一種超滑基本結構、多級超滑結構、具有該結構的器件及其形成方法
【專利摘要】一種超滑基本結構、多級超滑結構、具有該結構的器件及其形成方法。本發(fā)明屬于結構超潤滑領域，公開了一種超滑基本結構，包括基底，和位于基底上的多個島狀結構，其中每個島狀結構均具有至少一個超滑剪切面，所述超滑剪切面的上下接觸面處于非公度接觸狀態(tài)。此外還公開了一種多級超滑結構，所述多級超滑結構包括所述多個超滑基本結構，多個超滑基本結構通過并排擴展、獨立式疊加、共用式疊加或其組合的方式形成多級超滑結構。本發(fā)明還公開了所述超滑基本結構的形成方法。本發(fā)明突破了僅在微觀范疇存在超滑現(xiàn)象的局限，可以達到大尺度、大滑移行程的超滑。
【專利說明】一種超滑基本結構、多級超滑結構、具有該結構的器件及其形成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及結構超滑領域，尤其涉及一種大尺度、大滑移距離的固體超滑的結構， 用于需要超低摩擦或超低磨損的領域。
【背景技術】
[0002]摩擦磨損一直影響著人們的生產(chǎn)與生活。據(jù)統(tǒng)計，世界上有約三分之一的能源消耗在摩擦上，有約80%的機械零部件由于磨損而失效，工業(yè)發(fā)達國家因摩擦磨損造成的損失高達GDP的5%-7% ;人工關節(jié)的一個重要難題就是獲得更好的潤滑性能以減輕摩擦磨損問題(參見 Unsworth A.Recent developments in the tribology of artificial joints [J].Tribology International, 1995, 28(7):485-495.)。因此，幾千年來人類一直在努力控制和減小摩擦，力圖制造出一種極低摩擦且極耐磨損的材料或結構。大多數(shù)材料的摩擦系數(shù)都在0.1?0.5，加入潤滑劑后，可以實現(xiàn)更低的摩擦系數(shù)(0.01?0.1)，但還是不能從根本上解決摩擦、磨損問題。因此，制造出一種極低摩擦且極耐磨損的材料或結構具有非常重要的價值。
[0003]1991年，研究者理論上提出，當兩個單晶晶面以非公度的形式接觸(即兩表面的晶格常數(shù)不匹配時)，有可能出現(xiàn)摩擦為零或幾乎為零的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象被稱為“超滑“(Superlubricity)(參見 Hirano M, Shinjo K，Kaneko R, et al.Anisotropy of frictional forces in muscovite mica[J] ? Physical review letters, 1991,67(19):2642.)。由于是固體表面直接接觸，超滑的優(yōu)點除了摩擦系數(shù)幾乎為零外，還有很大可能極耐磨損，因此其應用范圍將會更加廣闊。但直到2011年，人們只是在超高真空環(huán)境下實現(xiàn)了納米尺度的超滑，并懷疑是否能夠實現(xiàn)大尺度的超滑。 2012年，人們首次觀察到了室內環(huán)境下微米尺度的超滑(參見Liu Z, Yang J, Grey F，et al.0bservation of Microscale Superlubricity in Graphite[J].Physical Review Letters,2012, 108(20):205503.)。
[0004]另一方面，從1994年開始，多個研究組相繼實現(xiàn)了摩擦系數(shù)低達千分之一量級的超低摩擦，并且是毫米以上尺度(Donnet C，Martin J M, Le Mogne T, et al.Super-low friction of MoS2coatings in various environments[J].Tribology International ,1996 , 29(2):123-128.)。由于長期未能實現(xiàn)大尺度的超滑，近十多年來文獻上常常將摩擦系數(shù)為千分之一量級或更低的現(xiàn)象，稱作為“超滑”；而將最初的由于非公度接觸導致的摩擦磨損幾乎為零的現(xiàn)象，改稱為“結構潤滑”(Structural Lubricity)(參見Miiser M H.Structural lubricity: Role of dimension and symmetry[J].EPL(Europhysics Letters), 2004, 66(1):97.)。本發(fā)明所指超滑，特指由于非公度接觸導致的摩擦磨損幾乎為零的現(xiàn)象。
