一种可控温二维材料转移平台
技术领域
本实用新型涉及二维材料领域，特别是涉及一种可控温二维材料转移平台。
背景技术
近年来,随着石墨稀、二硫化钼等二维材料和器件的制备技术成熟，利用二维材料堆叠方式制备范德华多层结构，因其卓越的界面调控特性一直吸引着研究人员的兴趣。二维材料范德华异质结构是指多种二维原子晶体，以范德华力结合形成垂直于二维平面的方向上的堆垛结构。要将两片二维原子晶体堆叠起来，首先可以以机械剥离的方式获得不同种类二维原子晶体，再将一种二维原子晶体转移到另一种的表面。在此过程中，能够实现在不同基底之间二维材料的高效率、高质量转移，是实现二维材料异质结器件应用的关键之一。二维原子晶体转移通常有两种方法：湿法转移和干法转移。上述堆叠操作需要借助于特定的仪器和显微镜来进行。例如，将两片二维原子晶体样品分别固定在可以独立运动的两个样品台上,并且至少其中一个样品台可以在竖直方向运动。然后,在显微镜下调整二维材料的相对位置,最终使二者结合在一起以形成范德华异质结。为了形成多层异质结构，可以依靠范德华力，将多片二维原子晶体依次组合，最终放置于指定位置。
使用上述转移方法获得的范德华结构的平整度、位置精确度、晶体质量等，除了与实验人员的水平相关，与实验设备的参数性能更是密不可分。设备的移动精度、实验过程中温度的控制以及样品固定的稳定性等参数都将直接影响到转移结果的优劣。随着二维材料研究的深入，被转移材料的种类在增多，对被转移材料位置精准度，转移角度，转移过程中对温度的要求也不尽相同。当前常见的二维材料转移设备仍存在精度低、装夹复杂的等问题，相关功能参数难以满足科研需求。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可控温二维材料转移平台，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种可控温二维材料转移平台，其包括一样品台；一导轨，所述导轨位于所述样品台的一侧，所述导轨朝所述样品台水平延伸；一运动平台，所述运动平台包括扣具、双轴角度旋转台、升降台和推进机构，所述推进机构可滑动地安装在所述导轨上，所述升降台安装在所述推进机构上，所述双轴角度旋转台安装于所述升降台，所述升降台控制所述双轴角度旋转台升降，所述扣具安装在所述双轴角度旋转台上，所述双轴角度旋转台控制所述扣具在竖直方向上或在水平方向上偏转；一载玻片，所述载玻片安装于所述扣具上。
进一步地，还包括旋转平台和两个第一手动位移平台，其中一个第一手动位移平台位于另一个第一手动位移平台上，且两个第一手动位移平台的行程路线相垂直，所述旋转平台安装于所述第一手动位移平台上方，所述样品台固定在所述旋转平台上，所述旋转平台驱动所述样品台自转。
进一步地，所述样品台上设有安装孔，所述安装孔内安装有加热电阻，所述安装孔的一侧设有安装槽，所述安装槽内设有K型热电偶。
进一步地，还包括真空泵，所述样品台的上表面设有吸附孔，所述样品台上设有抽气通道，所述抽气通道与所述吸附孔相连通，所述真空泵与所述抽气通道相连接。
进一步地，还包括液冷机构，所述液冷机构包括循环管、冷凝板和液体泵，所述样品台内设有液体通道，所述液体通道、所述冷凝板和所述液体泵通过所述循环管相串联。
进一步地，所述扣具包括上盖和夹座，所述上盖铰接于所述夹座，所述上盖靠近所述夹座的一面设有挂钩，所述夹座上设有可复位的按钮，所述按钮上设有卡槽，所述挂钩与所述卡槽相配合，所述载玻片夹在所述上盖和所述夹座之间。
进一步地，所述夹座的侧面开设有盲孔，所述按钮嵌于所述盲孔内，所述夹座靠近上盖的一面设有穿孔，所述穿孔与所述盲孔相连通，所述卡槽与所述穿孔相对应。
进一步地，所述上盖靠近所述夹座的一面铺设有硅胶条。
进一步地，所述推进机构包括两个第二行程手动位移平台，所述第二行程手动位移平台的行程为25毫米，两个第二行程手动位移平台的行程路线相垂直。
本实用新型的有益效果为：通过扣具扣住载玻片，装载方便快捷，通过双轴角度旋转台和升降台缓慢控制载玻片移动，确保能精准转移材料。
附图说明
附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制。
图1为本实用新型一实施例提供的结构示意图；
图2为运动平台的结构示意图；
图3为扣具的结构示意图；
图4为样品台的结构示意图；
图5为图4的剖视图；
图6为本实用新型一实施例提供的使用示意图。
具体实施方式
