一種石墨烯表面黏著力與摩擦力的測(cè)試方法技術(shù)

一種石墨烯表面黏著力與摩擦力的測(cè)試方法，屬于石墨烯領(lǐng)域。測(cè)試方法包括以下步驟：將石墨烯轉(zhuǎn)移至測(cè)試基底，使石墨烯覆蓋形成于測(cè)試基底表面的溝槽，得到測(cè)試樣品。以石墨烯覆蓋溝槽的區(qū)域?yàn)榇郎y(cè)區(qū)域，對(duì)待測(cè)區(qū)域進(jìn)行黏著力與摩擦力測(cè)試。該方法克服了測(cè)試基底對(duì)石墨烯摩擦及黏著特性的影響，可直接測(cè)量單層和多層石墨烯的摩擦及黏著特性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及石墨烯領(lǐng)域，具體而言，涉及一種測(cè)量石墨烯表面黏著力與摩擦力的方法。
技術(shù)介紹
石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成且呈二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)新材料。石墨烯是構(gòu)建其它維數(shù)碳質(zhì)材料(如零維富勒稀、一維碳納米管、三維石墨)的基本單元。研究發(fā)現(xiàn)石墨烯表現(xiàn)出獨(dú)特的力、光、電、熱特性，如高達(dá)130GPa的本征強(qiáng)度，是目前已知強(qiáng)度最高的材料。石墨烯還具有驚人的載流子遷移率和突出的熱導(dǎo)率。石墨烯的上述優(yōu)異性能和獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)使其有望在能源領(lǐng)域—太陽能電池、微電子領(lǐng)域—新型晶體管、傳感器，材料領(lǐng)域—高性能納米潤滑劑等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。自從石墨烯高強(qiáng)度的力學(xué)性能及超薄的潤滑性能經(jīng)理論和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之后，學(xué)者開始關(guān)注利用石墨烯的低摩擦系數(shù)來解決納米器件服役過程中存在的摩擦學(xué)問題，從而達(dá)到降低磨耗、延長(zhǎng)器件的使用壽命等目的。然而，目前對(duì)石墨烯的黏著力及摩擦力的測(cè)量一般在各類平基底上完成，基底效應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響難以避免。因此，目前暨待專利技術(shù)一套簡(jiǎn)便、可靠、尤其可規(guī)避基底效應(yīng)的，針對(duì)石墨烯的表面黏著及摩擦特性測(cè)試的新方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種石墨烯表面黏著力與摩擦力的測(cè)試方法，以避免測(cè)試過程中基底效應(yīng)對(duì)石墨烯的影響，提高測(cè)試效果的可靠性。本專利技術(shù)是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種石墨烯表面黏著力與摩擦力的測(cè)試方法，包括以下步驟：首先，將石墨烯轉(zhuǎn)移至測(cè)試基底，使石墨烯覆蓋形成于測(cè)試基底表面的溝槽，得到測(cè)試樣品；其次，以石墨烯覆蓋溝槽的區(qū)域?yàn)榇郎y(cè)區(qū)域，對(duì)待測(cè)區(qū)域進(jìn)行黏著力與摩擦力測(cè)試。上述方案的有益效果：本專利技術(shù)提供的墨烯表面黏著力與摩擦力的測(cè)試方法，通過將石墨烯轉(zhuǎn)移到形成有溝槽的測(cè)試基底上，并在與溝槽對(duì)應(yīng)的待測(cè)區(qū)域?qū)κ┻M(jìn)行測(cè)試，使得在待測(cè)區(qū)域的石墨烯處于懸空的狀態(tài)，避免了基底對(duì)石墨烯的影響。通過將單層或者多層的石墨烯轉(zhuǎn)移至測(cè)試基底上，可以實(shí)現(xiàn)直接測(cè)量單層和多層石墨烯的摩擦及黏著特性，從而測(cè)試結(jié)果能夠更真實(shí)地反應(yīng)石墨烯的本征性質(zhì)，提高測(cè)試結(jié)果的可靠性。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本專利技術(shù)的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。