本發明涉及微納器件，尤其涉及一種反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器及位移控制方法。

背景技術：

1、本世紀以來，低維材料的研究與應用獲得突破性進展。這為器件的小型化奠定了基礎，納米機電系統結合了微機電系統的設計原理和納米材料的尺度效應，旨在實現更高效的信號處理、能量轉換和物質傳輸。目前，納米機電系統設計現已成為全球研究熱點之一。盡管在碳基納米材料如碳納米管和石墨烯的制備和應用方面已取得一些進展，但納米材料、結構、器件的原子尺度精確加工、生產還處于探索階段，要實現更復雜、更精細的控制和加工仍然是當前研究的重要挑戰之一。在原子尺度上的精確加工和組裝，特別是針對更復雜和更精細的結構，需要創新的加工技術和精準的控制方法。

2、納米級別的位移控制對于探索納米級物體的運移狀態和構建更低尺度的納米結構具有重要意義，同時，位移控制達到納米級別不僅可以在實驗室條件下實現對納米級系統的精確操作，還為理解和利用納米材料的獨特性質提供了重要工具。探索和發展一種可快速準確實現納米級位移控制的器件至關重要。

3、因此，現有技術還有待于改進和發展。

技術實現思路

1、鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器及位移控制方法，旨在解決現有技術缺乏可快速準確實現納米級位移控制的器件的問題。

2、本發明的技術方案如下：

3、本發明的第一方面，提供一種反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器，包括約束層、變形段和功能段；

4、所述約束層用于限制所述變形段的位移，所述約束層包括納米基底和分別位于所述納米基底兩端的第一納米基塊和第二納米基塊，所述納米基底為石墨烯材料；

5、所述變形段包括納米彈簧，所述納米彈簧為反蜂窩狀石墨烯剪紙，用于使所述功能段在產生位移后恢復至初始位置；

6、所述功能段包括碳納米管，所述碳納米管在電場作用下產生位移，并使所述納米彈簧產生變形；

7、所述納米彈簧與所述碳納米管均通過石墨烯層間的范德華力作用附著在所述納米基底上，所述納米彈簧一端與所述碳納米管通過原子堆積固定連接，所述納米彈簧另一端與所述第一納米基塊或所述第二納米基塊通過原子堆積固定連接。

8、可選地，所述納米基底由1-3層石墨烯組成。

9、優選地，所述納米基底由3層石墨烯組成。

10、可選地，所述納米基底的尺寸為：長度為80-120nm，寬度為30-60nm。

11、優選地，所述納米基底的尺寸為：長度為85nm，寬度為35nm。

12、可選地，所述納米彈簧為雙層的反蜂窩狀石墨烯剪紙。

13、可選地，所述納米彈簧在初始狀態下的尺寸：長為30-50nm，寬為10-30nm。

14、優選地，所述納米彈簧變形段在初始狀態下的尺寸：長為42nm，寬為25nm。

15、可選地，所述功能段為(17，0)型碳納米管。

16、本發明的第二方面，提供一種位移控制方法，所述位移控制方法基于權利要求1-9任一項所述的反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器，所述位移控制方法包括：

17、初始狀態下，所述納米彈簧與碳納米管通過石墨烯層間范德華力作用穩定附著在納米基底上；

18、工作狀態下，沿所述納米彈簧至碳納米管的方向施加電場，所述碳納米管在電場力作用下產生位移，并拉動所述納米彈簧發生變形，在平衡位置保持穩定狀態；

19、卸載電場后，所述碳納米管在變形后納米彈簧產生的回復力及所述納米基底的范德華力的共同作用下，從平衡位置恢復至初始狀態。

20、有益效果：本發明提供了一種反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器及位移控制方法，所述反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器包括約束層、變形段和功能段；所述約束層包括由石墨烯構成的納米基底；所述功能段包括碳納米管，在電場作用下產生位移使所述納米彈簧產生變形；所述變形段包括由反蜂窩狀石墨烯剪紙構成的納米彈簧，用于使所述功能段在產生位移后恢復至初始位置。基于反蜂窩狀的石墨烯剪紙結構具有優異的極限彈性變形率，能產生極大的極限彈性拉伸長度，所以反蜂窩狀剪紙結構可以產生超70％變形或位移。因此，本發明提供的所述位移控制器在電場控制下，可以實現大變形/位移(>70％)、快速響應(納秒級)以及準確控制的納米級精度的位移控制。

技術特征：

1.一種反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器，其特征在于，包括約束層、變形段和功能段；

2.根據權利要求1所述的反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器，其特征在于，所述納米基底由1-3層石墨烯組成。

3.根據權利要求2所述的反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器，其特征在于，所述納米基底由3層石墨烯組成。

4.根據權利要求1所述的反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器，其特征在于，所述納米基底的尺寸為：長度為80-120nm，寬度為30-60nm。

5.根據權利要求4所述的反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器，其特征在于，所述納米基底的尺寸為：長度為85nm，寬度為35nm。

6.根據權利要求1所述的反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器，其特征在于，所述納米彈簧為雙層的反蜂窩狀石墨烯剪紙。

7.根據權利要求6所述的反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器，其特征在于，所述納米彈簧在初始狀態下的尺寸：長為30-50nm，寬為10-30nm。

8.根據權利要求7所述的反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器，其特征在于，所述納米彈簧變形段在初始狀態下的尺寸：長為42nm，寬為25nm。

9.根據權利要求1所述的反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器，其特征在于，所述功能段為(17，0)型碳納米管。

10.一種位移控制方法，其特征在于，所述位移控制方法基于權利要求1-9任一項所述的反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器，所述位移控制方法包括：

技術總結
本發明屬于微納器件技術領域，公開了一種反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器及位移控制方法。所述反蜂窩狀剪紙結構納米位移控制器包括約束層、變形段和功能段；約束層包括由石墨烯構成的納米基底；功能段包括碳納米管，在電場作用下產生位移使變形段產生變形；所述變形段包括由反蜂窩狀石墨烯剪紙構成的納米彈簧，使所述功能段在產生位移后恢復至初始位置。因反蜂窩狀的石墨烯剪紙結構具有優異的極限彈性變形率，能產生極大的極限彈性拉伸長度，本發明提供的位移控制器在電場控制下，可以實現>70％的大變形/位移，同時具有快速響應(納秒級)以及準確控制的納米級精度的位移控制和定位能力。

技術研發人員：蔡坤,馮慧昌,朱海軍
受保護的技術使用者：哈爾濱工業大學（深圳）（哈爾濱工業大學深圳科技創新研究院）
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24