[0005]由于制備大尺度單晶材料困難等原因，目前能夠在實驗上實現(xiàn)的固體結構潤滑僅限于微米或更小的尺度，制備大尺度的結構超滑器件仍未能有人實現(xiàn)。因此，需要一種可以實現(xiàn)大尺度(可達厘米、甚至更大的尺度)的固體超滑器件，而且可以實現(xiàn)較大的滑動位移。
【發(fā)明內容】

[0006]為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，提供了一種超滑基本結構，包括基 底，和位于基底上的多個島狀結構，其中每個島狀結構均具有至少一個超滑剪切面，所述超 滑剪切面的上下接觸面處于非公度接觸狀態(tài)。
[0007]特別地，所述單個島狀結構的直徑為111111?3011111、高度為IOnm?10 ii m。相鄰 島狀結構之間的平均間隔為I U m?100 ii m。
[0008]此外，每個島狀結構可以包括在其端部的保護層。多個島狀結構與基底可以為一 體式結構或者分體式結構連接而成。
[0009]所述島狀結構可以為石墨材料，或者島狀結構材料內部原子有局部存在層間非公 度接觸的可能；或者所述島狀結構在剪切面鋪有石墨或石墨烯。
[0010]島狀結構的超滑剪切面的上下接觸面的面積可以相同或不同。
[0011]此外，還可以包括覆蓋所述島狀結構的支撐層。所述基底和支撐層可以為平面、曲 面或柔性可變形的片狀固體材料。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，提供了一種多級超滑結構，所述多級超滑結構包括所 述多個超滑基本結構，所述多個超滑基本結構通過并排擴展、獨立式疊加、共用式疊加或其 組合的方式形成多級超滑結構，其中，
[0013]所述并排擴展式組成方式為將多個所述超滑基本結構并排分布在一個全局基底 和一個全局支撐層之間，所述全局基底和所述全局支撐層為平面、曲面或柔性可變形的片 狀固體材料，所述全局基底連接到所有的所述超滑基本結構的所述基底，所述全局支撐層 連接到所有的所述超滑基本結構的所述支撐層；
[0014]所述獨立式疊加組成方式為將第N個所述超滑基本結構的所述支撐層和第N+1個 所述超滑基本結構的所述基底相連接；
[0015]所述共用式疊加組成方式為將第N個所述超滑基本結構的所述支撐層同時作為 第N+1個所述超滑基本結構的所述基底。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，提供了一種具有超滑結構的器件，包括前述的超滑基 本結構或者多級超滑結構，還包括位于最底層基底下方的第一部件，和位于最頂層島狀結 構或島狀結構的支撐層上的第二部件。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第四實施例，提供了一種制造超滑基本結構的方法，包括如下步驟: 步驟1，提供基底；步驟2，制備島狀結構并使所述島狀結構達到與基底連接的狀態(tài)；步驟3， 檢測所述島狀結構是否具有超滑剪切面；步驟4，去除不具有超滑剪切面的島。
[0018]其中，所述步驟2包括:步驟2-1，在所述基底上依次覆蓋光刻膠；步驟2-2，構圖 所述光刻膠，保留多個光刻膠島；步驟2-3，刻蝕所述基底，以去除未被光刻膠保護的部分 基底，從而形成多個島狀結構。
[0019]其中所述步驟2-1包括:依次在所述基底上覆蓋保護層和光刻膠；所述步驟2-3 包括:刻蝕所述基底，以去除未被光刻膠保護的保護層和部分基底，從而形成多個島狀結 構。
[0020]所述步驟2-1包括利用等離子體化學氣相沉積法在所述基底上沉積Si02保護層，以及利用旋轉涂布法進行光刻膠涂布；所述步驟2-2包括利用電子束刻蝕構圖所述光刻 膠；所述步驟2-3包括利用反應離子刻蝕法刻蝕所述基底。
[0021]此外，所述方法還包括在所述島狀結構上設置支撐層的步驟。
[0022]其中所述島狀結構為石墨材料，或者所述島狀結構材料內部原子有局部存在層間 非公度接觸的可能；或者所述島狀結構在剪切面鋪有石墨或石墨烯。
[0023]本發(fā)明突破了僅在微觀范疇存在超滑現(xiàn)象的局限，可以達到大尺度、大滑移行程 的超滑。