圖1為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的形成有溝槽的測(cè)試基底的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了本專利技術(shù)實(shí)施例中石墨烯的轉(zhuǎn)移流程示意圖；圖3示出了在圖1中的測(cè)試基底覆蓋石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4示出了本專利技術(shù)實(shí)施例中覆蓋有石墨烯的測(cè)試基底的測(cè)試狀態(tài)圖；圖5為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的形成有300～1400nm的槽道寬度的溝槽的測(cè)試基底的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖5提供的測(cè)試基底的原子力顯微鏡圖；圖7示出了圖5提供的測(cè)試基底的橫截面輪廓圖；圖8示出了表面覆蓋石墨烯后的測(cè)試基底的原子力顯微鏡圖像；圖9示出了圖8中表面覆蓋石墨烯后的的測(cè)試基底的橫截面輪廓圖；圖10為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的形成有300～800nm的槽道寬度的溝槽的測(cè)試基底的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11示出了本專利技術(shù)實(shí)施例提供的待測(cè)樣品的黏著力測(cè)試結(jié)果；圖12示出了本專利技術(shù)實(shí)施例中待測(cè)樣品在不同法向力作用下的摩擦力測(cè)試結(jié)果。附圖標(biāo)記說明：測(cè)試基底101；槽道102；溝槽103；第一方向104；石墨烯105；待測(cè)區(qū)域106；銅膜202；膠帶203；氯化鐵水溶液204；丙酮205；探針301；第二方向302。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說明本專利技術(shù)，而不應(yīng)視為限制本專利技術(shù)的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。以下針對(duì)本專利技術(shù)實(shí)施例的墨烯表面黏著力與摩擦力的測(cè)試方法進(jìn)行具體說明：一種石墨烯表面黏著力與摩擦力的測(cè)試方法，包括以下步驟：步驟S1：將石墨烯轉(zhuǎn)移至測(cè)試基底，使石墨烯覆蓋形成于測(cè)試基底表面的溝槽，得到測(cè)試樣品。石墨烯的制備方法有多種，主要包括物理方法和化學(xué)方法兩大類。物理方法中，例如，機(jī)械剝離法，即利用氧等離子體對(duì)高定向熱解石墨表面進(jìn)行離子刻蝕，當(dāng)在石墨表面刻蝕出寬20μm～2mm、深5μm的微槽后，用光刻膠將其粘到玻璃襯底上，再用透明膠帶反復(fù)撕揭，然后將多余的高定向熱解石墨去除并將粘有微片的玻璃襯底放入丙酮溶液中進(jìn)行超聲，最后將單晶硅片放入丙酮溶劑中，再將單層石墨烯取出即得石墨烯。或者，將石墨加入有機(jī)溶劑如N-甲基吡咯烷酮中，再通過超聲作用制備石墨烯。本專利技術(shù)中，石墨烯的制備采用化學(xué)方法，進(jìn)一步地，是通過化學(xué)氣相沉積制備。化學(xué)氣相沉積法的原理是將一種或多種氣態(tài)物質(zhì)導(dǎo)入到一個(gè)反應(yīng)腔內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一種新材料沉積在襯底表面。具體地，在氫氣流速為1～10sccm、氫氣壓力為20～50mToor的氣氛下對(duì)銅金屬進(jìn)行加熱。當(dāng)銅金屬的溫度達(dá)到800℃以上時(shí)，使銅金屬與甲烷氣體接觸。待甲烷反應(yīng)后，使銅金屬冷卻至室溫，得到生長(zhǎng)有石墨烯的銅金屬。甲烷反應(yīng)完成后，優(yōu)選通過與非氧化性氣體，例如惰性氣體，氬氣對(duì)銅金屬進(jìn)行冷卻，以提高其冷卻速度。制備石墨烯的過程中，銅金屬優(yōu)選采用銅薄膜，以便后續(xù)石墨烯的轉(zhuǎn)移。此外，還可以采用如下方法制作石墨烯：在硅襯底上蒸鍍一層鎳膜形成襯底，然后對(duì)在反應(yīng)腔室內(nèi)對(duì)襯底進(jìn)行加熱，當(dāng)襯底達(dá)到1000℃時(shí)，向反應(yīng)腔室內(nèi)通入甲烷、氫氣以及氬氣的混合氣體。當(dāng)甲烷反應(yīng)后，使襯底迅速冷卻至室溫，從而在鎳基底表面形成石墨烯。在上述制備過程中，1000℃的高溫條件下，碳原子在銅或者鎳表面沉積，并且向金屬內(nèi)擴(kuò)散。當(dāng)進(jìn)行冷卻時(shí)，碳原子逐漸在金屬表面析出，進(jìn)而在金屬表面形成石墨烯。通過化學(xué)氣相沉積的制作石墨烯的方法具有產(chǎn)量大、質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，且可以制作出大面積的石墨烯，更利于進(jìn)行黏著力和摩擦力測(cè)試。在步驟S1中，制作的石墨烯需要轉(zhuǎn)移到測(cè)試基底，以進(jìn)行測(cè)試。其中，測(cè)試基底可以選用二氧化硅或單晶硅或玻璃等材質(zhì)制作而成，也可以根據(jù)測(cè)試設(shè)備的需要選擇不同的硬質(zhì)的材料作為測(cè)試基底。