本發(fā)明涉及材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于剪切力自動制備二維層狀材料的裝置。

背景技術(shù)：

近年來，一直致力于各種二維層狀材料的各項(xiàng)優(yōu)異性質(zhì)的研究，二維層狀材料由于具有優(yōu)異的載流子遷移率和巨大的比表面積，其在電子器件、儲能材料等方面具有良好的應(yīng)用前景。現(xiàn)有技術(shù)的微機(jī)械剝離方法多是基于液相剝離和改進(jìn)的使用膠帶剝離方法，目前可獲得高質(zhì)量二維層狀材料的方法是起源于制備石墨烯的微機(jī)械剝離法——通過用膠帶黏住二維層狀材料母材的兩側(cè)面反復(fù)剝離而獲得少層的二維層狀材料。存在的問題是，由于存在二維層狀材料的面內(nèi)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于石墨烯，難以承受反復(fù)剝離過程中產(chǎn)生的剪切力，最后導(dǎo)致獲得的二維層狀材料面積小且層數(shù)多，無法滿足對二維層狀材料的研究與應(yīng)用。因?yàn)槎S層狀材料的許多諸如超導(dǎo)相變、電荷密度波相變等奇異性質(zhì)僅當(dāng)其厚度小于一定值的條件下才能顯現(xiàn)，所以面積大且厚度薄的二維層狀材料的制備顯得尤為重要。如專利“二維碲化鎵材料的制備方法”（專利號201410819701.8）。然而，該種方法由于工藝條件存在不確定性以及可控性差，導(dǎo)致面積及厚度難以保障，影響成品的質(zhì)量及品質(zhì)的穩(wěn)定性。為有效推進(jìn)對二維層狀材料的研究與應(yīng)用，制作高精度、可編程、自動高效的二維層狀材料的剝離裝置顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種基于剪切力自動制備二維層狀材料的裝置，本發(fā)明通過壓力檢測部分檢測二維層狀材料與硅片襯底之間的附著力，通過自動控制剝離部分的綜合控制柜操控三維位移臺，進(jìn)而控制二維層狀材料與硅片襯底之間的剝離范圍，通過檢測顯示部分對二維層狀材料的制備過程實(shí)施檢測顯示，從而自動完成二維層狀材料的制備，確保制備面積及制備厚度在穩(wěn)定及可控的工藝條件下完成，具有操作簡便，制備效率高，成品質(zhì)量高及品質(zhì)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是：

一種基于剪切力自動制備二維層狀材料的裝置，其特點(diǎn)包括壓力檢測部分、自動控制剝離部分及檢測顯示部分；所述壓力檢測部分由光學(xué)防震平臺、螺桿測試架、數(shù)顯測力計(jì)、母材載物臺構(gòu)成；其中，螺桿測試架上設(shè)有手輪及螺桿驅(qū)動的施力桿，施力桿上設(shè)有測力計(jì)座；數(shù)顯測力計(jì)上設(shè)有測力觸動頭；所述母材載物臺設(shè)于數(shù)顯測力計(jì)的測力觸動頭上，數(shù)顯測力計(jì)設(shè)于螺桿測試架的測力計(jì)座上，螺桿測試架設(shè)于光學(xué)防震平臺上；

所述自動控制剝離部分由襯底載物臺、電熱管、氣管、三維位移臺及綜合控制柜構(gòu)成；其中，襯底載物臺上設(shè)有電熱管接口及氣座；三維位移臺上設(shè)有驅(qū)動器及移動座；

所述襯底載物臺設(shè)于三維位移臺的移動座上，電熱管、氣管分別設(shè)于襯底載物臺的電熱管接口及氣座上，綜合控制柜與電熱管及三維位移臺的驅(qū)動器電連接，綜合控制柜與氣管氣連接；

所述自動控制剝離部分的三維位移臺設(shè)于壓力檢測部分的光學(xué)防震平臺上，且自動控制剝離部分的襯底載物臺位于壓力檢測部分的母材載物臺的下方；

所述檢測顯示部分由數(shù)碼顯微鏡及顯示屏構(gòu)成；所述數(shù)碼顯微鏡為兩件，分別沿測力計(jì)座的橫向與縱向設(shè)置且固定在壓力檢測部分的光學(xué)防震平臺上，顯示屏設(shè)在壓力檢測部分的光學(xué)防震平臺上，數(shù)碼顯微鏡及顯示屏與自動控制剝離部分的綜合控制柜光電連接。

所述的綜合控制柜為內(nèi)設(shè)電源及加熱開關(guān)、氣源及氣泵開關(guān)以及程控器的控制柜。

本發(fā)明通過壓力檢測部分檢測二維層狀材料與硅片襯底之間的附著力，通過自動控制剝離部分的綜合控制柜操控三維位移臺，進(jìn)而控制二維層狀材料與硅片襯底之間的剝離范圍，通過檢測顯示部分對二維層狀材料的制備過程實(shí)施檢測顯示，從而自動完成二維層狀材料的制備，確保制備面積及制備厚度在穩(wěn)定及可控的工藝條件下完成，具有操作簡便，制備效率高，成品質(zhì)量高及品質(zhì)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的使用狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

