一种超滑基本结构、多级超滑结构、具有该结构的器件及其形成方法

一种超滑基本结构、多级超滑结构、具有该结构的器件及其形成方法
【专利摘要】一种超滑基本结构、多级超滑结构、具有该结构的器件及其形成方法。本发明属于结构超润滑领域，公开了一种超滑基本结构，包括基底，和位于基底上的多个岛状结构，其中每个岛状结构均具有至少一个超滑剪切面，所述超滑剪切面的上下接触面处于非公度接触状态。此外还公开了一种多级超滑结构，所述多级超滑结构包括所述多个超滑基本结构，多个超滑基本结构通过并排扩展、独立式叠加、共用式叠加或其组合的方式形成多级超滑结构。本发明还公开了所述超滑基本结构的形成方法。本发明突破了仅在微观范畴存在超滑现象的局限，可以达到大尺度、大滑移行程的超滑。
【专利说明】一种超滑基本结构、多级超滑结构、具有该结构的器件及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及结构超滑领域，尤其涉及一种大尺度、大滑移距离的固体超滑的结构， 用于需要超低摩擦或超低磨损的领域。
【背景技术】
[0002]摩擦磨损一直影响着人们的生产与生活。据统计，世界上有约三分之一的能源消耗在摩擦上，有约80%的机械零部件由于磨损而失效，工业发达国家因摩擦磨损造成的损失高达GDP的5%-7% ;人工关节的一个重要难题就是获得更好的润滑性能以减轻摩擦磨损问题(参见 Unsworth A.Recent developments in the tribology of artificial joints [J].Tribology International, 1995, 28(7):485-495.)。因此，几千年来人类一直在努力控制和减小摩擦，力图制造出一种极低摩擦且极耐磨损的材料或结构。大多数材料的摩擦系数都在0.1?0.5，加入润滑剂后，可以实现更低的摩擦系数(0.01?0.1)，但还是不能从根本上解决摩擦、磨损问题。因此，制造出一种极低摩擦且极耐磨损的材料或结构具有非常重要的价值。
[0003]1991年，研究者理论上提出，当两个单晶晶面以非公度的形式接触(即两表面的晶格常数不匹配时)，有可能出现摩擦为零或几乎为零的现象。这种现象被称为“超滑“(Superlubricity)(参见 Hirano M, Shinjo K，Kaneko R, et al.Anisotropy of frictional forces in muscovite mica[J] ? Physical review letters, 1991,67(19):2642.)。由于是固体表面直接接触，超滑的优点除了摩擦系数几乎为零外，还有很大可能极耐磨损，因此其应用范围将会更加广阔。但直到2011年，人们只是在超高真空环境下实现了纳米尺度的超滑，并怀疑是否能够实现大尺度的超滑。 2012年，人们首次观察到了室内环境下微米尺度的超滑(参见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，从1994年开始，多个研究组相继实现了摩擦系数低达千分之一量级的超低摩擦，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.)。由于长期未能实现大尺度的超滑，近十多年来文献上常常将摩擦系数为千分之一量级或更低的现象，称作为“超滑”；而将最初的由于非公度接触导致的摩擦磨损几乎为零的现象，改称为“结构润滑”(Structural Lubricity)(参见Miiser M H.Structural lubricity: Role of dimension and symmetry[J].EPL(Europhysics Letters), 2004, 66(1):97.)。本发明所指超滑，特指由于非公度接触导致的摩擦磨损几乎为零的现象。
