是重要一步，它将决定是否可以得到可用的超滑滑块和超滑滑移面。通常来讲，石墨岛阵列的刻蚀制备过程工艺已较为成熟，成功率高。然而现有技术在推开石墨岛的过程中，会出现损坏石墨岛无法得到超滑滑块的情况。

现有推开超滑滑块的方法是采用探针推动超滑岛，探针的加载方式有部分通过探针接触超滑滑块的侧面，施加侧向力从而推动滑块，从超滑滑块的侧面推动超滑岛，但是推动过程中可能会超滑滑块旋转的现象，超滑滑块在转动过程中旋转则会导致超滑岛锁死，无法正常的加工成型为超滑块。

公开号为CN111717881A的中国专利申请中公开了一种超滑滑块的制备方法，其通过在探针的尖端刻蚀出一个平台，然后用该平台与超滑滑块接触，并将加载方式改为使用探针从顶部接触超滑滑块，施加正压力和剪切力，从而推动滑块。但是，从顶部直接推动超滑岛，其初始推动超滑岛时，由于需要克服层级之间的连接力，需要朝向超滑岛施加较大的压力，容易导致滑块发生损坏，其推动的成功率较低，且需要定制的探针结构，不能够直接在常规探针的驱动下实现驱动。

总之，现有的超滑滑块制备方法中探针分别从侧面或顶面推动超滑岛的方式可能会导致滑块的损坏或超滑岛旋转，可能会导致结构破坏，从而无法得到合格的超滑滑块，从而降低批量化生产超滑滑块的成品率，故此需要一种简便的可以解决失稳问题的超滑滑块制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超滑滑块的制备方法，以解决现有技术中生产超滑滑块的成品率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种超滑滑块的制备方法，包括：

步骤1，从超滑岛的侧边推动所述超滑岛，使得所述超滑岛分离为第一部分和第二部分，且所述第一部分和所述第二部分未完全分离；

步骤2，侧边的推力撤回后，所述第一部分和所述第二部分自动回位；

步骤3，从所述超滑岛的顶部继续推动所述超滑岛，使得所述第一部分和所述第二部分完全分离，分离后的所述第一部分或所述第二部分为超滑滑块。

进一步地，在所述步骤1中，从所述超滑岛侧面的长度方向的1/3至2/3处，高度方向的1/4-4/5处推动所述超滑岛。

进一步地，在所述步骤1中，朝向所述超滑岛施加的推力范围为5至50μN。

进一步地，在所述步骤1后，所述第一部分的推出距离为所述超滑岛的边长的1/10至1/2。

进一步地，在所述步骤2中，若所述第一部分和所述第二部分未自动回位，则更换超滑岛并重复所述步骤1和所述步骤2。

进一步地，在所述步骤3中，从所述超滑岛的顶面的长度方向的1/2处，宽度方向的1/4至3/4处推动所述超滑岛。

进一步地，在所述步骤3中，朝向所述超滑岛施加的推力范围为30至300μN。

进一步地，在所述步骤1前还设有加热步骤，将所述超滑岛置于氮气气氛下加热，并逐渐冷却至室温。

进一步地，所述超滑岛的加热温度为100至300摄氏度，加热时间为5分钟以上。

进一步地，在所述步骤1和所述步骤3中，均采用探针推动所述超滑岛，优选的，所述探针是钨探针。

本发明提供的超滑滑块的制备方法的有益效果在于：与现有技术相比，将侧推超滑岛和顶部推动超滑岛的方法相结合，避免了单一方向推动超滑岛导致的超滑岛旋转以及超滑岛的损伤的问题，大大的提高了超滑滑块制备的成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的超滑滑块的制备方法的侧推步骤的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的超滑滑块的制备方法的顶推步骤的结构示意图。

附图标记说明：

1、超滑岛；11、第一部分；12、第二部分；2、基底；3、探针。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的超滑滑块的制备方法进行说明。所述超滑滑块的制备方法，包括如下步骤：

