[发明专利]一种用于二维层状纳米材料的方向可控单轴应变施加装置

说明书

技术领域

本发明涉及单轴应变的施加装置，特别涉及一种用于二维层状纳米材料的方向可控单轴应变施加装置。

背景技术

近年来，以石墨烯为代表的二维层状纳米材料由于独特的物理、化学性质，成为发展十分迅速的研究领域之一。目前除了石墨烯，这类材料还包括单层、双层二硫化钼（MoS₂）、二硫化钨（WS₂）、二硒化钼（MoSe₂）、二硒化钨（WSe₂）等。对这些材料性质的研究是目前的热点。以单层MoS₂为例，其体材料是带隙为1.2eV的间接半导体，而单层MoS₂转变成能量为1.83eV的直接带隙半导体材料，具有非常好的光电领域应用前景。MoS₂体材料作为优良的固体润滑剂有几十年的历史，2010年美国科学家采用机械剥离方法首先制备出单层MoS₂并报道了它的优良光学性质。瑞典科学家成功制作出基于单层MoS₂的晶体管，揭示了这种材料的广阔应用前景。随后，麻省理工学院的科研团队基于双层MoS₂制作出多种电子设备，包括逆变器、与非门、存储器和相对复杂的环形振荡器。目前，普遍认为这种二维层状纳米材料是极具潜力的未来电子材料。对这类材料在单轴应变下性质进行研究，对理解他们的物理特性和拓展应用空间有重要意义。

单轴应变施加装置，是指对采用机械剥离方法得到的石墨烯、单层MoS₂等二维层状纳米材料的研究中对样品施加单轴应变的装置。通过对衬底材料的机械弯曲使样品受到拉伸的单轴应变。样品在单轴应变作用下，晶格常数将发生变，导致相应的晶格振动模式和能带结构都会改变。测量光致荧光光谱、拉曼光谱随单轴应变的变化，能够准确反应样品材料的物理性质。

目前对二维层状纳米材料样品施加单轴应变的装置只能够实现在相对样品的某一特定方向。这种配置大都使用条形衬底材料，采用机械剥离方法在衬底中间位置制备得到样品。采用三点弯曲的机械结构对条形衬底施加形变，从而在沿衬底长边方向对样品施加单轴应变。由于机械剥离方法制备的样品一经得到，其与衬底的相对角度就已经固定，因此这种单轴应变的施加方法只能在样品的一个随机方向上实现。已有方案无法实现可控地在样品不同方向上施加单轴应变。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是克服现有技术只能在样品一个方向上施加单轴应变的缺陷，提出一种单轴应变施加装置，可对二维层状纳米材料的样品沿不同方向施加单轴应变。

为了解决上述问题，本发明提供一种单轴应变施加装置，包括：旋转台、测微丝杆、可移动刀刃、可移动刀刃底座、圆形样品托盘、圆形衬底和外侧刀刃，其中，

所述旋转台包括转盘和外部区域；所述测微丝杆的顶针位于所述转盘的圆心，并与所述可移动刀刃的底部相连，所述顶针伸出的高度通过旋转旋钮控制，顶针用于推动可移动刀刃沿顶针方向伸出；所述可移动刀刃底座的内侧与测微丝杆连接，外侧与所述转盘连接，且与可移动刀刃固定在一起，用于支撑可移动刀刃；所述圆形样品托盘与旋转台的外部区域连接，用于放置所述圆形衬底；所述圆形衬底上制备有二维层状纳米材料的样品；所述外侧刀刃位于所述旋转台的外侧，与所述转盘连接，所述外侧刀刃上设置有两个刀刃；所述外侧刀刃的两个刀刃和可移动刀刃的顶端刀刃用于向样品施加轴向应力。

优选地，上述装置还具有以下特点：

所述圆形样品托盘上设置有单侧开口，用于装卸所述圆形衬底。

优选地，上述装置还具有以下特点：

所述圆形衬底的边缘区域上标注有短线，圆形样品托盘的边缘区域上也标注有相应的短线，用于标注测量旋转的角度。

优选地，上述装置还具有以下特点：

所述可移动刀刃的底部设置有圆孔；所述测微丝杆的顶针穿过所述转盘的中心与可移动刀刃底部的圆孔接触。

优选地，上述装置还具有以下特点：

所述外侧刀刃的两个刀刃与可移动刀刃的顶端刀刃平行。

优选地，上述装置还具有以下特点：

所述二维层状纳米材料的样品采用机械剥离方法制备于所述圆形衬底的圆心区域。

本发明通过采用圆形衬底和旋转台，使施加三点弯曲的刀刃方向能够相对于样品平面旋转，最终达到对样品沿不同方向施加单轴应变的效果。

附图说明

图1为本发明实施例的应变施加装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的应变施加装置的圆形衬底示意图；