[0024]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結合附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中:
[0026]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的超滑基本結構的主視圖；
[0027]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的超滑基本結構的俯視圖；
[0028]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的超滑基本結構的一個島狀結構滑移時的示 意圖；
[0029]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的并排擴展方式組成的多級超滑結構的示意 圖；
[0030]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的獨立式疊加方式組成的多級超滑結構的示 意圖；
[0031]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的共用式疊加方式組成的多級超滑結構的示 意圖；
[0032]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的島狀結構在超滑剪切面上發(fā)生滑移的示意 圖；
[0033]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的基底和支撐層為曲面或柔性材料的示意圖；
[0034]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在機械臂/探針推動下島狀結構發(fā)生滑移時的示 意圖；
[0035]圖10-15示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的超滑基本結構的形成方法的各階段示 意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。下文的公 開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結構。為了簡化本發(fā)明的公開， 下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本 發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復參考數(shù)字和/或字母。這種重復是為了簡化和 清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應用 于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結構可以包 括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特 征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，參考圖1?3所示，提供了一種超滑基本結構，包括基 底103，和位于基底上的多個島狀結構102，其中每個島狀結構均具有至少一個超滑剪切 面，所述超滑剪切面的上下接觸面處于非公度接觸狀態(tài)。圖3為島狀結構剪切面發(fā)生滑移 時上下接觸面102-201、102-202之間的狀態(tài)。圖4右側為島狀結構102中的一個島狀結構 102-1的放大圖，102-2為該島狀結構在剪切面發(fā)生滑移時的狀態(tài)。
