[发明专利]一种制备二维材料的机械剥离设备

说明书

本发明涉及一种制备二维材料的机械剥离设备，属于二维材料制备技术领域。本发明所述机械剥离设备成功的将原来需要人工操作的样品从胶带上转移到基底上的步骤实现了自动化，大大降低了操作的难度和研究的门槛，而且剥离得到的样品有更高的可重复性。所述机械剥离设备中，驱动螺杆和平衡弹簧的配合可以实现剥离过程滑块的匀速滑动，改变夹具片在固定板上的位置可以调节剥离过程中胶带与基底的角度，对陶瓷加热片加热以及温度监控器的实时监控可以保持剥离过程基底温度不变，通过优化剥离速度、剥离角度以及剥离温度从而获得高品质的样品。另外，采用所述机械剥离设备取代人工操作，可以实现在手套箱或真空腔体中等不易操作的环境下进行剥离。

技术领域

本发明涉及一种适用于制备石墨烯或类石墨烯等二维材料的机械剥离设备，属于二维材料制备技术领域。

背景技术

2004年，英国曼彻斯特大学的科学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)发现了二维碳材料石墨烯，开启了二维材料研究的大门。石墨烯和类石墨烯材料(例如过渡金属硫化物、黑磷等)表现出很多新奇的物理性质，在力学、电子学、光学、磁学等领域展示了很广阔的研究价值和应用前景。然而，制约二维材料理化性质研究的关键是制备高质量的二维材料。

目前制备二维材料的方法主要有机械剥离法、化学气相沉积法和分子束外延法。化学气相沉积得到的二维材料污染和缺陷比较多，很多测量易受到干扰，不容易得到材料本征的性质。分子束外延法制备的速度较慢，而且成本很高。作为第一个被发现的二维材料，石墨烯最先是通过机械剥离的方法被制备出来。所谓的机械剥离是指用特定的胶带粘贴到石墨块状材料上，并且通过不断对折和用新胶带去粘母胶带，不断减薄胶带上的材料，并最终转移到基底上的制备方法。机械剥离法的理论基础是多层二维材料组成的三维体材料是层状结构，层间是通过范德瓦耳斯键相互结合的，可以通过胶带剥离的办法剥离制备出薄层甚至是单层的二维材料。

结合胶带剥离方法本身的特点，经过分析得出，将样品从胶带上转到基底上的步骤是影响剥离样品质量的关键步骤。而目前胶带剥离方法采用的是手工剥离的方式，但是手工剥离存在很大的局限性和不确定性：首先，对于手动剥离得到的样品，其品质具有很大的偶然性，也在一定程度上依赖于操作人员的熟练程度和工作经验，需要花费大量的时间来练习；其次，手工剥离得到的样品的可重复性较差，胶带与基底分离时，胶带的剥离速度和与基底平面的角度都是很难控制的，极容易造成一些样品品质的不稳定；第三，对于一些特定的材料，例如黑磷等，在空气环境下极易氧化，剥离需要在手套箱中进行，这也大大增加了手工剥离的难度，同时高质量样品也更加难以制备。

发明内容

针对现有技术中胶带剥离法存在的不足，本发明的目的在于提供一种制备二维材料的机械剥离设备，该设备能够实现胶带与基底分离过程中分离速度、分离角度以及基底温度的精确控制，重复性好，可以制备得到高质量的二维材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种制备二维材料的机械剥离设备，所述机械剥离设备包括驱动螺杆、平衡弹簧、滑块、导轨、框架、固定板以及夹具片；

所述滑块为长方体结构，一个侧面上加工有螺孔；

所述框架是由三个侧面组成的非封闭的长方体结构，与非封闭端相对应的侧面上加工有通孔，两个相对应的侧面的内表面上沿长度方向加工有导轨槽；

所述固定板为长方体结构，一个端面上沿长度方向加工有一排以上定位螺孔，定位螺孔与螺钉配合可以固定夹具片在固定板上的位置；

所述夹具片的端面上加工有长方形槽和固定螺孔，长方形槽的长度略大于固定板的宽度，长方形槽的宽度略大于固定板的厚度，固定螺孔与螺钉配合使两个夹具片紧紧贴合在一起；