[0005]由于制备大尺度单晶材料困难等原因，目前能够在实验上实现的固体结构润滑仅限于微米或更小的尺度，制备大尺度的结构超滑器件仍未能有人实现。因此，需要一种可以实现大尺度(可达厘米、甚至更大的尺度)的固体超滑器件，而且可以实现较大的滑动位移。
【发明内容】

[0006]为了解决上述问题，根据本发明的第一实施例，提供了一种超滑基本结构，包括基 底，和位于基底上的多个岛状结构，其中每个岛状结构均具有至少一个超滑剪切面，所述超 滑剪切面的上下接触面处于非公度接触状态。
[0007]特别地，所述单个岛状结构的直径为111111?3011111、高度为IOnm?10 ii m。相邻 岛状结构之间的平均间隔为I U m?100 ii m。
[0008]此外，每个岛状结构可以包括在其端部的保护层。多个岛状结构与基底可以为一 体式结构或者分体式结构连接而成。
[0009]所述岛状结构可以为石墨材料，或者岛状结构材料内部原子有局部存在层间非公 度接触的可能；或者所述岛状结构在剪切面铺有石墨或石墨烯。
[0010]岛状结构的超滑剪切面的上下接触面的面积可以相同或不同。
[0011]此外，还可以包括覆盖所述岛状结构的支撑层。所述基底和支撑层可以为平面、曲 面或柔性可变形的片状固体材料。
[0012]根据本发明的第二实施例，提供了一种多级超滑结构，所述多级超滑结构包括所 述多个超滑基本结构，所述多个超滑基本结构通过并排扩展、独立式叠加、共用式叠加或其 组合的方式形成多级超滑结构，其中，
[0013]所述并排扩展式组成方式为将多个所述超滑基本结构并排分布在一个全局基底 和一个全局支撑层之间，所述全局基底和所述全局支撑层为平面、曲面或柔性可变形的片 状固体材料，所述全局基底连接到所有的所述超滑基本结构的所述基底，所述全局支撑层 连接到所有的所述超滑基本结构的所述支撑层；
[0014]所述独立式叠加组成方式为将第N个所述超滑基本结构的所述支撑层和第N+1个 所述超滑基本结构的所述基底相连接；
[0015]所述共用式叠加组成方式为将第N个所述超滑基本结构的所述支撑层同时作为 第N+1个所述超滑基本结构的所述基底。
[0016]根据本发明的第三实施例，提供了一种具有超滑结构的器件，包括前述的超滑基 本结构或者多级超滑结构，还包括位于最底层基底下方的第一部件，和位于最顶层岛状结 构或岛状结构的支撑层上的第二部件。
[0017]根据本发明的第四实施例，提供了一种制造超滑基本结构的方法，包括如下步骤: 步骤1，提供基底；步骤2，制备岛状结构并使所述岛状结构达到与基底连接的状态；步骤3， 检测所述岛状结构是否具有超滑剪切面；步骤4，去除不具有超滑剪切面的岛。
[0018]其中，所述步骤2包括:步骤2-1，在所述基底上依次覆盖光刻胶；步骤2-2，构图 所述光刻胶，保留多个光刻胶岛；步骤2-3，刻蚀所述基底，以去除未被光刻胶保护的部分 基底，从而形成多个岛状结构。
[0019]其中所述步骤2-1包括:依次在所述基底上覆盖保护层和光刻胶；所述步骤2-3 包括:刻蚀所述基底，以去除未被光刻胶保护的保护层和部分基底，从而形成多个岛状结 构。
[0020]所述步骤2-1包括利用等离子体化学气相沉积法在所述基底上沉积Si02保护层，以及利用旋转涂布法进行光刻胶涂布；所述步骤2-2包括利用电子束刻蚀构图所述光刻 胶；所述步骤2-3包括利用反应离子刻蚀法刻蚀所述基底。
[0021]此外，所述方法还包括在所述岛状结构上设置支撑层的步骤。
[0022]其中所述岛状结构为石墨材料，或者所述岛状结构材料内部原子有局部存在层间 非公度接触的可能；或者所述岛状结构在剪切面铺有石墨或石墨烯。
[0023]本发明突破了仅在微观范畴存在超滑现象的局限，可以达到大尺度、大滑移行程 的超滑。
[0024]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】

【附图说明】