S1，将待加工的超滑岛1置于氮气气氛下加热，加热时的温度范围为100至300摄氏度，加热时间为五分钟以上。优选的，超滑岛1的加热范围为150摄氏度，加热时间为10分钟；

S2，将加热后的超滑岛1继续置于氮气气氛下进行自然冷却，直至冷却至室温后转移至基底2上带有探针3的转移装置样品台上，能够通过探针3进行后续的加工和转移。

在对超滑岛1进行解离前先对超滑岛1加热，在氮气气氛下加热能够去除超滑岛1表面因长期置于大气气氛下而产生的有机污染和液体薄膜，能够避免有机污染物和液体薄膜对超滑面造成的损害。

S3，将探针3置于超滑岛1的侧边，探针3的针尖的横向位置位于侧边的长度方向的1/3至2/3处，针尖的纵向位置位于侧边的高度方向的1/4至4/5处，针尖朝向垂直于侧边的方向施加推力，使得超滑岛1能朝向垂直于侧边的方向被推动，推力的范围为5至50μN。

由于解离面的作用，超滑岛1能够沿某一层间解离面分离为第一部分11和第二部分12，且控制探针3的推动长度，使得第一部分11和第二部分12交错且并未完全分离，侧推动后第一部分11的推动距离一般为超滑岛1的任一边长的1/10至1/2，即第一部分11和第二部分12仍有至少一半的区域为重合的，此时能够使得将超滑岛1进行初步的解离，且由于推力较小，且超滑岛1的推动的长度也较小，此时超滑岛1并不会发生旋转，避免了旋转造成锁死的现象，且不会发生超滑岛1损坏的现象。

优选的，侧推步骤中，采用探针3从超滑岛1的任一侧边推动，针尖的位置位于侧边的中心点处，即位于超滑岛1侧面的长度方向的1/2处，高度方向的1/2处，其施加的中心点处的力为15μN，第一部分11的推出距离为超滑岛1的1/4，即第一部分11的宽度方向上的3/4仍然与第二部分12重合。

S4，侧推后使得第一部分11的推动距离一般为超滑岛1的任一边长的1/10至1/2，即第一部分11和第二部分12仍有至少一半的区域为重合的时，撤除侧向的推力，若该超滑岛1具有超滑解离面，则此时超滑岛1由于自回复效应，第一部分11和第二部分12会重新恢复到未推动之前的状态，但是此时第一部分11和第二部分12已经完全解离，仅需要施加一定的推力，既可以再次分离。

若该超滑岛1不具有超滑解离面，即其具有超滑特性，则此时超滑岛1不具有自回复效应，即第一部分11和第二部分12不会自动回位，此时无需继续进行顶推步骤，直接舍弃该不具有超滑解离面的超滑岛1，重新更换一个超滑岛1进行重新加工。

S5，将探针3置于超滑岛1的顶部，探针3的针尖的横向位置位于顶面的长度方向的1/2处，针尖的纵向位置位于顶面的宽度方向的1/4-3/4处，针尖朝向垂直于顶面的方向倾斜施加推力，使得超滑岛1能继续的沿着垂直于侧边的方向移动，直至第一部分11和第二部分12完全分离，此时的推力的范围为30至300μN。当然，根据实际情况和具体需求，还可以推动超滑岛1朝向任一方向移动使得第一部分11和第二部分12完全分离，此处不作唯一限定。

此时，由于侧推已经使得第一部分11和第二部分12解离，此时采用顶推的方式继续完成第一部分11和第二部分12的分离，从顶部朝向下方施加推力，此时顶部的推力可以增强第一部分11和第二部分12之间的接触力，能够有效地避免第一部分11在继续推动的过程中发生转动的现象，且由于第一部分11和第二部分12之间已经完成了解离，不需要较大的推力既可以实现第一部分11和第二部分12的继续分离，能够避免对超滑岛1的表面造成损坏。

优选的，顶推的步骤中，采用探针3从超滑岛1的顶部推动，此时超滑岛1的顶面可以具有岛盖，也可以不具有岛盖，此处不作唯一限定。针尖的位置位于顶面的中心点处，即位于超滑岛1顶面的长度方向的1/2处，宽度方向的1/2处，其施加的中心点处的力为60μN。

