本发明涉及低维材料原位力学表征，尤其涉及一种具有手性超结构的微机械测试器件、制备方法及应用。
背景技术：
1、目前，低维材料（如1d纳米线、2d纳米材料及薄膜）凭借其独特的物理化学性质，在下一代柔性电子、高性能复合材料及纳米机电系统（nems）中具有广泛应用前景。然而，低维材料的力学性能（如拉伸强度、弹性模量、断裂机制）受尺寸效应影响显著，与块体材料存在较大差异，因此需要高精度的原位力学表征技术。
2、现有的微机械测试装置主要包括基于原子力显微镜（afm）的探针加载装置、微机电系统（mems）驱动装置及推转拉式（ptp）微机械装置。其中，推转拉式装置因能将外部压缩载荷转化为纯拉伸力，且兼容扫描电子显微镜（sem）和透射电子显微镜（tem）原位观测，成为主流测试平台。但现有推转拉式装置存在以下缺陷：
3、1.制造成本高：多采用绝缘体上硅晶圆（soi）和深硅刻蚀工艺，材料与设备成本高昂；
4、2.载荷-位移线性度差：传统杆状结构设计导致应力分布不均，线性相关系数较低，系统误差较大；
5、3.功能单一：多数仅支持单轴拉伸，无法满足低维材料多方向力学性能测试需求；
6、4.稳定性不足：部分聚合物基装置耐久性差，石英玻璃基装置精度低，难以实现批量生产和重复使用；
7、5.适应性有限：刚度调节范围窄，无法适配不同刚度的低维材料测试。
8、因此，开发一种制造成本低、线性度好、支持双轴拉伸且稳定性高、适配性强的微机械测试器件，对于推动低维材料的应用研究具有重要意义。
技术实现思路
1、为解决现有装置制造成本高、线性度差、功能单一、稳定性不足及适配性有限等技术问题，本发明公开了一种具有手性超结构的微机械测试器件、制备方法及应用。器件的制备过程包括光刻、深硅刻蚀、低压化学气相沉积（lpcvd）、反应离子刻蚀（rie）、湿法刻蚀及激光切割等步骤，工艺明确、可控，适合批量生产；实现低维材料的高效、精准原位力学表征。通过该组合工艺替代传统的背面深硅刻蚀，显著降低制造成本，同时实现批量生产。
2、为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
3、具有手性超结构的微机械测试器件的制备方法，手性超结构是由若干沿置中心对称分布的手性图案和中心连杆组成的，手性超结构位于悬浮膜上；以标准硅片为基底，对硅片正面进行光刻和深硅刻蚀定义手性超结构，形成空腔的初始结构；通过低压化学气相沉积在硅片表面沉积氮化硅层；对准关键结构区域，采用背面光刻和反应离子刻蚀去除对应位置的氮化硅层；再将硅片浸入氢氧化钾溶液中进行湿法刻蚀，形成悬浮膜；通过氢氟酸刻蚀去除正面剩余的氮化硅层及硅片凹槽内的残留物，最后激光切割成具有手性超结构的器件成品。
4、进一步地，中心连杆的初始角度与水平方向呈45°，实现≤3μm小位移下横向与纵向位移1:1转换，手性图案结构宽度的调节范围为2-10μm，实现器件刚度在15-658n/m范围内可调。
5、进一步地，所述悬浮膜的厚度为8-10μm，器件的关键结构区域的尺寸精度误差≤±1μm。
6、进一步地，所述器件的可移动间隙初始值为3-3.8μm，最大可拉伸间隙为8μm；在位移不超过3μm时，横向与纵向拉伸位移一致；
7、进一步地，所述器件可单轴拉伸模式或双轴拉伸模式，测试过程中载荷-位移曲线的线性相关系数r²≥0.99；
8、当测试加载速率为10-20nm/s，循环加载次数≥4次时，器件的稳定性误差≤5%；
9、单轴拉伸模式下，器件在2000nm位移范围内无明显整体旋转；
10、双轴拉伸模式下，通过八个中心连杆的同步运动实现横向与纵向的协同拉伸，在位移≤3μm时，横向与纵向拉伸位移一致。
11、进一步地，制备方法具体包括以下步骤：