本專利技術(shù)提供的石墨烯表面摩擦力與黏著力的測(cè)量方法是基于具有溝槽的測(cè)試基底。測(cè)試基底的溝槽可以采用各種方式實(shí)現(xiàn)，例如，化學(xué)腐蝕、激光刻蝕、等離子刻蝕等等，本專利技術(shù)實(shí)施例中采用聚焦離子束束流刻蝕二氧化硅或單晶硅或玻璃基材以形成溝槽。聚焦離子束的束流強(qiáng)度、離子發(fā)射電流，以及離子加速電壓可以根據(jù)具體的刻蝕工藝要求以及刻蝕基材的材質(zhì)進(jìn)行選擇。例如，本專利技術(shù)實(shí)施例中，聚焦離子束的束流強(qiáng)度為40nA(納安)，離子發(fā)射電流為2.2～2.5μA(微安)，加速電壓為30kV(千伏)。圖1本專利技術(shù)實(shí)施例中的測(cè)試基底的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)施例中，測(cè)試基底101為長(zhǎng)方體，在本專利技術(shù)的其他實(shí)施例中，測(cè)試基底101也可是其他形狀，例如，圓片形、菱形、正六邊形等等，本專利技術(shù)不對(duì)其具體結(jié)構(gòu)作限定。本實(shí)施例中，形成于長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)的測(cè)試基底101的溝槽103包括多個(gè)槽道102。如圖1所示，槽道102的數(shù)量為15個(gè)，在本專利技術(shù)的其他實(shí)施例中，槽道102的數(shù)量可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，例如，一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)等等。當(dāng)槽道102的數(shù)量在兩個(gè)以上時(shí)，槽道102沿第一方向104間隔排列。當(dāng)槽道102的數(shù)量在三個(gè)以上時(shí)，槽道102之間沿第一方向104的間距可以是本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種石墨烯表面黏著力與摩擦力的測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟：將石墨烯轉(zhuǎn)移至測(cè)試基底，使所述石墨烯覆蓋形成于所述測(cè)試基底表面的溝槽，得到測(cè)試樣品；以所述石墨烯覆蓋所述溝槽的區(qū)域?yàn)榇郎y(cè)區(qū)域，對(duì)所述待測(cè)區(qū)域進(jìn)行黏著力與摩擦力測(cè)試。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種石墨烯表面黏著力與摩擦力的測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟：將石墨烯轉(zhuǎn)移至測(cè)試基底，使所述石墨烯覆蓋形成于所述測(cè)試基底表面的溝槽，得到測(cè)試樣品；以所述石墨烯覆蓋所述溝槽的區(qū)域?yàn)榇郎y(cè)區(qū)域，對(duì)所述待測(cè)區(qū)域進(jìn)行黏著力與摩擦力測(cè)試。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯表面黏著力與摩擦力的測(cè)試方法，其特征在于，所述溝槽包括多個(gè)槽道，多個(gè)所述槽道沿第一方向間隔排列，每個(gè)所述槽道的深度為10～350nm，每個(gè)所述槽道的寬度為200～800nm。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨烯表面黏著力與摩擦力的測(cè)試方法，其特征在于，所述多個(gè)槽道沿所述第一方向呈等間距排列或沿所述第一方向呈漸變間距排列。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的石墨烯表面黏著力與摩擦力的測(cè)試方法，其特征在于，所述測(cè)試基底由二氧化硅或單晶硅制作而成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯表面黏著力與摩擦力的測(cè)試方法，其特征在于，對(duì)所述待測(cè)區(qū)域進(jìn)行黏著力與摩擦力測(cè)試的方法是：利用原子力顯微鏡進(jìn)行原位測(cè)試。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨烯表面黏著力與摩擦力的測(cè)試方法，其特征在于，所述原子力顯微鏡的探針的彈性系數(shù)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：范娜，郭劍，彭倍，經(jīng)光銀，李春，文岐業(yè)，姜海，張國成，楊龍祥，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：四川;51