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1、(10)申请公布号 CN 103308498 A (43)申请公布日 2013.09.18 CN 103308498 A *CN103308498A* (21)申请号 201310177949.4 (22)申请日 2013.05.14 G01N 21/64(2006.01) G01N 21/65(2006.01) B82Y 35/00(2011.01) (71)申请人 中国科学院物理研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村南三街八 号 (72)发明人 王刚 祝传瑞 刘宝利 (74)专利代理机构 北京和信华成知识产权代理 事务所 ( 普通合伙 ) 11390 代理人 王艺 (54) 发明名。
2、称 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 (57) 摘要 本发明公开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， 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， 所述旋转台包括转盘和外 部区域 ； 所述测微丝杆的顶针伸出的高度通过旋 转旋钮控制， 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用于支撑可移动刀刃 ； 所述圆形样品托盘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 述外侧刀刃上设置有两个刀刃， 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。
3、应力。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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103308498 A CN 103308498 A *CN103308498A* 1/1 页 2 1. 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， 其特征在于， 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。
4、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， 其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， 其上设置有两个刀刃 ； 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。 2.。
5、 如权利要求 1 所述的装置， 其特征在于， 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。 3. 如权利要求 1 或 2 所述的装置， 其特征在于， 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。 4. 如权利要求 1 或 2 所述的装置， 其特征在于， 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。 5. 如权利要求 1 4 中任意一项所述的装置， 其特征在于， 所述外侧刀刃的两个刀刃与可移动刀刃的顶端刀刃平行。 6. 如权利要求 1 4 中任意一项所述的装置。
6、， 其特征在于， 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。 权 利 要 求 书 CN 103308498 A 2 1/4 页 3 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 技术领域 0001 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 0002 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 （WS。
7、e2） 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。
8、 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。 0003 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。 0004 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。
9、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 0005 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。 0006 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。
10、、 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， 0007 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 说 明 书 CN 103308498 A 3 2/4 页 4 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。
11、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。 0008 优选地， 上述装置还具有以下特点 ： 0009 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。 0010 优选地， 上述装置还具有以下特点 ： 0011 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。 0012 优选地， 上述装置还具有以下特点 ： 0013 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。 。