[0025]本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中:
[0026]图1示出了根据本发明第一实施例的超滑基本结构的主视图；
[0027]图2示出了根据本发明第一实施例的超滑基本结构的俯视图；
[0028]图3示出了根据本发明第一实施例的超滑基本结构的一个岛状结构滑移时的示 意图；
[0029]图4示出了根据本发明第二实施例的并排扩展方式组成的多级超滑结构的示意 图；
[0030]图5示出了根据本发明第二实施例的独立式叠加方式组成的多级超滑结构的示 意图；
[0031]图6示出了根据本发明第二实施例的共用式叠加方式组成的多级超滑结构的示 意图；
[0032]图7示出了根据本发明第一实施例的岛状结构在超滑剪切面上发生滑移的示意 图；
[0033]图8示出了根据本发明实施例的基底和支撑层为曲面或柔性材料的示意图；
[0034]图9示出了根据本发明实施例的在机械臂/探针推动下岛状结构发生滑移时的示 意图；
[0035]图10-15示出了根据本发明第四实施例的超滑基本结构的形成方法的各阶段示 意图。
【具体实施方式】
[0036]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。下文的公 开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开， 下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本 发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和 清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用 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”的结构可以包 括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特 征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
[0037]根据本发明的第一实施例，参考图1?3所示，提供了一种超滑基本结构，包括基 底103，和位于基底上的多个岛状结构102，其中每个岛状结构均具有至少一个超滑剪切 面，所述超滑剪切面的上下接触面处于非公度接触状态。图3为岛状结构剪切面发生滑移 时上下接触面102-201、102-202之间的状态。图4右侧为岛状结构102中的一个岛状结构 102-1的放大图，102-2为该岛状结构在剪切面发生滑移时的状态。
[0038]优选地，所述基底优选为石墨:例如闻定向热解石墨(HOPG)基底或者天然石墨， 或者所述基底的材料内部原子有局部存在层间非公度接触的可能即可。所述岛状结构的材 料优选为石墨:例如闻定向热解石墨(HOPG)基底或者天然石墨，或者所述基底的材料内部 原子有局部存在层间非公度接触的可能即可，或者所述岛状结构在剪切面铺有石墨或石墨 烯。所述超滑剪切面是该结构可以进行超滑有限运动的关键因素，如果岛状结构具有一个 非公度接触面，其便具有一个超滑剪切面，当岛状结构具有多个非公度接触面时，其具有多 个超滑剪切面，从而使整个结构处于结构超滑状态。优选地，所述多个岛状结构与基底为一 体式结构，当然也可为分体式结构，所述岛状结构通过原子间的范德华吸附力或微型胶粘 技术设置在基底上方。研究发现即使是在正常环境下(非高真空)，一个利用HOPG基底加工 的边长约为20 u m、高为200nm-400nm的石墨岛也可发生自回复现象。当利用微机械臂推动 石墨岛可以造成石墨岛的分层，当释放微机械臂,在表面能的推动下被推出的石墨岛会自 动回缩。而石墨岛的自缩回现象正是超滑的直接体现。