[0038]優(yōu)選地，所述基底優(yōu)選為石墨:例如聞定向熱解石墨(HOPG)基底或者天然石墨， 或者所述基底的材料內部原子有局部存在層間非公度接觸的可能即可。所述島狀結構的材 料優(yōu)選為石墨:例如聞定向熱解石墨(HOPG)基底或者天然石墨，或者所述基底的材料內部 原子有局部存在層間非公度接觸的可能即可，或者所述島狀結構在剪切面鋪有石墨或石墨 烯。所述超滑剪切面是該結構可以進行超滑有限運動的關鍵因素，如果島狀結構具有一個 非公度接觸面，其便具有一個超滑剪切面，當島狀結構具有多個非公度接觸面時，其具有多 個超滑剪切面，從而使整個結構處于結構超滑狀態(tài)。優(yōu)選地，所述多個島狀結構與基底為一 體式結構，當然也可為分體式結構，所述島狀結構通過原子間的范德華吸附力或微型膠粘 技術設置在基底上方。研究發(fā)現(xiàn)即使是在正常環(huán)境下(非高真空)，一個利用HOPG基底加工 的邊長約為20 u m、高為200nm-400nm的石墨島也可發(fā)生自回復現(xiàn)象。當利用微機械臂推動 石墨島可以造成石墨島的分層，當釋放微機械臂,在表面能的推動下被推出的石墨島會自 動回縮。而石墨島的自縮回現(xiàn)象正是超滑的直接體現(xiàn)。
[0039]優(yōu)選地，所述單個島狀結構的直徑為Iiim?30 iim，所述直徑是指島狀結構與基 底平行的方向上的截面上兩點之間的最大距離、島狀結構的高度為IOnm?lOiim，相鄰島 狀結構之間的平均間隔為Ium?IOOy m，相鄰島狀結構之間的平均間隔為與基底平行的 方向上相鄰島狀結構之間的距離。一般來說，如圖7所示，在相同高度下，島狀結構的直徑 越大，其具有非公度界面的幾率越小，因此，島狀結構的直徑與高度之間應具有正相關關 系，即島狀結構的直徑越大，應該在刻蝕深度上更深，以便使島狀結構具有更高的高度。當 島狀結構具有更高的高度時，其非公度接觸面出現(xiàn)的概率也更大。
[0040]特別地，每個島狀結構的端部還具有一保護層102-201。所述保護層可以是Si02， 在加工過程中為構圖并刻蝕島狀結構而在基底上利用等離子體化學氣相沉積法沉積Si02 保護層，例如50nm?500nm。另外，還可以在所述島狀結構上方設置一固體材料的支撐層 101，如圖1所示，例如玻璃薄片或金屬薄片等，所述支撐層可以通過原子間的范德華吸附 力或微型膠粘技術設置在島狀結構上方，以便對超滑結構起到保護支撐作用。
[0041]特別地，如圖8所示，所述基底和支撐層可以為平面、曲面或柔性可變形的片狀固 體材料。所述島狀結構的超滑剪切面的上下接觸面的面積可以相同或不同。
[0042]此外，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，如圖4?6所示，還提供了一種多級超滑結構，所 述多級超滑結構包括前述的多個超滑基本結構，所述多個超滑基本結構通過并排擴展、獨 立式疊加、共用式疊加或其組合的方式形成多級超滑結構。
[0043]其中，所述并排擴展式組成方式，如圖4所示，為將多個所述超滑基本結構并排分布在一個全局基底和一個全局支撐層之間，所述全局基底和所述全局支撐層為平面、曲 面或柔性可變形的片狀固體材料，所述全局基底連接到所有的所述超滑基本結構的所述基 底，所述全局支撐層連接到所有的所述超滑基本結構的所述支撐層。所述獨立式疊加組成 方式，如圖5所示，為將第N個所述超滑基本結構的所述支撐層101、201、301和第N+1個所 述超滑基本結構的所述基底103、203、303相連接。所述共用式疊加組成方式，如圖6所示， 為將第N個所述超滑基本結構的所述支撐層同時作為第N+1個所述超滑基本結構的所述基 底 103、203、303。
[0044]所述復合組成方式指多個所述超滑基本結構組成所述多級超滑結構的方式綜合 使用所述并排擴展式組成方式、所述獨立式疊加組成方式和所述共用式疊加組成方式中的 兩項或三項或同一項多次使用，例如通過獨立式疊加組成方式把3個超滑基本結構疊加在 一起得到一個二級超滑結構，再把25個這樣的二級超滑結構按5X5的陣列排布成所述的 并排擴展式組成方式得到一個三級超滑結構，再把10個這樣的三級超滑結構按共用式疊 加組成方式疊加成一個四級超滑結構，這樣一個四級超滑結構就總共包括3X25X 10=750 個超滑基本結構。
[0045]此外根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，還提供了一種具有超滑結構的器件，在上述結構 的基礎上還包括位于最底層基底下方的第一部件(未示出)，和位于最頂層島狀結構或島狀 結構的支撐層上的第二部件(未示出)。所述第一部件和第二部件可以是常規(guī)尺寸的所需器 件，例如二維精密定位平臺、高頻振蕩器等。
[0046]以上已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的實施例闡述了本發(fā)明的大尺寸超滑器件的結構以及基于 此結構的器件。
