一种载流刻划实验装置及载流刻划实验系统

1.本发明涉及载流摩擦技术领域，特别涉及一种载流刻划实验装置及载流刻划实验系统。


背景技术：

2.随着科学技术的进步，滑动电接触元件的摩擦学问题引起了广泛关注，滑动电接触元件主要是指在复杂的电力系统中，通过两个导体的滑动，在各种接触界面上传递电流或信号的装置。比如集电靴、电气化铁路系统、导电刷、受电弓等。
3.滑动电接触元件的摩擦学是一个涉及电学、摩擦学、传热学、力学、物理学、化学和材料学的多学科交叉问题。目前虽然以开发新型电接触材料，探讨载流摩擦磨损的机理以及寻求降低电接触表面的摩擦等为主要研究方向，并在这些方面已经取得了一定的进步，但是对于滑动电接触元件，如何降低电接触表面的摩擦始终限制着载流摩擦学的发展。
4.在宏观尺度上一般采用球盘式摩擦磨损机研究不同材料的载流刻划特性，可以为一些较大尺度的实际工程应用提供理论支持。在纳观尺度上主要是利用原子力显微镜对二维材料进行载流刻划特性的研究，是原子尺度下的单粗糙峰的接触，原子力显微镜针尖的曲率半径一般为几个纳米。但微纳器件间的接触一般为多粗糙峰接触，所以对于微观小尺度下的载流刻划研究更符合微纳器件的载流条件。研究表明，不同尺度下的载流刻划条件对于刻划特性具有一定的影响，对于具有不同导电性的纳米结构碳膜微观尺度下的载流刻划特性还鲜有研究。
5.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

6.鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种载流刻划实验装置及载流刻划实验系统，旨在解决现有的载流刻划装置无法适用于微观尺度下的载流刻划特性的研究的问题。
7.为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
8.第一方面，本发明实施例提供了一种载流刻划实验装置，其中，包括：
9.第一位移台，所述第一位移台上用于放置样品；
10.第二位移台，所述第二位移台设于所述第一位移台的一侧；
11.悬臂梁，所述悬臂梁的一端与所述第二位移台相连接，所述悬臂梁的另一端位于所述第一位移台的上方；
12.微米级针尖，所述微米级针尖的一端与所述悬臂梁的另一端相连接，所述微米级针尖的另一端朝向所述第一位移台设置，并用于在所述样品的表面刻划。
13.作为进一步的改进技术方案，所述载流刻划实验装置中，所述微米级针尖的曲率半径为5μm，锥顶角为60
°
。
14.作为进一步的改进技术方案，所述载流刻划实验装置中，所述悬臂梁包括：
15.法向悬臂，所述法向悬臂与所述第二位移台相连接，并位于所述第一位移台的上方，且所述法向悬臂的宽度方向平行于所述第一位移台的表面设置；
16.连接块，所述连接块设于所述法向悬臂背离所述第二位移台的一端上；
17.切向悬臂，所述切向悬臂与所述法向悬臂位于同一直线上，所述切向悬臂的一端与所述连接块相连接，所述切向悬臂的另一端用于与所述微米级针尖相连接，且所述切向悬臂的宽度方向垂直于所述第一位移台的表面设置。
18.作为进一步的改进技术方案，所述载流刻划实验装置中，所述载流刻划实验装置还包括第一应变片和第二应变片；
19.所述第一应变片设于所述法向悬臂上，且所述第一应变片用于采集施加在所述微米级针尖上的载荷的大小；
20.所述第二应变片设于所述切向悬臂上，且所述第二应变片用于用于采集所述微米级针尖和样品之间的摩擦力。
21.作为进一步的改进技术方案，所述载流刻划实验装置中，所述载流刻划实验装置还包括：
22.针尖固定块，所述针尖固定块设于所述切向悬臂的另一端上，且所述针尖固定块朝向所述第一位移台的端部与所述微米级针尖可拆卸连接；
23.加载平台，所述加载平台设于所述针尖固定块背离所述微米级针尖的端面上。
24.作为进一步的改进技术方案，所述载流刻划实验装置中，所述载流刻划实验装置还包括绝缘块，所述绝缘块设于所述针尖固定块和所述微米级针尖之间。
25.作为进一步的改进技术方案，所述载流刻划实验装置中，所述微米级针尖为金刚石针尖或金刚石掺杂导电针尖。
26.作为进一步的改进技术方案，所述载流刻划实验装置中，所述第一位移台包括：
27.电动固定座，所述电动固定座的内部设有移动槽；
28.电动螺杆，所述电动螺杆位于所述移动槽内，所述电动螺杆的一端与所述电动固定座的一端转动连接，所述电动螺杆的另一端穿过所述电动固定座的另一端；
29.驱动电机，所述驱动电机设于所述电动固定座的另一端的外侧，并与所述电动螺杆的另一端相连接；
30.电动位移块，所述电动位移块位于所述移动槽内，并与所述电动螺杆相连接，且所述电动位移块上设有用于放置样品的样品台。
31.作为进一步的改进技术方案，所述载流刻划实验装置中，所述第二位移台包括：
32.x方向底座；