[0039]优选地，所述单个岛状结构的直径为Iiim?30 iim，所述直径是指岛状结构与基 底平行的方向上的截面上两点之间的最大距离、岛状结构的高度为IOnm?lOiim，相邻岛 状结构之间的平均间隔为Ium?IOOy m，相邻岛状结构之间的平均间隔为与基底平行的 方向上相邻岛状结构之间的距离。一般来说，如图7所示，在相同高度下，岛状结构的直径 越大，其具有非公度界面的几率越小，因此，岛状结构的直径与高度之间应具有正相关关 系，即岛状结构的直径越大，应该在刻蚀深度上更深，以便使岛状结构具有更高的高度。当 岛状结构具有更高的高度时，其非公度接触面出现的概率也更大。
[0040]特别地，每个岛状结构的端部还具有一保护层102-201。所述保护层可以是Si02， 在加工过程中为构图并刻蚀岛状结构而在基底上利用等离子体化学气相沉积法沉积Si02 保护层，例如50nm?500nm。另外，还可以在所述岛状结构上方设置一固体材料的支撑层 101，如图1所示，例如玻璃薄片或金属薄片等，所述支撑层可以通过原子间的范德华吸附 力或微型胶粘技术设置在岛状结构上方，以便对超滑结构起到保护支撑作用。
[0041]特别地，如图8所示，所述基底和支撑层可以为平面、曲面或柔性可变形的片状固 体材料。所述岛状结构的超滑剪切面的上下接触面的面积可以相同或不同。
[0042]此外，根据本发明的第二实施例，如图4?6所示，还提供了一种多级超滑结构，所 述多级超滑结构包括前述的多个超滑基本结构，所述多个超滑基本结构通过并排扩展、独 立式叠加、共用式叠加或其组合的方式形成多级超滑结构。
[0043]其中，所述并排扩展式组成方式，如图4所示，为将多个所述超滑基本结构并排分布在一个全局基底和一个全局支撑层之间，所述全局基底和所述全局支撑层为平面、曲 面或柔性可变形的片状固体材料，所述全局基底连接到所有的所述超滑基本结构的所述基 底，所述全局支撑层连接到所有的所述超滑基本结构的所述支撑层。所述独立式叠加组成 方式，如图5所示，为将第N个所述超滑基本结构的所述支撑层101、201、301和第N+1个所 述超滑基本结构的所述基底103、203、303相连接。所述共用式叠加组成方式，如图6所示， 为将第N个所述超滑基本结构的所述支撑层同时作为第N+1个所述超滑基本结构的所述基 底 103、203、303。
[0044]所述复合组成方式指多个所述超滑基本结构组成所述多级超滑结构的方式综合 使用所述并排扩展式组成方式、所述独立式叠加组成方式和所述共用式叠加组成方式中的 两项或三项或同一项多次使用，例如通过独立式叠加组成方式把3个超滑基本结构叠加在 一起得到一个二级超滑结构，再把25个这样的二级超滑结构按5X5的阵列排布成所述的 并排扩展式组成方式得到一个三级超滑结构，再把10个这样的三级超滑结构按共用式叠 加组成方式叠加成一个四级超滑结构，这样一个四级超滑结构就总共包括3X25X 10=750 个超滑基本结构。
[0045]此外根据本发明的第三实施例，还提供了一种具有超滑结构的器件，在上述结构 的基础上还包括位于最底层基底下方的第一部件(未示出)，和位于最顶层岛状结构或岛状 结构的支撑层上的第二部件(未示出)。所述第一部件和第二部件可以是常规尺寸的所需器 件，例如二维精密定位平台、高频振荡器等。
[0046]以上已经根据本发明的实施例阐述了本发明的大尺寸超滑器件的结构以及基于 此结构的器件。
[0047]如图9所示，当一个岛状结构上存在多个超滑剪切面时，通常在机械臂或探针的 推动下多个超滑剪切面中最容易被推开的层会被机械臂/探针推开，当一个剪切面被推开 后该岛状结构上存在的其他超滑剪切面可能就不会被推开。因此，当每一个岛状结构均具 有至少一个超滑剪切面时，可以保证每个岛状结构都有一个超滑剪切面被推开，从而确保 位于其上下的第一、第二器件能够有相对一致的运动幅度。