[0047]如圖9所示，當一個島狀結構上存在多個超滑剪切面時，通常在機械臂或探針的 推動下多個超滑剪切面中最容易被推開的層會被機械臂/探針推開，當一個剪切面被推開 后該島狀結構上存在的其他超滑剪切面可能就不會被推開。因此，當每一個島狀結構均具 有至少一個超滑剪切面時，可以保證每個島狀結構都有一個超滑剪切面被推開，從而確保 位于其上下的第一、第二器件能夠有相對一致的運動幅度。
[0048]優(yōu)選地，每個島狀結構具有相對一致的尺寸/橫截面積/直徑，這樣保證每個島狀 結構被推開的位移基本一致，從而使第一器件、第二器件的相對位移最大化。當然，也可以 合理布局島狀結構的尺寸/橫截面積/直徑，使不同的島/島群具有不同的尺寸/橫截面 積/直徑，或者合理布局島狀結構之間的間距，從而符合各種不同的器件應用。
[0049]更優(yōu)選地，所述每個島狀結構都存在兩個以上的超滑剪切面，這樣通過多個超滑 剪切面的剪切位移累加可以使得第一第二部件之間達到較大的相對位移。上述這些變化均 在本發(fā)明的保護范圍中。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的第四實施例，下面將詳細闡述制造超滑基本結構的方法。
[0051]如圖10-15所述，包括如下步驟:
[0052]步驟I，提供基底103,所述基底可以是石墨,例如聞定向熱解石墨(HOPG)基底或 者天然石墨，或者基底材料的內部原子有局部存在層間非公度接觸的可能。優(yōu)選地，還應對 石墨基底剝落表皮，例如利用膠帶粘在石墨表面然后揭開膠帶從而剝落表皮，或用薄刀片 從側面切開石墨。
[0053]而后，在步驟2，制備島狀結構并使所述島狀結構達到與基底連接的狀態(tài)。具體來說，可以包括如下步驟:步驟2-1，在所述基底上依次覆蓋保護層105和光刻膠104，所述保 護層105可以是Si02，厚度可以是例如50nm?500nm，可以利用等離子體化學氣相沉積法 沉積所述Si02保護層。所述光刻膠104可以通過旋轉涂布的方式進行覆蓋。而后在步驟
2-2，構圖所述光刻膠104，保留多個光刻膠島104。構圖光刻膠的步驟即確定了后續(xù)步驟中 所形成的島狀結構的布局，例如可以利用電子束刻蝕方法構圖所述光刻膠，所形成的光刻 膠島可以是，例如平均直徑為I U m?30 ii m,光刻膠島之間的平均間隔為Iiim?IOOiim, 這樣刻蝕后的島狀結構也具有相應的平均直徑和平均間隔。此后在步驟2-3，刻蝕所述基 底，以便去除未被光刻膠保護的保護層和部分基底，從而形成多個島狀結構102。所述刻蝕 可以是例如反應離子刻蝕。一般來說，如圖7所示，在相同高度下，島狀結構的直徑越大，其 具有非公度界面的幾率越小，因此，島狀結構的直徑與高度之間應具有正相關關系，即島狀 結構的直徑越大，應該在刻蝕深度上更深，以便使島狀結構具有更高的高度。當島狀結構具 有更高的高度時，其非公度接觸面出現(xiàn)的概率也更大。
[0054]當然也可以不覆蓋所述保護層105，而直接在基底上覆蓋光刻膠104并進行島狀 結構的刻蝕，從而形成不帶保護層的島狀結構。
[0055]步驟3，檢測所述島狀結構是否具有超滑剪切面，當刻蝕獲得的島狀結構不存在超 滑剪切面時，意味著該島狀結構不能被機械臂推開，因此無法使用。需要利用機械臂逐個推 開所述島狀結構，檢測該島狀結構是否具有超滑剪切面，并且標記不具有超滑剪切面的島 狀結構，以便后續(xù)工序中去除該島。
[0056]此后，在步驟4，去除不具有超滑剪切面的島狀結構。去除島狀結構的方法可以是 例如利用反應離子刻蝕、或其他物理化學手段。
[0057]優(yōu)選地，可以在所述島狀結構上方設置一固體材料的支撐層101，例如玻璃薄片或 金屬薄片，所述支撐層可以通過原子間的范德華吸附力或微型膠粘技術設置在島上方，以 便對超滑結構起到保護支撐作用。
[0058]本實施例所述的超滑基本結構的制備方法主要是通過對材料進行微加工刻蝕獲 得一些島狀結構，再選擇性消除部分島狀結構，僅保留存在至少一個超滑剪切面的島狀結 構，再在島狀結構上粘貼一層支撐層，由此封裝成一個可達較大尺度的超滑基本結構。當然 也可以采用其他方式形成所述超滑基本結構，例如通過獨立刻蝕單獨形成多個島狀結構， 然后再在基底上連接所述島狀結構，例如將島狀結構通過原子間的范德華吸附力或微型膠 粘技術設置在基底上方?；蛘邔τ谝话愕膬炔吭記]有局部存在層間非公度接觸的可能的 材料，可以在制備島狀結構后，在其表面鋪上石墨或石墨烯。例如可以用單晶硅材料作為基 底，在其上面刻蝕出島狀結構后，鋪上幾層非公度接觸的單晶石墨烯，再通過在島狀結構內 部空隙抽真空的方式使石墨烯薄膜包裹住單晶硅的島狀結構。這樣使得雖然單晶硅本身不 能超滑，但經(jīng)石墨烯的修飾后也可達到超滑的效果，從而使得本發(fā)明的具體實施例可以利 用單晶硅晶粒尺寸大、工藝成熟等優(yōu)點。