參閱圖1，本發(fā)明包括壓力檢測部分1、自動控制剝離部分2及檢測顯示部分3。

所述壓力檢測部分1由光學(xué)防震平臺11、螺桿測試架12、數(shù)顯測力計(jì)13、母材載物臺14構(gòu)成；其中，螺桿測試架12上設(shè)有手輪及螺桿121驅(qū)動的施力桿122，施力桿122上設(shè)有測力計(jì)座123；數(shù)顯測力計(jì)13上設(shè)有測力觸動頭131；所述母材載物臺14設(shè)于數(shù)顯測力計(jì)13的測力觸動頭131上，數(shù)顯測力計(jì)13設(shè)于螺桿測試架12的測力計(jì)座123上，螺桿測試架12設(shè)于光學(xué)防震平臺11上。

所述自動控制剝離部分2由襯底載物臺21、電熱管22、氣管23、三維位移臺24及綜合控制柜25構(gòu)成；其中，襯底載物臺21上設(shè)有電熱管接口及氣座；三維位移臺24上設(shè)有驅(qū)動器及移動座241。

所述襯底載物臺21設(shè)于三維位移臺24的移動座241上，電熱管22、氣管23分別設(shè)于襯底載物臺21的電熱管接口及氣座上，綜合控制柜25與電熱管22及三維位移臺24的驅(qū)動器電連接，綜合控制柜25與氣管23氣連接。

所述自動控制剝離部分2的三維位移臺24設(shè)于壓力檢測部分1的光學(xué)防震平臺11上，且自動控制剝離部分2的襯底載物臺21位于壓力檢測部分1的母材載物臺14的下方。

所述檢測顯示部分3由數(shù)碼顯微鏡31及顯示屏32構(gòu)成；所述數(shù)碼顯微鏡31為兩件，分別沿測力計(jì)座123的橫向與縱向設(shè)置且固定在壓力檢測部分1的光學(xué)防震平臺11上，顯示屏32設(shè)在壓力檢測部分1的光學(xué)防震平臺11上，數(shù)碼顯微鏡31及顯示屏32與自動控制剝離部分2的綜合控制柜25光電連接。

所述的綜合控制柜25為內(nèi)設(shè)電源及加熱開關(guān)、氣源及氣泵開關(guān)以及程控器的控制柜。

實(shí)施例

參閱圖1、圖2，本發(fā)明制備二維層狀材料的過程如下：制備前需準(zhǔn)備二維層狀材料母材5及硅片襯底4。

步驟1：將經(jīng)過氧等離子體親水化處理的硅片襯底4覆蓋在襯底載物臺21上的孔洞上，打開綜合控制柜25中的氣泵開關(guān)，通過氣管23及氣座將硅片襯底4牢牢吸附在襯底載物臺21上。

步驟2：選取表面光滑且無褶皺的二維層狀材料母材5用雙面膠粘貼在母材載物臺14上。

步驟3：啟動綜合控制柜25驅(qū)動三維位移臺24的驅(qū)動器，使三維位移臺24在光學(xué)防震平臺11的平面內(nèi)沿x軸和y軸移動，使硅片襯底4位于二維層狀材料母材5的正下方。

步驟4：旋轉(zhuǎn)螺桿測試架12上的手輪，通過螺桿121驅(qū)動施力桿122、數(shù)顯測力計(jì)13及母材載物臺14下行，使得二維層狀材料母材5觸及硅片襯底4，通過設(shè)置在兩個方位的數(shù)碼顯微鏡31監(jiān)測母材載物臺14和襯底載物臺21之間的垂直距離，并在顯示屏32上顯示硅片襯底4與二維層狀材料母材5觸及狀態(tài)的圖像，并由數(shù)顯測力計(jì)13上讀取正壓力值為0.002n。

步驟5：啟動綜合控制柜25的程控器驅(qū)動三維位移臺24的驅(qū)動器，使三維位移臺24朝向光學(xué)防震平臺11平面的垂直方向沿z軸移動，調(diào)整二維層狀材料母材5與硅片襯底4之間的接觸力，并由數(shù)顯測力計(jì)13上讀取正壓力值為0.3n。

通過綜合控制柜25的程控器設(shè)定三維位移臺24在x軸和y軸方向的運(yùn)動軌跡，并將運(yùn)動速度設(shè)為2mm/s。

步驟6：開啟綜合控制柜25中的加熱開關(guān)，設(shè)定電熱管22的溫度為100℃，保持時間為5分鐘，使得二維層狀材料母材5與硅片襯底4之間呈剪切狀剝離，實(shí)現(xiàn)面積大且厚度薄的二維層狀材料的制備。

步驟7：旋轉(zhuǎn)螺桿測試架12上的手輪，通過螺桿121驅(qū)動施力桿122、數(shù)顯測力計(jì)13及母材載物臺14上行，使得二維層狀材料母材5與硅片襯底4脫離，通過數(shù)碼顯微鏡31監(jiān)測母材載物臺14和襯底載物臺21之間的垂直距離，并在顯示屏32上顯示硅片襯底4與二維層狀材料母材5脫離狀態(tài)的圖像；關(guān)閉綜合控制柜25中的氣泵開關(guān)，襯底載物臺21對硅片襯底4失去吸附，將硅片襯底4從襯底載物臺21上取下，完成二維層狀材料的制備。

為提高二維層狀材料與硅片襯底4之間的附著力，本發(fā)明在襯底載物臺21上設(shè)置了電熱管22，通過綜合控制柜25中的加熱開關(guān)，控制電熱管22的工作溫度，利于二維層狀材料的制備，其制備面積及制備厚度在穩(wěn)定及可控的工藝條件下完成，確保成品的質(zhì)量及品質(zhì)的穩(wěn)定性。