[0048]优选地，每个岛状结构具有相对一致的尺寸/横截面积/直径，这样保证每个岛状 结构被推开的位移基本一致，从而使第一器件、第二器件的相对位移最大化。当然，也可以 合理布局岛状结构的尺寸/横截面积/直径，使不同的岛/岛群具有不同的尺寸/横截面 积/直径，或者合理布局岛状结构之间的间距，从而符合各种不同的器件应用。
[0049]更优选地，所述每个岛状结构都存在两个以上的超滑剪切面，这样通过多个超滑 剪切面的剪切位移累加可以使得第一第二部件之间达到较大的相对位移。上述这些变化均 在本发明的保护范围中。
[0050]根据本发明的第四实施例，下面将详细阐述制造超滑基本结构的方法。
[0051]如图10-15所述，包括如下步骤:
[0052]步骤I，提供基底103,所述基底可以是石墨,例如闻定向热解石墨(HOPG)基底或 者天然石墨，或者基底材料的内部原子有局部存在层间非公度接触的可能。优选地，还应对 石墨基底剥落表皮，例如利用胶带粘在石墨表面然后揭开胶带从而剥落表皮，或用薄刀片 从侧面切开石墨。
[0053]而后，在步骤2，制备岛状结构并使所述岛状结构达到与基底连接的状态。具体来说，可以包括如下步骤:步骤2-1，在所述基底上依次覆盖保护层105和光刻胶104，所述保 护层105可以是Si02，厚度可以是例如50nm?500nm，可以利用等离子体化学气相沉积法 沉积所述Si02保护层。所述光刻胶104可以通过旋转涂布的方式进行覆盖。而后在步骤
2-2，构图所述光刻胶104，保留多个光刻胶岛104。构图光刻胶的步骤即确定了后续步骤中 所形成的岛状结构的布局，例如可以利用电子束刻蚀方法构图所述光刻胶，所形成的光刻 胶岛可以是，例如平均直径为I U m?30 ii m,光刻胶岛之间的平均间隔为Iiim?IOOiim, 这样刻蚀后的岛状结构也具有相应的平均直径和平均间隔。此后在步骤2-3，刻蚀所述基 底，以便去除未被光刻胶保护的保护层和部分基底，从而形成多个岛状结构102。所述刻蚀 可以是例如反应离子刻蚀。一般来说，如图7所示，在相同高度下，岛状结构的直径越大，其 具有非公度界面的几率越小，因此，岛状结构的直径与高度之间应具有正相关关系，即岛状 结构的直径越大，应该在刻蚀深度上更深，以便使岛状结构具有更高的高度。当岛状结构具 有更高的高度时，其非公度接触面出现的概率也更大。
[0054]当然也可以不覆盖所述保护层105，而直接在基底上覆盖光刻胶104并进行岛状 结构的刻蚀，从而形成不带保护层的岛状结构。
[0055]步骤3，检测所述岛状结构是否具有超滑剪切面，当刻蚀获得的岛状结构不存在超 滑剪切面时，意味着该岛状结构不能被机械臂推开，因此无法使用。需要利用机械臂逐个推 开所述岛状结构，检测该岛状结构是否具有超滑剪切面，并且标记不具有超滑剪切面的岛 状结构，以便后续工序中去除该岛。
[0056]此后，在步骤4，去除不具有超滑剪切面的岛状结构。去除岛状结构的方法可以是 例如利用反应离子刻蚀、或其他物理化学手段。
[0057]优选地，可以在所述岛状结构上方设置一固体材料的支撑层101，例如玻璃薄片或 金属薄片，所述支撑层可以通过原子间的范德华吸附力或微型胶粘技术设置在岛上方，以 便对超滑结构起到保护支撑作用。
[0058]本实施例所述的超滑基本结构的制备方法主要是通过对材料进行微加工刻蚀获 得一些岛状结构，再选择性消除部分岛状结构，仅保留存在至少一个超滑剪切面的岛状结 构，再在岛状结构上粘贴一层支撑层，由此封装成一个可达较大尺度的超滑基本结构。当然 也可以采用其他方式形成所述超滑基本结构，例如通过独立刻蚀单独形成多个岛状结构， 然后再在基底上连接所述岛状结构，例如将岛状结构通过原子间的范德华吸附力或微型胶 粘技术设置在基底上方。或者对于一般的内部原子没有局部存在层间非公度接触的可能的 材料，可以在制备岛状结构后，在其表面铺上石墨或石墨烯。例如可以用单晶硅材料作为基 底，在其上面刻蚀出岛状结构后，铺上几层非公度接触的单晶石墨烯，再通过在岛状结构内 部空隙抽真空的方式使石墨烯薄膜包裹住单晶硅的岛状结构。这样使得虽然单晶硅本身不 能超滑，但经石墨烯的修饰后也可达到超滑的效果，从而使得本发明的具体实施例可以利 用单晶硅晶粒尺寸大、工艺成熟等优点。
