一种纳米位移执行器制造技术

本发明专利技术是一种纳米位移执行器，在衬底(3)的上表面依次设有氧化石墨烯薄膜(2)、薄膜上方承载面(1)构成一个位移传动的承载体，其中薄膜上方承载面作为位移传动的承载面；在所述位移传动的承载体的两端分别设有左密封腔体的密闭墙(4)、右密封腔体的密闭墙(5)，在左密封腔体的密闭墙的外端设有环境气氛输出控制管道口(6)，在右密封腔体的密闭墙的外端设有环境气氛输入控制管道口(7)，在左密封腔体的密闭墙的内端与位移传动的承载体之间设有左滑动接触装置(8)，在右密封腔体的密闭墙的内端与位移传动的承载体之间设有右滑动接触装置(9)，该微位移执行器提供一种新颖、高效、适合多种应用场合的途径。

Nano displacement executor

The invention relates to a nano actuator, the substrate (3) are arranged on the surface of graphene oxide film (2), film above the bearing surface (1) constitute a displacement transmission bearing body, wherein the film above the bearing surface as the bearing displacement transmission surface; the displacement transmission carrier the two ends are respectively provided with a closed wall left sealing cavity (4) and the right sealing airtight wall cavity (5), in the closed wall left sealing cavity is arranged outside the atmosphere output control pipe (6), seal airtight wall cavity on the right side of the outer environment and atmosphere control input pipeline mouth (7), the left sliding contact device is arranged between the bearing body sealing wall left sealing cavity and the inner end of the displacement transmission (8), the right sliding contact bearing body is arranged between the inner end of the displacement transmission and seal airtight wall cavity on the right side of the device (9), the micro displacement actuator Providing a novel, efficient and suitable way for a variety of applications.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米位移执行器
本专利技术涉及一种纳米级超精细位移执行器的设计，通过合理设计氧化石墨烯薄膜传动结构，获得一种在特殊环境应用下的纳米级位移操作。属于微电子学中的精密机械和精密仪器的和