33.x方向位移块，所述x方向位移块滑动设于所述x方向底座上；
34.x方向螺杆，所述x方向螺杆贯穿所述x方向底座的一端和所述x方向位移块，并与所述x方向底座的另一端转动连接，且所述x方向螺杆用于驱动所述x方向位移块在x方向移动；
35.y方向底座，所述y方向底座设于所述x方向位移块上；
36.y方向位移块，所述y方向位移块滑动设于所述y方向底座上；
37.y方向螺杆，所述y方向螺杆贯穿所述y方向底座的一端和所述y方向位移块，并与所述y方向底座的另一端转动连接，且所述y方向螺杆用于驱动所述y方向位移块在y方向移
动；
38.z方向底座，所述z方向底座设于所述y方向位移块上；
39.z方向位移块，所述z方向位移块滑动设于所述z方向底座上，且所述z方向位移块与所述悬臂梁相连接；
40.z方向螺杆，所述z方向螺杆的一端贯穿所述z方向位移块，并转动连接于所述z方向底座内，且所述z方向螺杆用于驱动所述z方向位移块在z方向移动。
41.第二方面，本发明实施例提供了一种载流刻划实验系统，其中，包括：计算机、控制器、信号采集板、数字源表以及上述的载流刻划实验装置；其中，所述计算机分别与所述信号采集板和控制器相连接，所述信号采集板用于与所述悬臂梁相连接，所述数字源表用于与所述微米级针尖和样品相连接，所述控制器与所述第一位移台相连接。
42.本发明所采用的技术方案具有以下有益效果：
43.本发明提供的载流刻划实验装置包括：第一位移台、第二位移台、悬臂梁和微米级针尖；其中，所述第一位移台上用于放置样品，所述第二位移台设于所述第一位移台的一侧；所述悬臂梁的一端与所述第二位移台相连接，所述悬臂梁的另一端位于所述第一位移台的上方；所述微米级针尖的一端与所述悬臂梁的另一端相连接，所述微米级针尖的另一端朝向所述第一位移台设置，并用于在所述样品的表面刻划；本发明通过增加微米级针尖，可以在样品的表面刻划出微米级的划痕，为微观尺度下的载流刻划创造实验条件，以便于对不同导电性的纳米结构碳膜微观尺度下的载流刻划特性研究。
附图说明
44.图1为本发明提供的一种载流刻划实验装置的实施结构示意图；
45.图2为图1中a处的局部放大图；
46.图3为本发明提供的一种载流刻划实验装置中第一位移台的结构示意图；
47.图4为本发明提供的一种载流刻划实验装置中第二位移台的结构示意图；
48.图5为本发明提供的一种载流刻划实验系统的结构框图。
49.附图标记：100、第一位移台；200、第二位移台；300、悬臂梁；400、微米级针尖；10、样品；110、电动固定座；120、电动螺杆；130、驱动电机；140、电动位移块；111、移动槽；11、样品台；210、x方向底座；220、x方向位移块；230、x方向螺杆；231、第一手柄；240、y方向底座；250、y方向位移块；260、y方向螺杆；261、第二手柄；270、z方向底座；280、z方向位移块；290、z方向螺杆；291、第三手柄；310、法向悬臂；320、连接块；330、切向悬臂；500、第一应变片；600、第二应变片；700、针尖固定块；800、加载平台；20、计算机；30、控制器；40、信号采集板；50、数字源表。
具体实施方式
50.为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
51.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以
是直接连接到另一个部件或者间接连接至该另一个部件上。
52.还需说明的是，本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
53.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
54.载流刻划是指在滑动过程中，两接触表面不仅可以承担运动的传递，同时还要保证电流的输运，完成电信号或者电力的传送。
55.现有技术中通常是在宏观和纳观上研究不同材料的载流刻划特性，具体的：
56.1、在宏观尺度上一般采用球盘式摩擦磨损机研究不同材料的载流刻划特性，可以为一些较大尺度的实际工程应用提供理论支持。
57.2、在纳观尺度上主要是利用原子力显微镜对二维材料进行载流刻划特性的研究，是原子尺度下的单粗糙峰的接触，原子力显微镜针尖的曲率半径一般为几个纳米。
58.但微纳器件间的接触一般为多粗糙峰接触，所以对于微观小尺度下的载流刻划研究更符合微纳器件的载流条件。研究表明，不同尺度下的载流刻划条件对于刻划特性具有一定的影响，对于具有不同导电性的纳米结构碳膜微观尺度下的载流刻划特性还鲜有研究。
59.基于此，本技术希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。
