一种光学对准二维材料干法转移系统的制作方法

本实用新型涉及自动化技术领域，尤其涉及一种光学对准二维材料干法转移系统。

背景技术：

随着石墨烯的发现，一大批具有研究及应用价值的二维材料进入人们的视野。在二维材料的科学研究以及实际应用过程中，如何精确操控及叠放二维材料是至关重要。目前，干法转移是各大实验室常用的操控二维材料的方法，与之相对应的二维材料干法转移系统将光学显微镜、被转移材料基底及目标基片直线排列，即将被转移材料基底上的被转移样品图像投射到目标基片上的目标位置，从而通过光学显微镜观察被转移材料基底上的被转移样品与目标基片上的目标位置对准，这样虽然结构较为简单，但是要求被转移材料基底具有良好透光性，以便目标基片上反射的光线透过被转移材料基底进入显微镜，此时，该基底的选择就成为难题，薄而透明的材料如塑料材质的薄膜缺乏足够强度，难以施加较大的压力让被转移材料与目标位置紧密接触，而较厚的材料如玻璃则会在对准过程中引起像差以及重影，转移精度较低。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的在于提供一种光学对准二维材料干法转移系统，能够提高二维材料干法转移系统的转移精度，简化人工操控二维材料的流程，提高工作效率，可有效解决重影问题以及转移基片选择难题。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种光学对准二维材料干法转移系统，其包括：控制单元、目标基片控制台、转移基片控制台和光学对准单元；

所述光学对准单元包括光学显微镜和伸缩光学双分束镜，所述光学显微镜与所述伸缩光学双分束镜连接，所述伸缩光学双分束镜设置于目标基片控制台的基片设置台面和所述转移基片控制台的基片设置台面之间，所述控制单元能够控制所述伸缩光学双分束镜收缩，所述伸缩光学双分束镜能够将竖直方向上光线透射并反射成水平方向进入所述光学显微镜。

进一步的，所述控制单元包括计算机和控制面板；所述计算机与所述控制面板电连接。

进一步的，所述光学对准单元还包括CCD摄像头和显微镜控制台；

所述CCD摄像头分别与所述控制单元和所述光学显微镜电连接，用于将所述光学显微镜下观测到的图像实时录制并在所述控制单元上显示；

所述光学显微镜设置于所述显微镜控制台上，所述显微镜控制台能够对所述光学显微镜的位置进行调节。

进一步的，所述光学显微镜包括光源，所述光源设置于所述光学显微镜远离所述伸缩光学双分束镜的一侧。

进一步的，所述系统还包括数控加热台，所述数控加热台设置于所述目标基片控制台上靠近所述转移基片控制台的一侧，并与所述控制单元电连接。

进一步的，所述系统还包括升降台和压力传感器，所述压力传感器设置于所述转移基片控制台上，所述升降台与所述转移基片控制台连接，所述升降台与所述控制单元电连接，所述升降台能够调节所述转移基片控制台的竖直方向的位置。

进一步的，所述系统还包括光学防震平台，所述目标基片控制台、所述升降台和所述光学对准单元设置于所述光学防震平台上。

本实用新型的有益效果为：通过在目标基片控制台的基片设置台面和转移基片控制台的基片设置台面之间设置伸缩光学双分束镜将竖直方向上光线透射并反射成水平方向进入光学显微镜实现对目标基片和转移基片分别进行观察和对准，能够提高二维材料干法转移系统的转移精度，简化人工操控二维材料的流程，提高工作效率，可有效解决重影问题以及转移基片选择难题。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的光学对准二维材料干法转移系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例一种的二维材料干法转移的系统的结构示意图，参见图1，本实施方式提供一种光学对准二维材料干法转移系统，该系统包括控制单元1、目标基片控制台4、转移基片控制台3和光学对准单元2；光学对准单元1包括光学显微镜21和伸缩光学双分束镜22，光学显微镜21与伸缩光学双分束镜22连接，伸缩光学双分束镜22设置于目标基片控制台4的基片设置台面和转移基片控制台3的基片设置台面之间，控制单元1能够控制伸缩光学双分束镜22收缩，伸缩光学双分束镜22能够将竖直方向上光线透射并反射成水平方向进入光学显微镜21。

具体的，如图1所示，转移基片30设置于转移基片控制台3上，目标基片40设置于目标基片控制台4之上，控制单元1可以通过控制微电机，如步进电机或步进马达等来控制转移基片控制台3和目标基片控制台4水平方向的移动，进而达到分别对转移基片控制台3上的转移基片30和目标基片控制台4上的目标基片40的位置进行调整，然后控制单元1通过微电机控制光学对准单元2的伸缩光学双分束镜22伸展至转移基片控制台3和目标基片控制台4之间，伸缩光学双分束镜22分别将竖直方向上转移基片30以及目标基片40反射过来的光线透射并反射成水平方向进入光学显微镜21，如此，转移基片30和目标基片40反射光线就不会相互干扰，可以有效解决重影问题，而且转移基片40的材料选择就不再局限于透明的材料，如玻璃等，解决了转移基片选择困难的问题。光学显微镜21通过伸缩光学双分束镜22分别观察目标基片40的目标区域以及转移基片30上被转移二维材料样品的相对位置，并通过转移基片控制台3和目标基片控制台4分别调整转移基片30和目标基片40对目标基片40的目标区域和转移基片30上被转移二维材料样品进行对准，不仅提高了转移精度，还简化了人工操作的繁琐程序，提高了转移效率。