12、0014 优选地， 上述装置还具有以下特点 ： 0015 所述外侧刀刃的两个刀刃与可移动刀刃的顶端刀刃平行。 0016 优选地， 上述装置还具有以下特点 ： 0017 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。 0018 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 0019 图 1 为本发明实施例的应变施加装置的整体结构示意图 ； 0020 图 2 为本发明实施例的应变施加装置的圆形衬底示意图 ； 0021 图 3 为本发明的实例的应变施加装置的圆形样品托盘示意图 。
13、； 0022 图 4 为本发明实施例的单层 MoS2材料荧光圆偏振极化度在沿某一特定方向不同 单轴应变下变化图 ； 0023 图 5 为本发明实施例的单层 MoS2材料荧光圆偏振极化度在不同方向相同的单轴 应变下的变化图 ； 0024 其中， 101测微丝杆， 1011测微丝杆的顶针， 102旋转台， 1021旋转台的 转盘， 1022旋转台的外部区域， 103圆形样品托盘， 1031圆形样品托盘的单侧开口， 201可移动刀刃底座， 202可移动刀刃， 2021可移动刀刃底部的圆孔， 203外侧刀刃， 204螺丝， 205圆形衬底。 具体实施方式 0025 下文中将结合附图对本发明的实施例进行。
14、详细说明。需要说明的是， 在不冲突的 情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。 0026 如图 1 所示， 本发明实施例的单轴应变施加装置包括 ： 旋转台 102、 测微丝杆 101、 可移动刀刃 202、 可移动刀刃底座 201、 圆形样品托盘 103、 圆形衬底 205 和外侧刀刃 203， 其 说 明 书 CN 103308498 A 4 3/4 页 5 中， 0027 旋转台 102 包括转盘 1021 和外部区域 1022， 转盘 1021 转动的角度可以从旋转台 102 的度数读出 ； 测微丝杆 101 的顶针 1011 位于转盘 1021 的圆心， 顶针 10。
15、11 伸出的高度 可以通过旋转旋钮精确控制， 并由标尺读出， 顶针 1011 用于推动可移动刀刃 202 沿顶针方 1011 向伸出， 测微丝杆固定端通过螺纹扣与转盘 1021 连接 ； 可移动刀刃底座 201 由金属铝 制成， 其内侧与测微丝杆 101 连接， 外侧与转盘 1021 连接， 且与可移动刀刃 202 固定在一 起， 用于支撑可移动刀刃 202 ； 可移动刀刃 202 由金属钢制作， 使用穿有弹簧的螺丝 204 固 定到可移动刀刃底座 201， 可移动刀刃 202 的顶端刀刃指向圆形衬底 205 的圆心， 可移动刀 刃 202 的底部设置有圆孔 2021， 测微丝杆 101 的顶。
16、针 1011 穿过转盘 1021 的中心与可移动 刀刃底部的圆孔 2021 接触 ； 圆形样品托盘 103 与旋转台的外部区域 1022 连接， 用于放置 圆形衬底205 ； 圆形衬底205上制备有二维层状纳米材料的样品 ； 外侧刀刃203由金属钢制 作， 位于旋转台102的外侧， 与转盘1021连接， 可以随转盘1021相对于外部区域1022转动， 外侧刀刃203上设置有两个刀刃， 该两个刀刃与圆形衬底205接触 ； 在设计装配时调节外侧 刀刃 203 的两个刀刃和可移动刀刃 202 的顶端刀刃平行， 以便向样品施加轴向应力。 0028 下面以采用 MoS2样品为例进一步说明本发明。 002。
17、9 单层 MoS2样品采用机械剥离方法在透明有机玻璃圆形衬底 205 圆心区域制备， 如 图 2 所示。圆形衬底 205 的边缘预先标注短线用来确定相对角度。采用机械剥离方法制备 二维层状纳米材料的实现， 为本领域普通科研人员所公知， 因此不在此重复说明。 0030 带有单层 MoS2样品的圆形衬底 205 放置于圆形样品托盘 103， 圆形样品托盘 103 如图 3 所示。从圆形样品托盘 103 的单侧开口 1031 处可以方便地装卸样品。圆形衬底 103 边缘预先标注短线， 与圆形衬底 205 边缘的短线对应， 用来确定它们的相对角度。 0031 通过旋转测微丝杆 101 的旋钮， 控制可。
18、移动刀刃 202 伸出的长度， 由于外侧刀刃 203 的共同作用， 圆形衬底 205 会发生弯曲形变。圆形衬底 205 制备有单层 MoS2样品的一 侧发生拉伸的单轴应变， 并把这种应变传递给单层 MoS2样品。完成在该方向单轴应变下的 相应测量后， 旋转测微丝杆 101 的旋钮， 缩短其顶针 1011 伸出长度。由于固定可移动刀刃 202 的弹簧和固定螺丝 204 作用， 使可移动刀刃 202 的伸出长度减小， 圆形衬底 205 恢复平 坦状态。 0032 将旋转台 102 的转盘旋转一个角度， 通过圆形衬底 205 与圆形样品托盘 103 边缘 的短线保持它们的相对角度不变。由于外侧刀刃 。
19、203 和可移动刀刃 202 都与旋转台 102 的 转盘连接， 因此它们共同相对于样品旋转同样的角度。 重复上述过程， 对样品沿另一方向施 加单轴应变。施加单轴应变的角度可以从旋转台 102 的读数得到， 单轴应变的大小可以通 过测微丝杆 101 的度数准确重复。 0033 图 4 为在相对样品角度为 0 时， 测得样品在不同应变下光致荧光圆偏振极化度随 应变的减小过程。其中横坐标为测微丝杆 101 旋进的距离。 0034 图 5 为测微丝杆 101 旋进距离 Strain H 为 3.5mm 时， 沿单层 MoS2样品不同方向 施加同样大小单轴应变测得的光致荧光圆偏振极化度。横坐标为单轴应。
20、变施加的方向。 0035 在本发明的其他实施例中， 其中外侧刀刃、 可移动刀刃也可以由其他材料制成， 优 选为硬度高的金属。 0036 本发明提供的单轴应变施加装置可用于科研中对二维层状纳米材料施加不同方 说 明 书 CN 103308498 A 5 4/4 页 6 向的应变， 适合采用光致荧光光谱、 拉曼光谱等方式对单轴应变下材料性质的研究。 0037 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技 术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修 改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103308498 A 6 1/4 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103308498 A 7 2/4 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103308498 A 8 3/4 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103308498 A 9 4/4 页 10 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103308498 A 10 。