本发明属于摩擦测试处理,具体涉及一种基于聚甲基硅氧烷孤立式凸起的大尺度超滑岛无损转移处理方法、装置和超滑微机电系统。
背景技术:
1、在微机电系统(mems)和纳米摩擦学领域,超滑二维材料(如石墨烯、二硫化钼)的集成可显著降低器件摩擦磨损。但是自然粘附力仅适用于微米级以下材料(<50μm),百微米级以上超滑岛因粘附力不足导致转移失败;侧向剪切力易引发二维材料层间滑移,造成超滑面污染。
2、此外,如果电子束光刻胶辅助转移需化学清洗,容易破坏超滑面原子级平整度,热释放胶带(如pc膜)残留有机物,会导致界面摩擦系数升高。而且,商业转移平台缺乏集成化设计,压电驱动与加热模块分离,定位误差大,并且无动态力反馈机制,超薄超滑岛转移破损率高。
3、也就是说,传统pdms块状体转移方法使用自然粘附,对于100μm以上尺度的超滑岛或者其他二维材料往往粘附力不够而转移失效,且传统pdms块状体粘附转移时容易产生侧向的力,而二维材料层间以公度方式(简易类似于鸡蛋盒叠层套嵌)排列,侧向力的存在容易导致二维材料层间磨损及污染。
4、因此,针对以上所存在的技术问题缺陷,急需设计和开发一种基于聚甲基硅氧烷孤立式凸起的大尺度超滑岛无损转移处理方法、装置和超滑微机电系统。
技术实现思路
1、为克服上述现有技术存在的不足及困难,本发明之目的在于,提供一种基于聚甲基硅氧烷孤立式凸起的大尺度超滑岛无损转移处理方法、装置和超滑微机电系统;旨实现百微米至毫米级超滑岛的高质量转移。
2、本发明的第一目的在于提供一种基于聚甲基硅氧烷孤立式凸起的大尺度超滑岛无损转移处理方法;本发明的第二目的在于提供一种基于聚甲基硅氧烷孤立式凸起的大尺度超滑岛无损转移处理装置;本发明的第三目的在于提供一种超滑微机电系统。
3、本发明的第一目的是这样实现的:所述方法包括:
4、制备成具有孤立式凸起结构的聚甲基硅氧烷,并采用所述具有孤立式凸起结构的聚甲基硅氧烷作为转移载体;
5、基于压电转移平台控制聚甲基硅氧烷孤立式凸起垂直压接超滑岛表面后瞬间释放,并利用聚甲基硅氧烷形变回复产生的拉拔力实现超滑岛的无损剥离;
6、将负载超滑岛的聚甲基硅氧烷孤立式凸起对准目标基板后,加热至70~100℃ 的脱附温度,使p聚甲基硅氧烷粘附力降低并完成超滑岛释放。
7、进一步地,所述规则多边形为矩形凸台结构或方形凸台结构;所述聚甲基硅氧烷为pdms。
8、进一步地,所述脱附温度80±5℃。
9、进一步地,所述超滑岛为单晶石墨、二硫化钼或其他层状二维材料,尺寸为100~1000μm,厚度为2~10μm。
10、进一步地,所述孤立式凸起的边长比目标超滑岛大10~50μm,高度为50~300μm。
11、进一步地,所述压电转移平台的瞬时位移量为50~150μm,响应时间<1ms。
12、进一步地,所述加热释放阶段的升温速率为5~10℃/s,所述聚甲基硅氧烷孤立式凸起分离速度为0.1~1μm/s。
13、本发明的第二目的是这样实现的:所述装置应用于所述的大尺度超滑岛无损转移处理方法;所述装置包括聚甲基硅氧烷固定台,以及分别位于所述聚甲基硅氧烷固定台上侧的显微观测系统、位于所述聚甲基硅氧烷固定台下侧的加热台;所述加热台下侧分别设置有压电位移装置和三轴位移台;其中,所述三轴位移台用于控制加热台朝聚甲基硅氧烷孤立式凸起方向位移;所述加热台的温度控制范围为25~100℃。也就是说,所述装置的上中下结构分别为显微观测系统,聚甲基硅氧烷固定台(载玻片支撑),样品加热台、压电位移装置及三轴位移台,包括x轴、y轴、z轴,其中,载玻片支撑的聚甲基硅氧烷显微镜下呈透视特性,能实现岛的可视化定点拔取与释放。