[0059]在通過以上制備方法獲得所述超滑基本結構后，通過所述并排擴展式組成方式、 所述獨立疊加組成方式、所述共用式疊加組成方式或復合組成方式把多個所述超滑基本結 構連接起來，組成所述多級超滑結構，具體連接方法可以根據(jù)具體實施例的尺寸采用常見 的膠粘或機械連接等方法。
[0060]舉例來說，本發(fā)明的一個具體實施例描述如下:在橫截面積為ImmX 1mm、厚度為50 Ii m的高定向熱解石墨塊上沉積200nm厚的二氧化娃保護層,通過電子束曝光和反應離子刻蝕的方法在石墨塊上刻蝕出50X50=2500個石墨島狀結構，每個島狀結構橫截面積為 5 u mX 5 u m,厚度為300nm的石墨層以及200nm的二氧化娃保護層，合計500nm,相鄰石墨島狀結構的中心距離為20 Pm。石墨塊剩下的高度部分作為超潤基本結構的基底，即石墨下方基底和石墨島狀結構是一體式的。通過用微探針撥動各個石墨島狀結構，使其發(fā)生層間剪切滑移，然后釋放微探針觀察滑移的島狀結構上層能否自發(fā)地回復到原來的位置。把所有不能自回復的石墨島狀結構標記下來，然后利用光刻技術把這些不能自回復的石墨島狀結構全部刻蝕掉，僅保留能自回復的石墨島狀結構。取一個橫截面積為ImmX 1mm、厚度為 50i!m的玻璃薄片，在玻璃薄片的一面涂上環(huán)氧樹脂膠水，然后粘貼到石墨島狀結構上。由此得到了一個橫截面積為ImmX 1mm、厚度為0.1mm的超滑基本結構,其滑移行程〈5 u m。
[0061]如此制造10X10=100個這樣的超滑基本結構，把它們按照并排擴展式組合方式排布成10X10的方形陣列，相鄰超滑基本結構的中心距離為10mm。再取兩塊橫截面積為 IOcmX 10cm、厚度為0.5mm的PDMS (Polydimethylsi1xane, 一種高分子有機娃化合物，具有光學透明、彈性良好、無毒、不易燃的特性)薄片作為全局基底和全局蓋子，把它們的一面涂上環(huán)氧樹脂膠水，然后把兩塊PDMS薄片分別粘貼到超滑基本結構組成的方形陣列的上下表面。由此得到了一個橫截面積為IOcmXlOcm、厚度為1.1mm的二級超滑結構，其滑移行程〈5 u m,且它是透光、柔性可彎曲的薄片狀。
[0062]再如此制造20個上述二級超滑結構，把它們按照共用式疊加組成方式疊加起來， 把第一個二級超滑結構的全局蓋子同時作為第二個二級超滑結構的全局基底，如此類推疊加起來，就得到一個三級超滑結構，其橫截面積為IOcmX IOcm,厚度為1.25cm,滑移行程 〈0.1mm，且它是透光、柔性可彎曲的薄片狀。
[0063]通過上面所述的本發(fā)明的一個具體實施例可以直觀地看到本發(fā)明可以達到大尺度、大滑移行程的超滑，這將大大突破以往超滑只能在微觀尺度實現(xiàn)的局限性。
[0064]以上所述實施例僅為本發(fā)明的幾個較優(yōu)化的實施例，本發(fā)明不局限于這幾個實施例，還應允許其它的變化。凡在本發(fā)明獨立權要求范圍內變化的，或本領域一般技術人員可以依據(jù)本發(fā)明輕易想到的變化，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0065]此外，本發(fā)明的應用范圍不局限于說明書中描述的特定實施例的工藝、機構、制造、物質組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內容，作為本領域的普通技術人員.將容易地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機構、制造、物質組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對應實施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結果，依照本發(fā)明可以對它們進行應用。因此，本發(fā)明所附權利要求旨在將這些工藝、機構、制造、物質組成、手段、方法或步驟包含在其保護范圍內。
【權利要求】
