[发明专利]一种用于二维材料精确转移的装置

说明书

本发明公开了一种用于二维材料精确转移的装置，包括：光学显微镜、基底定位平台和样品定位平台，基底定位平台包括：第一三维精密平移台以及固装在该第一三维精密平移台上的恒温加热台，在恒温加热台上放置有一基底；光学显微镜位于基底定位平台的上方；样品定位平台包括：载玻片夹持器、精密摆动平台、精密旋转台和第二三维精密平移台，第二三维精密平移台位于第一三维精密平移台的一侧，精密旋转台和精密摆动平台从下至上固装在第二三维精密平移台上，载玻片夹持器固装在精密摆动平台上。本发明的装置使样品的选择和转移过程，都在光学显微镜的视场中完成，操作精确度高。

技术领域

本发明属于精密仪器技术领域，具体而言涉及一种用于二维材料精确转移的装置。

背景技术

二维材料是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度上自由运动的材料。可以由单层或几个原子层组成，电子只在层内运动。这类材料在原子层平面内通过较强的化学键键合，而原子层之间则通过较弱的范德华力耦合。独特的结构使二维材料有着优于传统材料的多种物理性能，在界面科学、纳米电子器件、润滑材料等领域都具有广阔的应用前景。常见的二维材料有石墨烯、黑磷、二硫化钼和二硒化钨等。其中最具代表性的是石墨烯，2004年首次被Gaim和Novoselov从石墨中分离获得，随后因其优异的机械、电学性能，很快引起了科学界的广泛关注。在二维材料的研究中，材料的合成及组装是材料性能研究和器件制作的前提。到目前为止，已经有多种方法被应用于制备单层、多层纳米二维材料。实验室条件下最常用的方法是机械剥离法，该方法的优点是操作简单，成本低，而且获得的样品表面干净完整，样品质量高，缺点是样品的尺寸和厚度难以精确控制，随机性大。其操作过程可分为三个步骤：一、使用胶带从块状材料上剥离出二维材料薄片，然后多次对折胶带减薄二维材料；二、将胶带上的二维材料转移至聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)薄膜上，并使PDMS薄膜的另一面与载玻片粘合；三、从PDMS薄膜上选取符合条件的二维材料，然后将选中的二维材料转移至基底的指定位置。上述步骤中，第三步最为复杂和关键，第三步详细的操作流程为：首先借助光学显微镜观察黏附在PDMS薄膜上的二维材料，从中筛选出符合条件的样品；然后移动载玻片将粘有目标材料的PDMS薄膜放置在基底的上方，并与基底的目标位置对准，向下按压载玻片，直至PDMS薄膜与基底粘合，保持两者位置不变，加热基底几分钟时间以降低PDMS粘性；最后抬起载玻片，二维材料就吸附到基底的表面了。

为实现步骤三中的功能，人们研发出了相应的材料转移装置。但现有的转移装置多为实验室临时搭建，其设计和结构存在不合理、欠完善之处，会导致操作困难，转移位置精度低等问题。现有的转移装置使用弹簧夹片将载玻片一端夹住，而使粘有PDMS薄膜的一端悬空，当把载玻片上粘有PDMS薄膜的一端压在基底上时，由于弹簧夹片的夹持力不足，会造成压合不充分，使得二维材料较难吸附在基底上。除此之外，现有的转移装置在移动样品时，定位精度低、重复性差，需要复杂的操作来修正样品的定位误差。

另外，现有装置一般将PDMS薄膜与基底平行放置，在压合过程中PDMS薄膜上的二维材料会与基底同时接触，容易产生气泡，影响转移效果，且这种平行放置方式无法控制接触面的大小，只能让PDMS薄膜与基底重叠的部分全部接触，这会造成过多的目标之外的二维材料转移到基底上，不利于对目标二维材料的后续研究。

除此之外，现有的转移装置对基底的要求也比较严格，当基底有一定倾斜或表面有较大凸起时，将无法完成二维材料的转移。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于二维材料精确转移的装置，该装置使用光学显微镜观察和指导材料的选取和转移过程。

为此，本发明的技术方案如下：

一种用于二维材料精确转移的装置，包括：光学显微镜、基底定位平台和样品定位平台，其中，

所述基底定位平台包括：第一三维精密平移台以及固装在该第一三维精密平移台上的恒温加热台，在所述恒温加热台上放置有一基底；