14、进一步地,所述加热台集成于目标基板载台,温度均匀性误差≤±2℃;所述聚甲基硅氧烷孤立式凸起为pdms凸起。
15、本发明的第三目的是这样实现的:超滑微机电系统摩擦副表面通过所述方法组装有超滑岛阵列;所述超滑岛与对磨材料构成非公度接触界面。
16、本发明方案提供了一种百微米级以上大尺度超滑岛的无损,无污染转移组装方法以及相应转移装置;所述超滑岛(采用单晶石墨/二硫化钼等二维材料制备)由微纳加工工艺制备并转移到如微发电机,mems开关等目标器件相对摩擦部位中使用,来实现超滑及超长寿命的效果;其中,超滑岛的转移质量对后续产品的磨损及寿命起到至关重要作用。
17、也就是说,在本发明方案中通过聚甲基硅氧烷孤立式凸起,并结合压电转移平台的转移方法能提供较大粘附力,使得大尺寸的超滑岛(100μm~1000μm)实现垂直转移且无污染,无损。
1.一种基于聚甲基硅氧烷孤立式凸起的大尺度超滑岛无损转移处理方法,其特征在于,所述方法包括:
2.根据权利要求1所述一种基于聚甲基硅氧烷孤立式凸起的大尺度超滑岛无损转移处理方法,其特征在于,所述孤立式凸起的横向截面轮廓为规则多边形;其中,所述规则多边形为矩形凸台结构或方形凸台结构;
3.根据权利要求1所述一种基于聚甲基硅氧烷孤立式凸起的大尺度超滑岛无损转移处理方法,其特征在于,所述脱附温度80±5℃。
4.根据权利要求1所述一种基于聚甲基硅氧烷孤立式凸起的大尺度超滑岛无损转移处理方法,其特征在于,所述超滑岛为单晶石墨、二硫化钼或其他层状二维材料,尺寸为100~1000μm,厚度为2~10μm。
5.根据权利要求1或2或4所述一种基于聚甲基硅氧烷孤立式凸起的大尺度超滑岛无损转移处理方法,其特征在于,所述孤立式凸起的边长比目标超滑岛大10~50μm,高度为50~300μm。
6.根据权利要求1所述一种基于聚甲基硅氧烷孤立式凸起的大尺度超滑岛无损转移处理方法,其特征在于,所述压电转移平台的瞬时位移量为50~150μm,响应时间<1ms。
7.根据权利要求1所述一种基于聚甲基硅氧烷孤立式凸起的大尺度超滑岛无损转移处理方法,其特征在于,所述加热释放阶段的升温速率为5~10℃/s,所述聚甲基硅氧烷孤立式凸起的分离速度为0.1~1μm/s。
8.一种基于聚甲基硅氧烷孤立式凸起的大尺度超滑岛无损转移处理装置,其特征在于,所述装置应用于如权利要求1~7任一项所述的大尺度超滑岛无损转移处理方法;所述装置包括聚甲基硅氧烷固定台,以及分别位于所述聚甲基硅氧烷固定台上侧的显微观测系统、位于所述聚甲基硅氧烷固定台下侧的加热台;所述加热台下侧分别设置有压电位移装置和三轴位移台;
9.根据权利要求8所述一种基于聚甲基硅氧烷孤立式凸起的大尺度超滑岛无损转移处理装置,其特征在于,所述加热台集成于目标基板载台,温度均匀性误差≤±2℃;
10.一种超滑微机电系统,其特征在于,其摩擦副表面通过如权利要求1~7任一方法组装有超滑岛阵列;