如图1-6中所示，本实用新型一实施例提供的一种可控温二维材料转移平台，其包括样品台1、导轨2、运动平台3和载玻片4。所述样品台1用于放置待堆叠的二维材料，且为了方便观察，所述样品台1上方会设置光学显微镜，光学显微镜上方会再设置CMOS相机。所述导轨2为300毫米燕尾型导轨2，所述导轨2位于所述样品台1的一侧，所述导轨2朝所述样品台1水平直线延伸。所述运动平台3包括扣具31、双轴角度旋转台32、升降台33和推进机构34，所述推进机构34可滑动地安装在所述导轨2上，所述推进机构34可以在所述导轨2上朝所述样品台1运动或者远离样品台1。所述推进机构34上固定有L型的第一连接板35，所述第一连接板35由一个水平延伸的部分和一个垂直延伸的部分组成，所述第一连接板35的水平延伸的部分与所述推进机构34的上表面相固定，所述第一连接板35的垂直延伸的部分与所述升降台33相固定，所述推进机构34可以带动所述升降台33在所述导轨2上滑动。
如图1-3中所示，所述升降台33为25毫米升降台33，且由电机驱动进行升降，所述升降台33的侧面固定有第二连接板36，所述第二连接板36为L型，所述第二连接板36由一个水平延伸的部分和一个垂直延伸的部分组成，所述第二连接板36的垂直延伸的部分与所述升降台33相固定，所述第二连接板36的水平延伸的部分的上表面与所述双轴角度旋转台32相固定，所述升降台33控制所述第二连接板36升降，所述双轴角度旋转台32随所述第二连接板36升降二升降，所述扣具31安装在所述双轴角度旋转台32上，所述双轴角度旋转台32控制所述扣具31在竖直方向上或在水平方向上偏转，其中所述双轴角度旋转台32优选为THORLABS的 GN05/M的小型角度位移台。所述载玻片4安装于所述扣具31上。
如图1-6中所示，所述可控温二维材料转移平台还包括旋转平台5和两个第一手动位移平台6，两个第一手动位移平台6皆为50毫米行程，其中一个第一手动位移平台6位于另一个第一手动位移平台6上，且两个第一手动位移平台6的行程路线相垂直，所述旋转平台5安装于所述第一手动位移平台6上方，所述样品台1固定在所述旋转平台5上，所述旋转平台5可以驱动所述样品台1进行360度自转，方便所述样品台1调整格式的角度和方位。
如图2-5中所示，所述样品台1上设有安装孔11，所述安装孔11内安装有加热电阻，所述安装孔11的一侧设有安装槽12，所述安装槽12内设有K型热电偶，所述加热电阻可以对所述样品台1进行加热，而所述K型热电偶可以检测所述样品台1的温度。加热电阻功率受载物台的体积限制。加热电阻的功率与体积成正比，此样品台1体积约46立方厘米，综合考虑功率优选为70W，经计算与测试可保证样品台1迅速升温至200摄氏度。所述样品台1加工材料采用铝合金7075，其具有硬度大，导热性好等特点，导热性好可使样品台1表面温度分布均匀，使实验数据更加准确。实验过程中关键节点需要使用到的只有样品台1的旋转与扣具31的升降部分，其余部分运动部件一般保持不动，其余部分采用手动方式，这样设置提高了实验精度，也极大地节约了设备的成本。其中所述加热电阻和所述K型热电偶可以选用市面常见的电子器件，本实用新型不对所述加热电阻和所述K型热电偶进行限制，故并未进行图示。
如图1-6中所示，所述可控温二维材料转移平台还包括真空泵，所述样品台1的上表面设有吸附孔14，所述样品台1上设有抽气通道13，所述抽气通道13与所述吸附孔14相连通，所述真空泵与所述抽气通道13通过管道相连通，在实际使用中，将样品放在所述吸附孔14上，开启所述真空泵，所述真空泵抽气使所述吸附孔14形成真空状态，样品由于所述吸附孔14形成的气压差牢牢固定在所述样品台1上。由于所述样品台1由硬度大的铝合金制成，硬度大可防止样品台1表面不容易被刮花而影响真空吸附的效果。
如图1-5中所示，所述可控温二维材料转移平台还包括液冷机构，所述液冷机构包括循环管、冷凝板和液体泵，所述样品台1内设有液体通道15，所述液体通道15、所述冷凝板和所述液体泵通过所述循环管相串联，其中所述循环管内的冷却液优选为主要成分为丙二醇的污水冷却液，其沸点180度，可防止金属生锈，还具有不易挥发、纯油性、无毒无腐蚀等优良特点，而所述循环管需要选用耐高温软管，由于样品台1需要工作过程中涉及150℃以上高温环境，必要时也包括旋转与平移操作，因此连接样品台1的循环管与真空管道必须具备耐高温且弯曲应力要小的特性，并且真空管道还需能承受一定的径向压力。本实用新型优选聚四氟乙烯管，其可在-60℃到+260℃环境下使用，弯曲应力较小，可承受1.6Mpa的正压，77Kpa的负压，符合本实用新型的使用要求，在本实用新型中，液冷泵和冷凝板可以直接选用一些市面上比较常用的型号，本实用新型并不用对液冷泵和冷凝板做特定的改造。通过设置所述液冷机构，确保所述样品台1冷却速度快，当需要时打开液体泵，冷却液会经过冷凝板的冷却，然后到达样品台1，对样品台1进行冷却后回流至液体泵循环，可实现快速降温。其中所述样品台1的侧面会开挖一个一定深度的孔，孔内设置液体通道15，液体通道15实际使用中再将孔堵住，避免冷却液从该空出来。所述样品台1下表面开设两个相互间隔的螺纹孔，所述螺纹孔用于与所述液体通道15相连通，且所述螺纹孔用于连接循环管。