技术介绍
微位移(MicroDisplacement)也称为微传动。当前随着科学技术的迅速发展,尤其是在微电子技术、宇航、材料、生物工程等学科的发展,对精密机械和精密仪器的精度及灵敏度要求越来越高。例如,在材料学科中,科学家们为了探测材料表面的原子结构,甚至将其原子结构做重新排列,对于相应的操作精度要求达到了亚纳米级。例如，在做材料表征形貌观察时，常常需要移动电镜当中的样品杆，这同样需要纳米级的微位移操作。这方面典型的微位移实例有以下几种：1、机械传动式微位移机构，机械传动式微位移机构是一种最古老的机构,在精密机械和仪器中应用很广,其结构形式较多,主要有螺旋机构、杠杆机构、契块凸轮机构以及它们的组合机构。但因机构中存在机械间隙、摩擦磨损以及爬行现象等,所以运动灵敏度和精度都很难达到高精度,所以该机构只适宜于中等精度。2、电热式和弹性变形传动式微位移机构，电热式微位移机构结构简单、操作控制方便,与大降速比的机械传动式微位移机构相比,它的刚度高且无间隙。但因传动杆与周围介质之间有热交换,因而影响位移精度。弹性变形微位移机构是依靠片弹簧、螺旋弹簧等弹性元件的变形来实现微动的,在传递位移过程中,无外部摩擦,仅存在材料内部分子之间的内摩擦,因此具有较高的灵敏度和稳定性,并具有较高的分辨率。3、压电、电致伸缩式微位移机构，利用压电元件(陶瓷)的逆压电效应来实现微位移,改变输入电压的大小即可得到不同的微位移,从而避免了机械结构造成的误差,所以具有既有简单、尺寸小、分辨率极高(可达纳米级)、发热少、无杂散电磁场、便于遥控、有较好的动特性和有很高的响应频率等优点。随着超精密加工及测量技术、微型机械、微电子技术、宇航、材料、生物工程等学科的发展,对微位移机构的研究日益受到国内外重视,且得到了迅速发展和广泛应用,但因机械加工精度、机构的复杂性、相关参数的控制精度、电磁屏蔽等目前技术水平的制约,其应用还受到一定影响。随着纳米材料与技术的发展，碳纳米管、石墨烯等新型纳米材料的制备一直广泛得到关注，尤其是新型材料的薄膜制备引起科学家很大的兴趣。氧化石墨烯(GO)的这种比表面积大、层间距离可调控、吸附能力强等特点使其很容易受到人们的关注。通过成熟的石墨烯氧化技术Hummers法获得高纯氧化石墨烯，再通过对GO水相分散液实施旋涂法或喷涂法来制备获取氧化石墨烯薄膜并精确控制其厚度，最后通过一系列环境气氛中的湿度(水)来调节层间距从而实现纳米级微位移操作。这种新型的绿色高效，简单经济的纳米级微位移执行器的概念不仅适用于氧化石墨烯薄膜，也打开了探索其他二维材料薄膜的大门。因此，发展一种有效实现微位移操作的方法就具有显著的现实意义。
技术实现思路
技术问题：基于以上问题，本专利技术的目的是提供一种纳米级位移执行器，使用环境气氛中的湿度含量对氧化石墨烯薄膜进行厚度控制从而实现纳米级位移操作的设计思路。该设计方法基于比较成熟的氧化石墨烯薄膜制备的前提，主要针对在超精细位移环境应用下的纳米级位移。例如，其可以被应用于电镜下样品杆的微位移操作，以及探测材料表面的原子结构等微位移操作。技术方案：本专利技术的一种纳米级位移执行器在衬底的上表面设有氧化石墨烯薄膜，在氧化石墨烯薄膜上表面为薄膜上方承载面构成一个位移传动的承载体，其中薄膜上方承载面作为位移传动的承载面；在所述位移传动的承载体的两端分别设有左密封腔体的密闭墙、右密封腔体的密闭墙，在左密封腔体的密闭墙的外端设有环境气氛输出控制管道口，在右密封腔体的密闭墙的外端设有环境气氛输入控制管道口，在左密封腔体的密闭墙的内端与位移传动的承载体之间设有左滑动接触装置，在右密封腔体的密闭墙的内端与位移传动的承载体之间设有右滑动接触装置。其中：所述左密封腔体的密闭墙、右密封腔体的密闭墙与位移传动的承载体之间营造出环境气氛扩充前的密闭腔。所述环境气氛输出控制管道口、环境气氛输入控制管道口的外端分别连接外部的环境气氛；环境气氛输出控制管道口、环境气氛输入控制管道口的内端分别连接位移传动的承载体旁的密闭腔。所述左滑动接触装置、右滑动接触装置与所述位移传动的承载体之间使用油封法来保持密封不透气。所述氧化石墨烯薄膜材料的制备方法为：对石墨的预氧化之后，进行多次再氧化使得氧化充分，再通过旋涂实现氧化石墨烯薄膜的制备；而氧化石墨烯薄膜的厚度由旋涂、喷涂法来控制。所述位移传动的承载体的衬底，在衬底的下部设有一体式密封腔的底座，并在衬底的下部开了几个进气扩散孔，环境气氛输出控制管道口、环境气氛输入控制管道口分别与一体式密封腔的底座连通。