[0059]在通过以上制备方法获得所述超滑基本结构后，通过所述并排扩展式组成方式、 所述独立叠加组成方式、所述共用式叠加组成方式或复合组成方式把多个所述超滑基本结 构连接起来，组成所述多级超滑结构，具体连接方法可以根据具体实施例的尺寸采用常见 的胶粘或机械连接等方法。
[0060]举例来说，本发明的一个具体实施例描述如下:在横截面积为ImmX 1mm、厚度为50 Ii m的高定向热解石墨块上沉积200nm厚的二氧化娃保护层,通过电子束曝光和反应离子刻蚀的方法在石墨块上刻蚀出50X50=2500个石墨岛状结构，每个岛状结构横截面积为 5 u mX 5 u m,厚度为300nm的石墨层以及200nm的二氧化娃保护层，合计500nm,相邻石墨岛状结构的中心距离为20 Pm。石墨块剩下的高度部分作为超润基本结构的基底，即石墨下方基底和石墨岛状结构是一体式的。通过用微探针拨动各个石墨岛状结构，使其发生层间剪切滑移，然后释放微探针观察滑移的岛状结构上层能否自发地回复到原来的位置。把所有不能自回复的石墨岛状结构标记下来，然后利用光刻技术把这些不能自回复的石墨岛状结构全部刻蚀掉，仅保留能自回复的石墨岛状结构。取一个横截面积为ImmX 1mm、厚度为 50i!m的玻璃薄片，在玻璃薄片的一面涂上环氧树脂胶水，然后粘贴到石墨岛状结构上。由此得到了一个横截面积为ImmX 1mm、厚度为0.1mm的超滑基本结构,其滑移行程〈5 u m。
[0061]如此制造10X10=100个这样的超滑基本结构，把它们按照并排扩展式组合方式排布成10X10的方形阵列，相邻超滑基本结构的中心距离为10mm。再取两块横截面积为 IOcmX 10cm、厚度为0.5mm的PDMS (Polydimethylsi1xane, 一种高分子有机娃化合物，具有光学透明、弹性良好、无毒、不易燃的特性)薄片作为全局基底和全局盖子，把它们的一面涂上环氧树脂胶水，然后把两块PDMS薄片分别粘贴到超滑基本结构组成的方形阵列的上下表面。由此得到了一个横截面积为IOcmXlOcm、厚度为1.1mm的二级超滑结构，其滑移行程〈5 u m,且它是透光、柔性可弯曲的薄片状。
[0062]再如此制造20个上述二级超滑结构，把它们按照共用式叠加组成方式叠加起来， 把第一个二级超滑结构的全局盖子同时作为第二个二级超滑结构的全局基底，如此类推叠加起来，就得到一个三级超滑结构，其横截面积为IOcmX IOcm,厚度为1.25cm,滑移行程 〈0.1mm，且它是透光、柔性可弯曲的薄片状。
[0063]通过上面所述的本发明的一个具体实施例可以直观地看到本发明可以达到大尺度、大滑移行程的超滑，这将大大突破以往超滑只能在微观尺度实现的局限性。
[0064]以上所述实施例仅为本发明的几个较优化的实施例，本发明不局限于这几个实施例，还应允许其它的变化。凡在本发明独立权要求范围内变化的，或本领域一般技术人员可以依据本发明轻易想到的变化，均属于本发明的保护范围。
[0065]此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员.将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
【权利要求】
1.一种超滑基本结构，包括基底，和位于基底上的多个岛状结构，其中每个岛状结构均具有至少一个超滑剪切面，所述超滑剪切面的上下接触面处于非公度接触状态。
