[发明专利]一种柔性无边缘超润滑滑块及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种柔性无边缘超润滑滑块及其制备方法和应用，其制备方法包括以下步骤：在载体尖端的顶部涂覆一层液态的紫外固化胶；将微球黏附于载体尖端的顶部，然后用紫外灯照射至固化；将载体上的微球划过具有粘性的柔性高分子液滴，制得柔性无边缘微球；在柔性无边缘微球下表面粘附一层润滑层，制得柔性无边缘超润滑滑块。本发明提出的方法简单便捷，将其应用于界面相互作用力的检测时，由于微球外柔性高分子的缓冲作用，可避免在突变载荷作用下的损坏问题。此外，本发明微球为球形无边缘，边界摩擦小，是真正意义上的无边缘超润滑。无边缘超润滑的磨损极低，能够有效提高超润滑滑块的使用寿命，并且具有广泛适应性。

技术领域

本发明涉及固体超润滑领域，具体涉及一种柔性无边缘超润滑滑块及其制备方法和应用。

背景技术

从20世纪80年代以来，表面探测技术在物理、化学、材料、生命以及工程等许多领域都有很重要的应用，其基本原理是利用带针尖的微悬臂探测针尖与样品相互作用，样品的大小和性质会随着针尖与样品间距离的变化而变化，从而可以获得样品的不同信息，实现检测目的。然而，目前的原子力显微镜(AFM)使用的探针结构存在一定的缺陷，如何制备理想的探针结构仍是一个挑战，例如，在直接化学气相沉积生长法制备石墨烯涂层探针的过程中，探针很容易被高温损坏；在使用液相剥离石墨烯涂层、模具辅助或PMMA辅助转移方法制备石墨烯涂层探针时，形成的层状异质结不可避免地存在污染，从而导致超润滑性失效；在石墨烯包裹探针的制造过程中，通过热辅助机械剥离或摩擦作用将多层石墨烯纳米薄片转移到探针上，尽管污染可以有效避免，在长时间的滑动测试后，多层石墨烯纳米薄片很容易从探针上脱落；用光刻法制造石墨岛的过程比较复杂，不适合原子力显微镜(AFM)的测量，总之，现有的实验使用的探针多少会对测量结果产生误差，故需要一种超润滑的柔性滑块规避这些问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种柔性无边缘超润滑滑块及其制备方法和应用，以解决现有技术中探针石墨烯涂层容易失效，在突变载荷下超润滑失效和超润滑使用寿命短的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种柔性无边缘超润滑滑块的制备方法，包括以下步骤：

S1：在载体尖端的顶部涂覆一层液态的紫外固化胶；

S2：将微球黏附于步骤S1所得的载体尖端的顶部，然后用紫外灯照射至固化；

S3：将步骤S2所得的载体尖端上的微球划过具有粘性的柔性高分子液滴，制得柔性无边缘微球；

S4：在柔性无边缘微球下表面粘附润滑层，制得柔性无边缘超润滑滑块。

本发明的有益效果为：本发明通过在载体尖端的微球上包裹具有粘性的柔性高分子液滴，得到表面光滑且无较明显孔洞的微球，然后再利用高分子材料的粘性粘附润滑层，制得柔性无边缘超润滑滑块，本发明提出的制备方法简单、便捷，将制得的柔性无边缘超润滑滑块应用原子力显微镜探针的检测样品时，针尖未与润滑层直接接触，在一定程度上保护了针尖，防止针尖的磨损，同时，球形的结构使其对冲击力和应力有很好的分散作用，再加上柔性的高分子材料，可避免载体尖端冲击应力变强时，由载体传递到润滑层的振动，导致最终扫图的不准确，以及样品在载体的来回扫描过程中损坏的问题。此外，本发明滑块整体形状为球形，减小了边界摩擦，在扫描过程中，滑块与样品之间点与面的接触形式实现了超润滑，无边缘的磨损能够有效提高超滑滑块的使用寿命，并且具有广泛适应性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，步骤S1中载体为钨丝、ZnO纳米棒、二氧化硅丝或铜丝。

进一步，步骤S1中载体的直径为0.1-0.5mm。

进一步，步骤S1中载体尖端通过以下方法制得：利用电化学腐蚀在载体端部腐蚀出曲率半径为10-40μm的锥形，制得载体尖端。

进一步，步骤S2中微球的直径为0.1-500μm。