一种用于制备超滑滑块的探针

1.本新型涉及固体结构超滑领域，尤其涉及一种用于制备超滑滑块的探针。

背景技术：

2.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(highly orientedpyrolytic 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。2013年，郑泉水教授第一次在微米尺度发现 hopg(highly oriented pyrolytic graphite)片层材料之间的超滑现象，这标志着超滑从基础研究过渡到可应用化的技术研究过程。
3.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。
4.现有推开超滑滑块的方法是采用探针推动石墨岛，探针的加载方式是通过探针接触超滑滑块的侧面，施加侧向力从而推动滑块。然而，该加载方式容易引起滑块的损坏。具体来讲，随着超滑滑块尺寸的增大，使用现有的探针推动加载方式来推动滑块，会导致滑块在面外方向发生屈曲失稳，此时滑块由于塑性变形以及断裂等，发生结构破坏，从而无法正常地实现超滑滑动。另外，也有通过加工顶面带沉孔的超滑滑块，使用现有探针在沉孔处接触滑块并推动滑块，以避免上述屈曲失稳问题。但沉孔加工技术复杂，且如果探针对沉孔处施加的压强过大，仍然有可能导致滑块顶面的损伤。
5.总之，现有的超滑滑块制备方法中探针加载方式可能会导致滑块的屈曲失稳并发生结构破坏，从而无法得到合格的超滑滑块。这会降低批量化生产超滑滑块的成品率，故此需要一种简单的方案解决失稳问题。

技术实现要素：

6.为了能够解决超滑滑块在探针加载后可能导致的失稳问题，本新型提出了以下探针结构：通过聚焦离子束刻蚀等方法，在探针尖端刻蚀出一个平台，平台的尺寸与超滑滑块的尺寸接近，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。
7.本新型的目的通过以下方案实现：
8.一种用于制备超滑滑块的探针，包括第一部分，尖端部分，平台部分，所述第一部分的直径为0.1～0.5mm，所述尖端部分的曲率半径为1～10μm，所述平台部分位于所述尖端部分的前端，用来接触超滑滑块。
9.进一步的，所述探针是钨探针。
10.进一步的，所述第一部分是钨丝。
11.进一步的，所述平台部分的尺寸与其待接触的超滑滑块尺寸接近。
12.进一步的，所述平台部分的尺寸为2～8μm。
13.进一步的，所述平台部分的通过聚焦离子束刻蚀出。
14.进一步的，所述平台部分与所述尖端部分成一定的倾角。
15.进一步的，所述尖端部分通过电化学腐蚀法制备。
16.本新型提出的探针结构简单便捷，可避免在超滑滑块较大时，滑块在探针推动下发生屈曲失稳从而收到破坏的问题。同时，使用本新型提出的结构能提高批量生产超滑滑块的成品率，并且具有广泛适用性。
附图说明
17.图1示出现有钨探针加载方式及推动石墨岛状结构时所发生的屈曲失稳现象。
18.图2示出本新型提出的钨探针的结构。
19.图3示出本新型提出的钨探针针尖部分的立体图。
20.图4示出本新型提出的钨探针针尖部分的侧视图。
21.图5示出本新型提出的钨探针针尖部分的正视图。
22.图6示出使用本新型提出的钨探针推动石墨岛状结构以制备超滑滑块的过程。
23.附图标记
24.1、现有的钨探针，2、石墨岛基底，3、石墨岛滑块，4、钨丝， 5、钨探针尖端部分，6、钨探针尖端的平台
具体实施方式
25.以下将参考说明书附图详细描述本新型的用于制备超滑滑块的探针。
26.图1示出现有钨探针加载方式及推动石墨岛状结构时所发生的屈曲失稳现象。现有探针的加载方式是通过探针的尖端接触超滑滑块的侧面，施加侧向力从而推动滑块。然而，随着超滑滑块尺寸的增大，使用现有的探针推动加载方式来推动滑块，会导致滑块在面外方向发生屈曲失稳，此时滑块由于塑性变形以及断裂等，发生结构破坏，从而无法正常地实现超滑滑动。
27.图2-5示出本新型提出的钨探针，包括钨丝4，尖端部分5，平台6，钨丝的直径约为0.1～0.5mm，其尖端部分曲率半径为1～10μm，通过电化学腐蚀制备与钨丝一体成型，平台6位于尖端部分5的前端，其尺寸与待推动的石墨岛状结构的尺寸接近，约为2～8μm，通过在该钨探针的尖端以一定的倾角通过聚焦离子束刻蚀出。
28.如图6所示，通过微纳米机械臂操纵该钨探针，使其尖端的平台 6从滑块的顶部与滑块3发生接触，并施加一定的正压力。随后操纵探针沿水平方向对滑块施加剪切力。此时
钨探针尖端的平台6对滑块 3所施加的正压力抑制了滑块3的屈曲失稳，因此可剪切滑开超滑滑块而不会引起滑块的结构破坏。同时，由于钨探针尖端的平台6与滑块3顶部的接触面积较大，在同等正压力下正应力较低，进一步避免了滑块的结构破坏。
29.以上所述仅为本新型的较佳实施方式，本新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

技术特征：

1.一种用于制备超滑滑块的探针，其特征在于，包括第一部分(4)，尖端部分(5)，平台部分(6)，所述第一部分(4)的直径为0.1～0.5mm，所述尖端部分(5)的曲率半径为1～10μm，所述平台部分(6)位于所述尖端部分(5)的前端，用来接触超滑滑块。2.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述探针是钨探针。3.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述第一部分是钨丝。4.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述平台部分(6)的尺寸与其待接触的超滑滑块尺寸接近。5.根据权利要求1-4任一项所述的探针，其特征在于，所述平台部分(6)的尺寸为2～8μm。6.根据权利要求1-4任一项所述的探针，其特征在于，所述平台部分(6)的通过聚焦离子束刻蚀出。7.根据权利要求1-4任一项所述的探针，其特征在于，所述平台部分(6)与所述尖端部分(5)成一定的倾角。8.根据权利要求1-4任一项所述的探针，其特征在于，所述尖端部分(5)通过电化学腐蚀法制备。

技术总结

本新型提供了一种用于制备超滑滑块的探针，包括钨丝和探针尖端，其中，通过聚焦离子束刻蚀等方法，在探针尖端处刻蚀出一个平台，使用时用该平台与超滑滑块接触，并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。该探针可以避免在超滑滑块较大时，滑块在探针推动下发生屈曲失稳从而收到破坏的问题。问题。问题。