12、（1）基底预处理：选用300μm厚的标准硅片，依次经丙酮、乙醇超声清洗各15min，去离子水冲洗后，用氮气吹干；
13、（2）正面光刻与深硅刻蚀：在硅片正面涂覆光刻胶，通过光刻形成空腔初始结构，采用深硅刻蚀技术刻蚀形成初步凹槽；
14、（3）氮化硅沉积：通过低压化学气相沉积在硅片表面沉积200-500nm厚的氮化硅层，作为后续湿法刻蚀的保护层；
15、（4）氮化硅刻蚀：对准关键结构区域，采用反应离子刻蚀去除对应位置的氮化硅层，露出硅基底；
16、（5）湿法刻蚀：将硅片浸入30wt%的氢氧化钾溶液中，在60-80℃下刻蚀2-4h，即形成厚度为8-10μm的悬浮膜；
17、（6）残留物去除：将硅片浸入10wt%的氢氟酸溶液中，刻蚀10-30min，去除正面剩余的氮化硅层及凹槽内的残留物；
18、（7）切割成型：采用激光切割将硅片切割为2mm×2mm的器件成品。
19、另一方面，本发明还公开了采用上述制备方法制得的具有手性超结构的微机械测试器件。
20、第三方面，本发明还公开了该具有手性超结构的微机械测试器件在1d纳米线、2d纳米材料及薄膜类低维材料的原位力学表征测试方面上的应用，可兼容扫描电子显微镜和透射电子显微镜观测。
21、本发明的有益效果是，与现有技术相比，具有以下优势：
22、1.制造成本低：采用标准硅片和湿法刻蚀为主的组合工艺，替代了传统soi晶圆和深硅刻蚀，成本降低了60%以上，且支持批量生产，解决了现有技术中成本高昂的问题。
23、2.线性度优异：手性超结构设计使载荷-位移曲线线性相关系数r²≥0.99，显著降低了系统误差，解决了现有线性度差的缺陷。
24、3.功能多样：同时支持单轴拉伸、双轴拉伸及循环加载测试，满了足低维材料多方向力学表征需求，突破了现有技术功能单一的限制。
25、4.稳定性高：单轴拉伸时2000nm位移内无整体旋转，双轴拉伸时小位移下位移均匀性好，循环测试稳定性误差≤5%，提升了测试结果的可靠性。
26、5.适配性强：刚度调节范围宽从15-658n/m，最大可拉伸间隙达8μm，可适配不同刚度、不同尺寸的低维材料测试。
27、6.兼容性广：适配sem、tem原位观测，可测试1d纳米线、2d纳米材料及薄膜等多种低维材料，应用范围广泛。
1.具有手性超结构的微机械测试器件的制备方法，其特征在于，手性超结构是由若干沿置中心对称分布的手性图案和中心连杆组成的，手性超结构位于悬浮膜上；
2.如权利要求1所述的具有手性超结构的微机械测试器件的制备方法，其特征在于，中心连杆的初始角度与水平方向呈45°，实现≤3μm小位移下横向与纵向位移1:1转换，手性图案结构宽度的调节范围为2-10μm，实现器件刚度在15-658n/m范围内可调。
3.如权利要求2所述的具有手性超结构的微机械测试器件的制备方法，其特征在于，所述悬浮膜的厚度为8-10μm，器件的关键结构区域的尺寸精度误差≤±1μm。
4.如权利要求3所述的具有手性超结构的微机械测试器件的制备方法，其特征在于，所述器件的可移动间隙初始值为3-3.8μm，最大可拉伸间隙为8μm；在位移不超过3μm时，横向与纵向拉伸位移一致。
5.如权利要求4所述的具有手性超结构的微机械测试器件的制备方法，其特征在于，所述器件可单轴拉伸模式或双轴拉伸模式，测试过程中载荷-位移曲线的线性相关系数r²≥0.99；
6.如权利要求5所述的具有手性超结构的微机械测试器件的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的制备方法制得的具有手性超结构的微机械测试器件。
8.如权利要求7所述的具有手性超结构的微机械测试器件在1d纳米线、2d纳米材料及薄膜类低维材料的原位力学表征测试方面上的应用。