【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械手，具体为一种用于二维材料转移制备的微尺度位移机械手装置。
技术介绍
1、自从石墨烯被发现以来二维材料的应用得到了迅猛的发展，其可以通过范德华异质结工程构筑单一材料所不具备的新器件结构与物理性质。因此，由两种或以上的二维材料所制备的异质结材料成为了延续摩尔定理、突破传统材料极限的最佳选项之一。在二维材料的研究中，通常采用机械剥离法来转移与制备二维材料，机械剥离可以使用高质量单晶材料作为母样进行解离，确保得到的二维材料具有良好的单晶性和高晶体质量。但是传统人工机械剥离的转移方法存在产物不稳定，效率低下等问题，这极大地限制了二维材料的研究与发展。
2、授权公告号为cn 111874896 b的专利公开了一种精准转移二维材料的方法及其应用，包括以下步骤：在衬底上获取二维材料，旋涂pmma形成pmma膜，使二维材料附着在pmma膜下方；将pmma膜与衬底分离，利用透明载体粘附pmma膜；将附着有pmma膜的透明载体倒贴在位移台的机械臂上，将其转移至目标衬底的目标位置；依次去除透明载体、pmma膜，即可实现二维材料的精准转移。但该方法的转移过程使用pmma膜，吸附的面积较大，但较大区域内吸附的材料是有限的，后期需要充分的按压，由于操作面积较大，按压后的吸附效果较差，所转移的材料不能全部进行使用，会造成材料和pdms的浪费，增加成本，此外，上述过程在去除膜以及粘附过程是需要借助人工辅助操作来完成二维材料的转移的，并且只能实现单次少量的二维材料转移，转移效率低下。该方法需要加热pmma一段时间，此时间的花费进一步
3、公开号为cn 111312594a的专利提出一种二维材料转移组装系统及方法，包括底座基板，操作系统和成像观察系统，操作系统是由xy+θ二维平面转角样品台和三维(xyz)手动操作台组成，xy+θ二维平面转角样品台用于放置和调节衬底材料及其位置，三维(xyz)手动操作台用于精确控制待转移二维材料薄片与衬底材料目标区域的对准；成像观察系统由具有双轴照明功能的长焦透镜，数码相机及其机械固定调节装置组成。该装置采用了配合关系简单且自由度高的机械结构，但是整个转移过程仍需借助人工辅助操作：一、需要人工观察成像系统找到附着二维材料的pdms薄片；二、需要人工固定附着二维材料的pdms薄片；三、需要人工借助手动操作台来完成最终的二维材料转移过程。该装置主要借助人工辅助操作，装置运行效率较低，并且转移时的按压力由人工掌控，这进一步地增加了产物质量的不确定性。
4、现有的机械手装置普遍结构复杂并且体积较大，并不适用于微纳尺度的二维材料转移过程。本专利技术提供一种新型的机械手结构，其包含的机械手夹取结构体积小、结构简单，可以实现并排夹取转移二维材料，同时结合控制系统，可以实现同时转移制备多个二维材料，从而实现二维材料的高效率转移制备。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是，提供一种用于二维材料转移制备的微尺度位移机械手装置。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种用于二维材料转移制备的微尺度位移机械手装置，包括机械手1、存储元件3、传动元件2，传动元件根据转移制备需要，移动机械手至指定位置；存储元件存储转移制备所需的材料；所述机械手将pdms球抓起并使其与原料接触，使原料附着于球心，完成二维材料转移制备；
4、所述机械手包括：夹取组件5和机械手外壳4，所述夹取组件5并排安装在机械手外壳4上；
5、所述机械手外壳内沿高度方向并排设置有若干数量用于存储电磁铁的开孔槽41，在每个开孔槽41的下部同轴设置有用于存储固定夹取组件5的容纳槽42，在开孔槽内安装电磁铁，电磁铁为夹取组件提供动力；