S6，将加工后推出的第一部分11或第二部分12转移至目标基底2上。

将侧推超滑岛1和顶部推动超滑岛1的方法相结合，避免了单一方向推动超滑岛1导致的滑块的屈曲失稳、超滑岛1旋转以及超滑岛1的损伤的问题，大大的提高了超滑滑块制备的成功率。

其中，在上述加工步骤中，不仅可以采用探针3作为推动和转移的工具，还可以采用其他转移头作为推动和转移的工具。优选的，探针3选择钨探针3，且钨探针3的直径优选为0.1至1mm，尖端曲率半径优选为1至10μm。

优选的，上述加工步骤中对于超滑岛1的尺寸和形状的限定一般是针对于规则形状的超滑岛1的限定，例如三角形、四边形或五边形等。当然，根据实际情况和具体需求，超滑岛1的形状还可以为圆形，则上述尺寸的限定则是针对超滑岛1的直径的限定；超滑岛1的形状为其他异形，则推动的位置最优为该超滑岛1正面或侧面的几何中心处，其侧推时的最长距离为至少有一般区域为未分离的，此处不作唯一具体限定。

超滑岛1是指能够实现是指未进行解离的用于制成超滑片的初始材料，其一般为多层的片材制成，例如高定向热解石墨即HOPG石墨、石墨烯等材料，超滑滑块是超滑岛1解离后形成的具有超滑面的滑块，超滑岛1解离后的第一部分11即为超滑滑块，第二部分12为超滑基底2。

作为上述实施例中的可替换实施例，还可以不对超滑岛1进行加热，直接对超滑岛1进行解离，或者对于超滑岛1的加热还可以直接升高周围的环境温度，或者将超滑岛1置于特定液体环境中进行加热，此处不作唯一限定。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.超滑滑块的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，从超滑岛的侧边推动所述超滑岛，使得所述超滑岛分离为第一部分和第二部分，且所述第一部分和所述第二部分未完全分离，所述第一部分的推出距离为所述超滑岛的边长的1/10至1/2，使得所述第一部分和所述第二部分交错且未完全分离；

步骤2，侧边的推力撤回后，所述第一部分和所述第二部分自动回位，若所述第一部分和所述第二部分未自动回位，则更换超滑岛并重复所述步骤1和所述步骤2；若所述第一部分和所述第二部分自动回位，则继续步骤3；

步骤3，从所述超滑岛的顶部垂直于顶面的方向倾斜施加推力，继续推动所述超滑岛，使得所述第一部分和所述第二部分完全分离，分离后的所述第一部分或所述第二部分为超滑滑块。

2.如权利要求1所述的超滑滑块的制备方法，其特征在于：在所述步骤1中，从所述超滑岛侧面的长度方向的1/3至2/3处，高度方向的1/4至4/5处推动所述超滑岛。

3.如权利要求1所述的超滑滑块的制备方法，其特征在于：在所述步骤1中，朝向所述超滑岛施加的推力范围为5至50μN。

4.如权利要求1所述的超滑滑块的制备方法，其特征在于：在所述步骤3中，从所述超滑岛的顶面的长度方向的1/2处，宽度方向的1/4至3/4处推动所述超滑岛。

5.如权利要求1所述的超滑滑块的制备方法，其特征在于：在所述步骤3中，朝向所述超滑岛施加的推力范围为30至300μN。

6.如权利要求1至5任一项所述的超滑滑块的制备方法，其特征在于：在所述步骤1前还设有加热步骤，将所述超滑岛置于氮气气氛下加热，并逐渐冷却至室温。

7.如权利要求6所述的超滑滑块的制备方法，其特征在于：所述超滑岛的加热温度为100至300摄氏度，加热时间为5分钟以上。

8.如权利要求1至5任一项所述的超滑滑块的制备方法，其特征在于：在所述步骤1和所述步骤3中，均采用探针推动所述超滑岛。

9.如权利要求8所述的超滑滑块的制备方法，其特征在于：所述探针是钨探针。

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