[发明专利]一种结构超滑器件及其制备方法

说明书

本发明提供一种大尺度、大滑移行程并且有良好一致性和可靠性的结构超滑器件及其制备方法，所述超滑结构包括基底和多个超滑片，所述多个超滑片连接在所述基底上，所述连接使得所述超滑片的超滑面距基底表面的高度可调节。所述制备方法包括将所述超滑片转移至带有弹性连接材料的所述基底上，通过所述弹性连接材料将所述多个超滑片连接到所述基底上，通过高度调整部件调节所需高度后固化所述弹性连接材料，或者在所述基底上设置通孔，在所述多个超滑片上分别设置连接部件，连接部件对齐所述通孔，通过高度调整部件调整所述高度后将超滑片固定在所述通孔中，或者通过基底的弹性或塑形变形来调节所述高度。

技术领域

本发明涉及固体结构超滑领域，尤其涉及一种大尺度、大滑移行程的结构超滑器件及其制备方法。

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。2004年，荷兰科学家J.Frenken的研究组通过实验设计，测量粘在探针上的一个几纳米大小(共约100个碳原子)的石墨片在高定向热解石墨(highlyoriented pyrolytic graphite，HOPG)晶面滑动时的摩擦力，首次实验证实了纳米级超润滑的存在。然而，纳米尺度的接触面与实际应用需求的尺度相比实在太小，且不说宏观尺度接触面，即使是最精密机械手表中最细小轴承的接触面，尺度也达几百微米。如何实现大尺度的结构超滑成为科学家们争相解决的难题，然而可观察到的结构超滑还是局限在纳米尺度、高真空环境和低速条件下。直到2012年，刘泽和郑泉水等率先实现了微米尺度的结构超滑，他们利用HOPG，通过设计石墨岛“自缩回运动”实验，证实了微米级石墨岛内摩擦力明显具有结构超滑的基本特征。

截至目前，由于受到大尺度石墨单晶材料制备非常困难等因素的影响，仅依靠单晶材料的制备来实现大尺度的超滑越来越困难。研究人员提出了一种将多个小尺度超滑结构排列组合以形成大尺度结构超滑的方案。中国发明专利CN201310355985公开了一种超滑基本结构，包括基底，位于基底上的多个岛状结构和覆盖所述多个岛状结构的支撑层，通过大量的石墨岛制备后去除非超滑岛状结构，将剩下至少有一个超滑剪切面的岛状结构表面覆盖支撑层，可形成大尺度结构超滑。此外该发明还公开了一种由多个超滑基本结构通过并排扩展、独立式叠加、共用式叠加或其组合的方式形成多级超滑结构，突破了仅在微观范畴存在超滑现象的局限，可以实现大尺度、大滑移行程的超滑。然而，该项发明的局限性在于：1、对于该超滑基本结构，虽然可实现大尺度，但每个超滑结构的一致性较差，每次去除的岛状结构的数量和位置不一致。2、由于超滑滑移面所在高度的不确定性，大尺度超滑结构通过控制多个岛状结构的整体高度的一致性来实现，为了增加超滑面的存在可能性，需要尽可能提高岛状结构的整体高度，这就限制了超滑基本结构的整体高度，这对于制备厚度较小的大尺度结构超滑具有一定的局限性。3、其滑移行程仅限于岛状结构本身的尺寸，当需要更大滑移行程时，只能通过多级结构并排，叠加，组合等方式，从根本上来说，总体的滑移位移最大只能为单个岛的尺寸与岛堆叠层数的乘积，并且降低了超滑结构的可靠性。

基于上述专利方案中的超滑基本结构一致性差、高度受限制、滑移行程小、可靠性差等因素，需要一种实现大滑移行程并且一致性、可靠性都更好的结构超滑器件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大尺度、大滑移行程并且有良好一致性和可靠性的结构超滑器件及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种超滑结构，包括基底和多个超滑片，所述多个超滑片连接在所述基底上，其特征在于：所述连接使得所述超滑片的超滑面距基底表面的高度可调节。