6、所述夹取组件5包括：夹取头部6、夹取顶杆7、夹取外壳8；所述夹取外壳为铁磁性料制成，一端具有中空喇叭形结构，在夹取外壳的侧面上设置敞开槽，夹取外壳内部设置中空通道用于安装夹取顶杆7；
7、所述夹取顶杆7包括长杆部分和把手部分，长杆部分嵌在夹取外壳8的中空通道内，把手部分位于夹取外壳的敞开槽所在范围内，且把手部分与机械手外壳固定在一起，长杆部分的端部连接夹取头部6；
8、所述夹取头部6包括为喇叭状结构和竖直段，夹取头部6的中部开通孔，夹取外壳8的中空喇叭形结构配合夹取头部6完成夹取动作，由夹取外壳8束缚时，夹取头部6闭合能使通孔形成一个圆形通道，夹取外壳8松开束缚时夹取头部6打开，夹取顶杆7的下端尺寸与夹取头部的圆形通道配合，夹取顶杆7的下端深入到夹取头部的喇叭状结构附近，但不伸出夹取头部6，夹取pdms球时，pdms球的上端与夹取顶杆7的下端接触，且pdms球的下部露在夹取头部之外。
9、进一步地，所述夹取头部6为三瓣式结构，圆形通道的直径与夹取顶杆下端直径一致，夹取顶杆的上部直径与夹取外壳8的中空通道直径一致；夹取头部6的喇叭状结构61的长度与夹取外壳8的中空喇叭形结的高度相同，夹取外壳8的中空喇叭形结够能够套装在夹取头部6的喇叭状结构外。
10、进一步地，夹取头部6的喇叭状结构61的长度为3mm，竖直段62长度为3mm。圆形通道的直径为0.8mm；夹取外壳8的中空喇叭形结构的小直径端外径为3.5mm，大直径端外径为5mm，中空部分的内径为3mm，中空喇叭形结构的高度为3mm；夹取顶杆7的下端尺寸直径为0.8mm。
11、进一步地，所述机械手外壳整体呈“7”字型，包括水平连接段和竖直段，竖直段内并排设置多行多列的用于存储电磁铁的开孔槽41。
12、进一步地，夹取顶杆7在夹取过程中其位置相对机械手外壳4静止，由于夹取外壳8与夹取头部6配合部分均为梯形的斜面，夹取时能夹紧不同尺寸的pdms小球，且夹取外壳落下后能够收紧二者梯形的接触面，保持球夹紧状态；夹取外壳8的重力大于使夹取头部6完全合拢的压力；夹取头部6使用弹性材料能在自然状态时保持张开状态，并配合夹取外壳8的重力时能完全合拢。
13、进一步地，当夹取头部6完全张开时为该装置可夹取的pdms小球最大直径，夹取头部完全合拢时为该装置可夹取的pdms小球最小直径，当pdms小球直径处于上述最大与最小直径之间时能被夹取。
14、进一步地，所述传动元件2能够带动机械手进行上下、左右、前后三维空间内的移动，包括：直线滑台一9、直线滑台二10、直线滑台三11、直线滑台四12、台架18、滑台支撑一19、滑台支撑二20；
15、两个台架18平行并排布置，每个台架的两端分别通过滑台支撑一、滑台支撑二固定在底座21上，直线滑台一9、直线滑台二10分别固定于两个台架18上，所述直线滑台三11的两端分别安装在直线滑台一9和直线滑台二10的上方，直线滑台三11能够在直线滑台一9和直线滑台二10上沿前后方向移动，直线滑台四12固定于直线滑台三11中部前方，能够跟随直线滑台三11进行上下方向的移动，所述机械手外壳固定在直线滑本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于二维材料转移制备的微尺度位移机械手装置，包括机械手、存储元件、传动元件，传动元件根据转移制备需要，移动机械手至指定位置；存储元件存储转移制备所需的材料；其特征在于，所述机械手将PDMS球抓起并使其与原料接触，使原料附着于球心，完成二维材料转移制备；
2.根据权利要求1所述的机械手装置，其特征在于，所述夹取头部为三瓣式结构，圆形通道的直径与夹取顶杆下端直径一致，夹取顶杆的上部直径与夹取外壳的中空通道直径一致；夹取头部的喇叭状结构的长度与夹取外壳的中空喇叭形结的高度相同，夹取外壳的中空喇叭形结够能够套装在夹取头部的喇叭状结构外。