1.一種超滑基本結構，包括基底，和位于基底上的多個島狀結構，其中每個島狀結構均具有至少一個超滑剪切面，所述超滑剪切面的上下接觸面處于非公度接觸狀態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述的結構，其中所述單個島狀結構的直徑為111111?3011111、高度為 IOnm ?10 u m。
3.根據(jù)權利要求1所述的結構，其特征在于，相鄰島狀結構之間的平均間隔為IU m? 100 u m0
4.根據(jù)權利要求1所述的結構，其中每個島狀結構包括在其端部的保護層。
5.根據(jù)權利要求1所述的結構，其中所述多個島狀結構與基底為一體式結構。
6.根據(jù)權利要求1所述的結構，其中所述島狀結構為石墨材料。
7.根據(jù)權利要求1所述的結構，其中所述島狀結構材料內部原子有局部存在層間非公度接觸的可能；或者所述島狀結構在剪切面鋪有石墨或石墨烯。
8.根據(jù)權利要求1所述的結構，其中所述島狀結構的超滑剪切面的上下接觸面的面積可以相同或不同。
9.根據(jù)權利要求1所述的結構，還包括覆蓋所述島狀結構的支撐層。
10.根據(jù)權利要求1至9所述的結構，其中，所述基底和支撐層為平面、曲面或柔性可變形的片狀固體材料。
11.一種多級超滑結構，其特征在于:所述多級超滑結構包括多個權利要求1?10任一項所述的超滑基本結構，所述多個超滑基本結構通過并排擴展、獨立式疊加、共用式疊加或其組合的方式形成多級超滑結構，其中，所述并排擴展式組成方式為將多個所述超滑基本結構并排分布在一個全局基底和一個全局支撐層之間，所述全局基底和所述全局支撐層為平面、曲面或柔性可變形的片狀固體材料，所述全局基底連接到所有的所述超滑基本結構的所述基底，所述全局支撐層連接到所有的所述超滑基本結構的所述支撐層；所述獨立式疊加組成方式為將第N個所述超滑基本結構的所述支撐層和第N+1個所述超滑基本結構的所述基底相連接；所述共用式疊加組成方式為將第N個所述超滑基本結構的所述支撐層同時作為第N+1 個所述超滑基本結構的所述基底。
12.—種具有超滑結構的器件，包括根據(jù)權利要求1至11任意之一所述的結構，還包括位于最底層基底下方的第一部件，和位于最頂層島狀結構或島狀結構的支撐層上的第二部件。
13.—種制造超滑基本結構的方法，包括如下步驟:步驟I，提供基底；步驟2，制備島狀結構并使所述島狀結構達到與基底連接的狀態(tài)；步驟3，檢測所述島狀結構是否具有超滑剪切面；步驟4，去除不具有超滑剪切面的島。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，所述步驟2包括:步驟2-1，在所述基底上依次覆蓋光刻膠；步驟2-2，構圖所述光刻膠，保留多個光刻膠島；步驟2-3，刻蝕所述基底，以去除未被光刻膠保護的部分基底，從而形成多個島狀結構。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中所述步驟2-1包括:依次在所述基底上覆蓋保護層和光刻膠；所述步驟2-3包括:刻蝕所述基底，以去除未被光刻膠保護的保護層和部分基底，從而形成多個島狀結構。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，所述步驟2-1包括利用等離子體化學氣相沉積法在所述基底上沉積Si02保護層，以及利用旋轉涂布法進行光刻膠涂布；所述步驟2-2包括利用電子束刻蝕構圖所述光刻膠；所述步驟2-3包括利用反應離子刻蝕法刻蝕所述基底。
17.根據(jù)權利要求13所述的方法，還包括在所述島狀結構上設置支撐層的步驟。
18.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中所述島狀結構為石墨材料。
19.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中所述島狀結構材料內部原子有局部存在層間非公度接觸的可能；或者所述島狀結構在剪切面鋪有石墨或石墨 烯。
【文檔編號】C23C16/44GK103438348SQ201310355985
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月15日 優(yōu)先權日:2013年8月15日
【發(fā)明者】鄭泉水, 董華來, 劉澤, 江博, 王穩(wěn) 申請人:清華大學