有益效果：本专利技术提出基于氧化石墨烯薄膜的纳米位移执行器的设计方法。结合材料生长，MEMS器件技术设计，器件试制等研究手段和方法设计了可实现纳米级微位移的操作体系。本专利技术为微位移执行器提供一种新颖、高效、适合多种应用场合的途径，为超精密加工及测量技术、微型机械、微电子技术等相关领域的研究提供一条新的发展思路，具有深刻和广泛的研究意义和应用前景。1、本专利技术使用新颖的“水吸附”方法设计该位移执行器。其中符合实际需要的是设计两种结构的位移执行器结构，如图1的器件结构简单便捷，如图2的器件结构有充分的气氛扩散，位移响应更迅速。2、本专利技术将设计过程进行了功能化的区分，实行多种结构的组合式运用，可以选择多种应用场合。3、本专利技术设计具有成本低廉，技术先进，新颖创新，美观大方等特点，而且使用便捷方便，二次维修费用低，经济环保。附图说明图1是直接环境气氛输入输出的纳米位移执行器的示意图。图2是衬底空隙控制环境气氛输入输出的纳米位移执行器的示意图。图3是衬底上氧化石墨烯薄膜吸水前后的对比示意图。图4是氧化石墨烯薄膜在扫描电子显微镜下拍摄的图片。图5是不同湿度实验下的氧化石墨烯薄膜厚度变化示意图。图中有：薄膜上方承载面1、氧化石墨烯薄膜2、衬底3、左密封腔体的密闭墙4、右密封腔体的密闭墙5、环境气氛输出控制管道口6、环境气氛输入控制管道口7、左滑动接触装置8、右滑动接触装置9、一体式密封腔的底座10、衬底3上的3个孔隙a、b、c。具体实施方式本专利技术提出的利用氧化石墨烯薄膜厚度变化实现纳米级位移的设计原理如下：氧化石墨烯薄膜对空气中的湿度有很好的吸附作用，且具有纳米级的厚度变化，其本质是水分子进入GO薄膜层间域中致使层间距增大。本设计的设计思想集合了成熟的薄膜材料制备技术以及对微电子机械系统的充分认识，从而敏锐的判断出在超精细位移上会有一种创新应用。通过成熟的氧化石墨烯材料制备方法，即对石墨的预氧化之后，进行多次再充分氧化，再通过旋涂、喷涂法实现氧化石墨烯薄膜的制备，而氧化石墨烯分离膜的厚度可由旋涂来控制。针对不同厚度的氧化石墨烯薄膜，在特定比例湿度的环境气氛下有着不同位移的形变。针对不同湿度比例的环境气氛，同一薄膜的位移形变也会有不同状况。通过将薄膜厚度与空气中含水湿度的比例进行量化，这可以借助电子显微镜等材料表征手段来实现，从而可以达到纳米级超精细位移的水平。为了便于更好的吸附环境气氛中的湿气(水)，需设计一个密闭腔体来保证环境气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米位移执行器，其特征在于在衬底(3)的上表面设有氧化石墨烯薄膜(2)，在氧化石墨烯薄膜(2)上表面为薄膜上方承载面(1)构成一个位移传动的承载体，其中薄膜上方承载面(1)作为位移传动的承载面；在所述位移传动的承载体的两端分别设有左密封腔体的密闭墙(4)、右密封腔体的密闭墙(5)，在左密封腔体的密闭墙(4)的外端设有环境气氛输出控制管道口(6)，在右密封腔体的密闭墙(5)的外端设有环境气氛输入控制管道口(7)，在左密封腔体的密闭墙(4)的内端与位移传动的承载体之间设有左滑动接触装置(8)，在右密封腔体的密闭墙(5)的内端与位移传动的承载体之间设有右滑动接触装置(9)。

【技术特征摘要】
1.一种纳米位移执行器，其特征在于在衬底(3)的上表面设有氧化石墨烯薄膜(2)，在氧化石墨烯薄膜(2)上表面为薄膜上方承载面(1)构成一个位移传动的承载体，其中薄膜上方承载面(1)作为位移传动的承载面；在所述位移传动的承载体的两端分别设有左密封腔体的密闭墙(4)、右密封腔体的密闭墙(5)，在左密封腔体的密闭墙(4)的外端设有环境气氛输出控制管道口(6)，在右密封腔体的密闭墙(5)的外端设有环境气氛输入控制管道口(7)，在左密封腔体的密闭墙(4)的内端与位移传动的承载体之间设有左滑动接触装置(8)，在右密封腔体的密闭墙(5)的内端与位移传动的承载体之间设有右滑动接触装置(9)。2.根据权利要求1所述的一种纳米位移执行器，其特征在于所述左密封腔体的密闭墙(4)、右密封腔体的密闭墙(5)与位移传动的承载体之间营造出环境气氛扩充前的密闭腔。3.根据权利要求1或2所述的一种纳米位移执行器，其特征在于所述环境气氛输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：万能，邵志勇，赵小康，周雨晴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32