3.根据权利要求2所述的机械手装置，其特征在于，夹取头部的喇叭状结构的长度为3mm，竖直段长度为3mm。圆形通道的直径为0.8mm；夹取外壳的中空喇叭形结构的小直径端外径为3.5mm，大直径端外径为5mm，中空部分的内径为3mm，中空喇叭形结构的高度为3mm；夹取顶杆的下端尺寸直径为0.8mm。
4.根据权利要求1所述的机械手装置，其特征在于，所述机械手外壳整体呈“7”字型，包括水平连接段和竖直段，竖直段内并排
5.根据权利要求1所述的机械手装置，其特征在于，夹取顶杆在夹取过程中其位置相对机械手外壳静止，由于夹取外壳与夹取头部配合部分均为梯形的斜面，夹取时能夹紧不同尺寸的PDMS小球，且夹取外壳落下后能够收紧二者梯形的接触面，保持球夹紧状态；夹取外壳的重力大于使夹取头部完全合拢的压力；夹取头部使用弹性材料能在自然状态时保持张开状态，并配合夹取外壳的重力时能完全合拢。
6.根据权利要求1所述的机械手装置，其特征在于，当夹取头部完全张开时为该装置可夹取的PDMS小球最大直径，夹取头部完全合拢时为该装置可夹取的PDMS小球最小直径，当PDMS小球直径处于上述最大与最小直径之间时能被夹取。
7.根据权利要求1所述的机械手装置，其特征在于，所述传动元件能够带动机械手进行上下、左右、前后三维空间内的移动，包括：直线滑台一、直线滑台二、直线滑台三、直线滑台四、台架、滑台支撑一、滑台支撑二；
8.根据权利要求1所述的机械手装置，其特征在于，所述存储元件包括PDMS球存储板、原料存储板，PDMS球存储板、原料存储板均固定于底座上，分别存储PDMS球和原料；PDMS球存储板上设置有阵列式的若干数量的PDMS球存储孔；原料存储板上设置有用于存储转移的原材料的卡槽，原料存储板上卡槽的数量与夹取组件的数量和位置一致。
9.根据权利要求1所述的机械手装置，其特征在于，所述机械手装置还包括控制系统，控制系统与传动元件、机械手、电磁铁电性连接。
10.一种使用权利要求1-9任一所述装置进行二维材料转移的方法，其特征在于，所述方法的过程是：
...【技术特征摘要】
1.一种用于二维材料转移制备的微尺度位移机械手装置，包括机械手、存储元件、传动元件，传动元件根据转移制备需要，移动机械手至指定位置；存储元件存储转移制备所需的材料；其特征在于，所述机械手将pdms球抓起并使其与原料接触，使原料附着于球心，完成二维材料转移制备；
2.根据权利要求1所述的机械手装置，其特征在于，所述夹取头部为三瓣式结构，圆形通道的直径与夹取顶杆下端直径一致，夹取顶杆的上部直径与夹取外壳的中空通道直径一致；夹取头部的喇叭状结构的长度与夹取外壳的中空喇叭形结的高度相同，夹取外壳的中空喇叭形结够能够套装在夹取头部的喇叭状结构外。
3.根据权利要求2所述的机械手装置，其特征在于，夹取头部的喇叭状结构的长度为3mm，竖直段长度为3mm。圆形通道的直径为0.8mm；夹取外壳的中空喇叭形结构的小直径端外径为3.5mm，大直径端外径为5mm，中空部分的内径为3mm，中空喇叭形结构的高度为3mm；夹取顶杆的下端尺寸直径为0.8mm。
4.根据权利要求1所述的机械手装置，其特征在于，所述机械手外壳整体呈“7”字型，包括水平连接段和竖直段，竖直段内并排设置多行多列的用于存储电磁铁的开孔槽。
5.根据权利要求1所述的机械手装置，其特征在于，夹取顶杆在夹取过程中其位置相对机械手外壳静止，由于夹取外壳与夹取头部配合部分均为梯形的斜面，夹取时能夹紧不同尺寸的pdm...
【专利技术属性】
技术研发人员：武帅，李锐腾，申翔东，王迪，安翠华，邓齐波，赵丽滨，胡宁，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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