[发明专利]一种纳米位移执行器

说明书

本发明是一种纳米位移执行器，在衬底(3)的上表面依次设有氧化石墨烯薄膜(2)、薄膜上方承载面(1)构成一个位移传动的承载体，其中薄膜上方承载面作为位移传动的承载面；在所述位移传动的承载体的两端分别设有左密封腔体的密闭墙(4)、右密封腔体的密闭墙(5)，在左密封腔体的密闭墙的外端设有环境气氛输出控制管道口(6)，在右密封腔体的密闭墙的外端设有环境气氛输入控制管道口(7)，在左密封腔体的密闭墙的内端与位移传动的承载体之间设有左滑动接触装置(8)，在右密封腔体的密闭墙的内端与位移传动的承载体之间设有右滑动接触装置(9)，该微位移执行器提供一种新颖、高效、适合多种应用场合的途径。

技术领域

本发明涉及一种纳米级超精细位移执行器的设计，通过合理设计氧化石墨烯薄膜传动结构，获得一种在特殊环境应用下的纳米级位移操作。属于微电子学中的精密机械和精密仪器的和技术领域。

背景技术

微位移(Micro Displacement)也称为微传动。当前随着科学技术的迅速发展,尤其是在微电子技术、宇航、材料、生物工程等学科的发展,对精密机械和精密仪器的精度及灵敏度要求越来越高。例如,在材料学科中,科学家们为了探测材料表面的原子结构,甚至将其原子结构做重新排列,对于相应的操作精度要求达到了亚纳米级。例如，在做材料表征形貌观察时，常常需要移动电镜当中的样品杆，这同样需要纳米级的微位移操作。这方面典型的微位移实例有以下几种：1、机械传动式微位移机构，机械传动式微位移机构是一种最古老的机构,在精密机械和仪器中应用很广,其结构形式较多,主要有螺旋机构、杠杆机构、契块凸轮机构以及它们的组合机构。但因机构中存在机械间隙、摩擦磨损以及爬行现象等,所以运动灵敏度和精度都很难达到高精度,所以该机构只适宜于中等精度。2、电热式和弹性变形传动式微位移机构，电热式微位移机构结构简单、操作控制方便,与大降速比的机械传动式微位移机构相比,它的刚度高且无间隙。但因传动杆与周围介质之间有热交换,因而影响位移精度。弹性变形微位移机构是依靠片弹簧、螺旋弹簧等弹性元件的变形来实现微动的,在传递位移过程中,无外部摩擦,仅存在材料内部分子之间的内摩擦,因此具有较高的灵敏度和稳定性,并具有较高的分辨率。3、压电、电致伸缩式微位移机构，利用压电元件(陶瓷)的逆压电效应来实现微位移,改变输入电压的大小即可得到不同的微位移,从而避免了机械结构造成的误差,所以具有既有简单、尺寸小、分辨率极高(可达纳米级)、发热少、无杂散电磁场、便于遥控、有较好的动特性和有很高的响应频率等优点。

随着超精密加工及测量技术、微型机械、微电子技术、宇航、材料、生物工程等学科的发展,对微位移机构的研究日益受到国内外重视,且得到了迅速发展和广泛应用,但因机械加工精度、机构的复杂性、相关参数的控制精度、电磁屏蔽等目前技术水平的制约,其应用还受到一定影响。随着纳米材料与技术的发展，碳纳米管、石墨烯等新型纳米材料的制备一直广泛得到关注，尤其是新型材料的薄膜制备引起科学家很大的兴趣。氧化石墨烯(GO)的这种比表面积大、层间距离可调控、吸附能力强等特点使其很容易受到人们的关注。通过成熟的石墨烯氧化技术Hummers法获得高纯氧化石墨烯，再通过对GO水相分散液实施旋涂法或喷涂法来制备获取氧化石墨烯薄膜并精确控制其厚度，最后通过一系列环境气氛中的湿度(水)来调节层间距从而实现纳米级微位移操作。这种新型的绿色高效，简单经济的纳米级微位移执行器的概念不仅适用于氧化石墨烯薄膜，也打开了探索其他二维材料薄膜的大门。因此，发展一种有效实现微位移操作的方法就具有显著的现实意义。

发明内容

技术问题：基于以上问题，本发明的目的是提供一种纳米级位移执行器，使用环境气氛中的湿度含量对氧化石墨烯薄膜进行厚度控制从而实现纳米级位移操作的设计思路。该设计方法基于比较成熟的氧化石墨烯薄膜制备的前提，主要针对在超精细位移环境应用下的纳米级位移。例如，其可以被应用于电镜下样品杆的微位移操作，以及探测材料表面的原子结构等微位移操作。