[發明專利]精密扭秤及其制備方法

有效

• 申請號: 202010049331.X
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN113199155B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 叢琳;袁子;姜開利;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/064;B23K26/70;G01L1/24;G01L3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種精密扭秤，其包括一根扭絲和一反射鏡，所述扭絲為一根懸空的碳納米管，所述反射鏡懸掛固定于所述碳納米管上，所述反射鏡包括一薄膜和兩反射層，所述薄膜包括兩層或兩層以上層疊設置的二維材料，所述薄膜具有相對的第一表面和第二表面，所述兩反射層分別形成于所述薄膜的第一表面和第二表面。本發明還涉及一種精密扭秤的制備方法。所述精密扭秤可以用于微小力或力矩的測量，具有極高的靈敏度和測量精度。

技術領域

本發明涉及精密儀器領域，特別涉及一種精密扭秤及其制備方法。

背景技術

精密扭秤為一種扭擺結構，可以作為測量微小力和力矩的工具，其主要包括一根可以扭轉的扭絲和具有轉動慣量的旋轉體。目前，精密扭秤的扭絲多采用金屬纖維如鎢纖維或二氧化硅纖維，然而這些纖維的制備較繁鎖復雜，且這些纖維的直徑多為幾十微米甚至幾百微米，導致扭秤的測量精度及靈敏度較低；而且，精密扭秤的旋轉體多采用金屬塊或鍍金屬熔融石英塊，這樣的旋轉體，質量大、體積小，轉動慣量大，不易旋轉，同樣會降低扭秤的測量精度和靈敏度。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種具有較高測量精度和靈敏度的精密扭秤及其制備方法。

一種精密扭秤，其包括一根扭絲和一反射鏡，所述扭絲為一根懸空的碳納米管，所述反射鏡懸掛固定于所述碳納米管上，所述反射鏡包括一薄膜和兩反射層，所述薄膜包括兩層或兩層以上層疊設置的二維材料，所述薄膜具有相對的第一表面和第二表面，所述兩反射層分別形成于所述薄膜的第一表面和第二表面。

一種精密扭秤的制備方法，其具體包括以下步驟：

步驟一，提供一基底，所述基底的表面具有一凹陷部；

步驟二，在所述基底的表面形成一第一薄膜預制體，所述第一薄膜預制體覆蓋所述基底的凹陷部并在所述凹陷部的位置懸空設置，所述第一薄膜預制體包括兩層或兩層以上層疊設置的二維材料；

步驟三，使用激光切割所述第一薄膜預制體，得到一第二薄膜預制體，所述第二薄膜預制體具有相對的第一部分和第二部分以及位于所述第一部分和第二部分之間的中間部分，所述第一部分和第二部分分別設置于所述基底的表面由所述基底支撐，所述第二薄膜預制體的中間部分設置于所述凹陷部的上方而懸空；

步驟四，提供一根碳納米管，將所述碳納米管轉移至所述基底的表面，所述碳納米管橫跨所述通孔并與所述第二薄膜預制體接觸交叉，所述碳納米管的兩端與所述基底的表面接觸；

步驟五，使用所述激光切割所述第二薄膜預制體，得到具有預定形狀的薄膜，所述薄膜懸掛固定于所述碳納米管的表面；以及

步驟六，所述薄膜具有相對的兩個第一表面和第二表面，分別在所述第一表面和第二表面形成一反射層。

與現有技術相比，本發明中，單根碳納米管具有納米級的直徑，且二維納米材料質量輕及表面積大從而具有小的轉動慣量，則采用單根碳納米管做精密扭秤的扭絲及采用二維納米材料制備精密扭秤的反射鏡，可以使該精密扭秤具有極高的靈敏度和測量精度，且可以用于微小力或力矩的測量。

附圖說明

圖1為本發明實施例所提供的精密扭秤的主視結構示意圖。

圖2為本發明實施例所提供的精密扭秤的俯視結構示意圖。

圖3為本發明實施例所提供的精密扭秤的立體結構的示意圖。

圖4為本發明實施例所提供的制備精密扭秤的工藝流程圖。

圖5為本發明實施例所提供的精密扭秤的光學顯微鏡照片。

圖6為本發明實施例所提供的精密扭秤在光功率電流分別為10mA、15mA、20mA、25mA的激光照射下的光學顯微鏡照片。

主要元件符號說明