2.根据权利要求1所述的结构，其中所述单个岛状结构的直径为111111?3011111、高度为 IOnm ?10 u m。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，相邻岛状结构之间的平均间隔为IU m? 100 u m0
4.根据权利要求1所述的结构，其中每个岛状结构包括在其端部的保护层。
5.根据权利要求1所述的结构，其中所述多个岛状结构与基底为一体式结构。
6.根据权利要求1所述的结构，其中所述岛状结构为石墨材料。
7.根据权利要求1所述的结构，其中所述岛状结构材料内部原子有局部存在层间非公度接触的可能；或者所述岛状结构在剪切面铺有石墨或石墨烯。
8.根据权利要求1所述的结构，其中所述岛状结构的超滑剪切面的上下接触面的面积可以相同或不同。
9.根据权利要求1所述的结构，还包括覆盖所述岛状结构的支撑层。
10.根据权利要求1至9所述的结构，其中，所述基底和支撑层为平面、曲面或柔性可变形的片状固体材料。
11.一种多级超滑结构，其特征在于:所述多级超滑结构包括多个权利要求1?10任一项所述的超滑基本结构，所述多个超滑基本结构通过并排扩展、独立式叠加、共用式叠加或其组合的方式形成多级超滑结构，其中，所述并排扩展式组成方式为将多个所述超滑基本结构并排分布在一个全局基底和一个全局支撑层之间，所述全局基底和所述全局支撑层为平面、曲面或柔性可变形的片状固体材料，所述全局基底连接到所有的所述超滑基本结构的所述基底，所述全局支撑层连接到所有的所述超滑基本结构的所述支撑层；所述独立式叠加组成方式为将第N个所述超滑基本结构的所述支撑层和第N+1个所述超滑基本结构的所述基底相连接；所述共用式叠加组成方式为将第N个所述超滑基本结构的所述支撑层同时作为第N+1 个所述超滑基本结构的所述基底。
12.—种具有超滑结构的器件，包括根据权利要求1至11任意之一所述的结构，还包括位于最底层基底下方的第一部件，和位于最顶层岛状结构或岛状结构的支撑层上的第二部件。
13.—种制造超滑基本结构的方法，包括如下步骤:步骤I，提供基底；步骤2，制备岛状结构并使所述岛状结构达到与基底连接的状态；步骤3，检测所述岛状结构是否具有超滑剪切面；步骤4，去除不具有超滑剪切面的岛。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述步骤2包括:步骤2-1，在所述基底上依次覆盖光刻胶；步骤2-2，构图所述光刻胶，保留多个光刻胶岛；步骤2-3，刻蚀所述基底，以去除未被光刻胶保护的部分基底，从而形成多个岛状结构。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述步骤2-1包括:依次在所述基底上覆盖保护层和光刻胶；所述步骤2-3包括:刻蚀所述基底，以去除未被光刻胶保护的保护层和部分基底，从而形成多个岛状结构。
16.根据权利要求15所述的方法，所述步骤2-1包括利用等离子体化学气相沉积法在所述基底上沉积Si02保护层，以及利用旋转涂布法进行光刻胶涂布；所述步骤2-2包括利用电子束刻蚀构图所述光刻胶；所述步骤2-3包括利用反应离子刻蚀法刻蚀所述基底。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括在所述岛状结构上设置支撑层的步骤。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述岛状结构为石墨材料。
19.根据权利要求13所述的方法，其中所述岛状结构材料内部原子有局部存在层间非公度接触的可能；或者所述岛状结构在剪切面铺有石墨或石墨 烯。
【文档编号】C23C16/44GK103438348SQ201310355985
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2013年8月15日
【发明者】郑泉水, 董华来, 刘泽, 江博, 王稳 申请人:清华大学