如图2-6中所示，所述扣具31包括上盖311和夹座312，所述上盖311铰接于所述夹座312，所述上盖311靠近所述夹座312的一面设有挂钩313，所述夹座312上设有可复位的按钮314，所述按钮314上设有卡槽315，所述挂钩313与所述卡槽315相配合，所述载玻片4夹在所述上盖311和所述夹座312之间。所述夹座312的侧面开设有盲孔，所述按钮314嵌于所述盲孔内，所述夹座312靠近上盖311的一面设有穿孔，所述穿孔与所述盲孔相连通，所述卡槽315与所述穿孔相对应。当按钮314凸出时，在所述夹座312上放上载玻片4，按下所述上盖311，所述挂钩313会扣住所述卡槽315，此时所述扣具31锁定并夹紧所述载玻片4，进而稳定样品位置，再次按下按钮314时，所述卡槽315会脱离所述挂钩313，用手将所述上盖311往上翻，便可拿出载玻片4。所述上盖311靠近所述夹座312的一面的上半部分加工有半圆凹槽用于粘连硅胶条，硅胶条起到缓冲作用，避免载玻片4被夹碎，且能压紧载玻片4，保证载玻片4的稳定。所述夹座312上设有凹槽，所述凹槽用于放置载玻片4，从而限定载玻片4位置。所述推进机构34包括两个第二行程手动位移平台，所述第二行程手动位移平台的行程为25毫米，两个第二行程手动位移平台叠放在一起，两个第二行程手动位移平台的行程路线相垂直，其中一个第二行程手动位移平台控制整个推进机构34在所述导轨2上平移，另一个第二行程手动位移平台控制所述第一连接板35侧移。二维原子晶体干法转移过程中一次至少涉及两个二维原子晶体材料，一般是将一个材料固定在样品台1上，另一个样品粘在载玻片4上，然后移动载玻片4靠近样品台1，最终实现堆叠的目的。本设计中样品台1上的样品固定通过真空吸附，使用真空管连接吸附孔14，当样品放置在样品台1表面盖住吸附孔14，开启真空泵即可将样品稳定的吸附，关闭即可松开。载玻片4的固定则由扣具31来固定，二维材料被预先固定在载玻片4上，通过装夹载玻片4实现样品固定。通过真空吸附与夹具的配合使用相比传统的压块固定的方式，在保证样品固定的稳定性的情况下，极大的简化了样品固定的步骤。
如图1-6中所示，在实际使用中，如需将样品从衬底A转移到目标衬底B，将附着有样品的衬底A放在所述样品台1中心，使其完全盖住中间的吸附孔14，打开真空泵开关将衬底A吸附在样品台1表面。可以通过转动第一手动位移平台6的旋钮控制样品台1的横向与纵向移动，使样品置于光学显微镜的视场中心。将衬底B粘贴在载玻片4上，打开扣具31，将载玻片4放入扣具31的凹槽中，夹紧扣具31，调整所述升降台33将扣具31位置调至最高位置。调整推进机构34在燕尾型导轨2上的位置，使目标衬底B的位置与衬底A处于要转移的大致位置，此时可通过相机观察样品与衬底的位置，也可通过光学显微镜目镜观察，若样品有图案或者具体形状需要转到目标衬底B 的确切位置，即可通过调节第二行程手动位移平台调整目标衬底B在水平与纵向的相对位置，可通过调节旋转平台5调节样品与目标衬底B之间的水平角度，可通过双轴角度旋转台32调节目标衬底B相对于衬底A的倾斜角度，以此可实现样品与目标衬底一侧先接触，而另一侧后接触，这样就有效的克服了压下去时，在两种材料之间包裹气泡的情况。位置调整准确以后即可通过控制升降台33向下运动，接近衬底。可以一边实验一边通过显微镜或者CMOS相机时刻观察样品接触状态，升降台33速度可调节，速度可根据样品情况手动输入，可随时改变和修正位置。当样品与目标衬底B接触好以后。若需要加热则可通过调整所述加热电阻对样品进行加热，需要降温时打开冷却泵开关即可。当样品与目标衬底粘接良好时，即可抬起目标衬底B，同样升降台33向上移动，转移完成，按压扣具31上的按钮314打开扣具31取下带有目标衬底B 及样品的载玻片4，实验完成，关闭设备。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