其中，控制单元1包括计算机11和控制面板12，计算机11与控制面板12电连接。

具体的，计算机11作为上位机，控制面板12作为下位机，计算机11有配套的上位机软件可以通过串口与控制面板12进行通信，进而对控制面板12进行控制，控制面板12可以由PLC、单片机、嵌入式芯片等实现，控制面板12通过控制微电机对转移基片控制台3和目标基片控制台4进行控制，使转移基片控制台3和目标基片控制台4实现水平方向的移动，微电机可以为步进电机或步进马达等，对此不作具体限定。

其中，光学对准单元2还包括CCD摄像头23和显微镜控制台24；CCD摄像头23分别与控制单元1和光学显微镜21电连接，用于将光学显微镜21下观测到的图像实时录制并在控制单元1上显示；光学显微镜21设置于显微镜控制台24上，显微镜控制台24能够对光学显微镜21的位置进行调节。

具体的，普通的显微镜只能通过眼睛进行观察，而当我们在镜下找到一个目标位置后再去找另外一个目标时，第一个目标的往往会因为移动样品之后很难再重新找到，这样就导致很多数据的丢失，特别是当我们需要对这些数据进行比较或对样品的位置进行对准的时候。本实用新型通过光学对准单元2的CCD摄像头23对光学显微镜21下转移基片30上的被转移二维材料样品和目标基片40的目标区域的对准以及样品分离过程进行实时录像，在实时录制过程中，可通过显微镜控制台24对光学显微镜21的位置进行调节，通过观察CCD摄像头录制的图像，操作光学显微镜21调节其焦距分别对目标基片30以及转移基片40进行观察和调节，具体可以先调整目标基片30上目标区域的位置，然后基于调整好的目标基片30上目标区域的位置对转移基片40上被转移二维材料样品的位置进行调整，或者，先调整转移基片40上被转移二维材料样品的位置，然后基于调整好的转移基片40上被转移二维材料样品的位置，对目标基片30上目标区域的位置进行调整，以使目标区域的位置图像与被转移二维材料样品图像匹配，对准过程结束，然后控制单元1通过控制微电机收缩光学对准单元2的伸缩光学双分束镜22使其从转移基片控制台3和目标基片控制台4之间移开，以便于进行下一步转移基片30与目标基片40的接触。

CCD摄像头录制的视频图像送到控制面板12的数字信号处理芯片(DSP)中加工处理，再通过USB接口传输到计算机11中处理，通过计算机11的上位机软件不仅可以同步看到图像，而且可以缓解因长时间在显微镜下操纵二维材料样品而带来的视觉疲劳。

其中，光学显微镜21包括光源211，光源211设置于光学显微镜21远离伸缩光学双分束镜22的一侧。

具体的，光源211为伸缩光学双分束镜22提供入射光线，光源211可以为钨丝灯、卤素灯、氙灯等。从光源211入射的一束光线通过伸缩光学双分束镜22折射和反射后分为两束分别照射到转移基片30和目标基片40上，然后转移基片30以及目标基片40反射回来的光线分别经过伸缩光学双分束镜22进入光学显微镜21。

进一步的，光学对准二维材料干法转移系统还包括光学防震平台8，目标基片控制台4、升降台6和光学对准单元2设置于光学防震平台8上。

具体的，光学防震平台8可以采用不锈钢窝蜂状材料以减小转移过程中的振动、共振和噪声等。

进一步的，光学对准二维材料干法转移系统还包括升降台6和压力传感器7,压力传感器7设置于转移基片控制台3上，升降台6与转移基片控制台3连接，升降台6与控制单元1电连接，升降台6能够调节转移基片控制台3的竖直方向的位置。

具体的，在对准的过程中通过控制单元1的控制面板12可以利用步进电机控制升降台6对转移基片30的竖直方向的位置进行调节，使其快速下移至目标基片40上方，以使光学显微镜21能够通过伸缩光学双分束镜22对转移基片30和目标基片40进行观察。在对准过程结束后，调节升降台6的下移速度使转移基片30逐步与目标基片40接触，通过压力传感器7检测两者接触的压力，当压力达到预设范围则停止升降台6下移，该预设范围可以为0～20N(牛顿)，此时转移基片30上的被转移二维材料样品已具备初步的转移条件。

进一步的，光学对准二维材料干法转移系统还包括数控加热台5，数控加热台5设置于目标基片控制台4上靠近转移基片控制台3的一侧，并与控制单元1电连接。

具体的，当转移基片30与目标基片40紧密接触后，通过控制单元1的控制面板12控制数控加热台5对目标基片40进行加热，加热温度可控制在80°～120°，以使转移基片30上的被转移二维材料样品与转移基片30快速分离，并粘附于目标基片40上，此时转移工作结束，采用数控加热台5的好处在于：可以通过数控加热台5的可控温度加快样品脱落，进一步提高了转移效率。

综上，在本实施例中，通过在目标基片控制台的基片设置台面和转移基片控制台的基片设置台面之间设置伸缩光学双分束镜将竖直方向上光线透射并反射成水平方向进入光学显微镜实现对目标基片和转移基片分别进行观察和对准，避免了转移基片和目标基片反射的光线相互干扰，并通过压力传感器检测转移基片和目标基片接触的压力以及通过数控加热台对目标基片加热，实现了被转移二维材料样品的转移，提高了二维材料干法转移系统的转移精度，简化了人工操控二维材料的流程，而且提高工作效率，有效解决了重影问题以及转移基片选择难题。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。