60.本发明公开了一种载流刻划实验装置，请参阅图1。本发明所公开的载流刻划实验装置具体包括：第一位移台100、第二位移台200、悬臂梁300和微米级针尖400；其中，所述第一位移台100上用于放置样品10，并驱动样品10做直线移动，所述样品10为被研究对象，样品10为不同结构的纳米结构碳膜；通过在其表面进行刻划以研究其载流刻划特性；所述第二位移台200设于所述第一位移台100的一侧，所述悬臂梁300的一端与所述第二位移台200相连接，所述悬臂梁300的另一端位于所述第一位移台100的上方，所述微米级针尖400的一端与所述悬臂梁300的另一端相连接，所述微米级针尖400的另一端朝向所述第一位移台100设置，并用于在所述样品10的表面刻划出微米级划痕；具体的，所述第二位移台200可调节悬臂梁300和微米级针尖400在x、y和z三个方向的位置，以此调节微米级针尖400相对于样品10之间的位置，便于实现微米级针尖400在样品10上的刻划。
61.其中，所述微米级针尖400的曲率半径为5μm，锥顶角为60
°
，合适尺寸的微米级针尖400可以在样品10表面刻划出实验所需的划痕。当然，所述微米级针尖400的曲率半径及锥顶角还可以是其他数值，具体根据实际需求选择。
62.可选地，所述微米级针尖400为金刚石针尖或金刚石掺杂导电针尖；通过选用具有金刚石材质的针尖，可以使得针尖具有较高的硬度，在刻划样品10时划痕清晰且针尖不易
磨损。
63.本实施例提供的载流刻划实验装置的工作原理如下：
64.步骤一、将第一位移台100和第二位移台200均固定在平台上(例如光学平台)，使第二位移台200和第二位移台200不能移动；
65.步骤二、将样品10固定在第一位移台100的表面上，调节所述第二位移台200，使得第二位移台200上的微米级针尖400与样品10的表面相接触；
66.步骤三、调节第一位移台100，使样品10做水平方向的直线运动，从而使微米级针尖400在样品10上进行刻划。
67.本实施例提供的载流刻划实验装置的有益效果至少在于：
68.本发明通过增加微米级针尖400，可以在样品10的表面刻划出微米级的划痕，为微观尺度下的载流刻划创造实验条件，以便于对不同导电性的纳米结构碳膜微观尺度下的载流刻划特性研究。
69.在本发明的一个实施方式中，请参阅图2，所述第一位移台100包括：电动固定座110、电动螺杆120、驱动电机130和电动位移块140；其中，所述电动固定座110用于固定在平台(可以是任何固定的平台，目的在于防止电动固定座110移动)，所述电动固定座110的内部设有移动槽111，所述移动槽111开设于所述电动固定座110的长度方向；所述电动螺杆120位于所述移动槽111内，所述电动螺杆120的一端与所述电动固定座110的一端转动连接，所述电动螺杆120的另一端穿过所述电动固定座110的另一端，所述电动螺杆120的一端和另一端上未设有螺纹，因此电动螺杆120的两端与电动固定座110没有啮合传动，仅为转动；所述驱动电机130设于所述电动固定座110的另一端的外侧，并与所述电动螺杆120的另一端相连接，所述驱动电机130用于与外部的控制器相连接，并带动所述电动螺杆120转动；所述电动位移块140位于所述移动槽111内，并与所述电动螺杆120相连接，所述电动位移块140的内部设有内螺纹，电动位移块140通过内螺纹与电动螺杆120啮合传动，且所述电动位移块140上设有用于放置样品10的样品台11，所述样品台11与电动位移块140为可拆卸连接样品台11用于固定样品10。
70.具体来说，当将样品10固定在样品台11的表面上后，调节所述第二位移台200，使得第二位移台200上的微米级针尖400与样品10的表面相接触。随后控制所述驱动电机130转动，使驱动电机130带动所述电动螺杆120同步转动，则所述电动位移块140与电动螺杆120相啮合，并在移动槽111内做直线运动，相应的所述样品台11上的样品10则与微米级针尖400产生刻划。因此，通过第一位移台100可带动样品10实现准确的运动，且通过驱动电机130的控制可使得刻划的划痕的一致性。
71.在本发明的一个实施方式中，请参阅图3，所述第二位移台200包括：x方向底座210、x方向位移块220、x方向螺杆230；所述x方向底座210与所述电动固定座110固定在同一平台上，所述x方向位移块220滑动设于所述x方向底座210上；所述x方向螺杆230贯穿所述x方向底座210的一端和所述x方向位移块220，并与所述x方向底座210的另一端转动连接(如螺纹连接)，且所述x方向螺杆230用于驱动所述x方向位移块220在x方向移动，所述x方向位移块220内部设有与所述x方向螺杆230相适配的内螺纹，两者为螺纹连接；所述x方向螺杆230上设有第一手柄231，所述第一手柄231位于所述x方向底座210的一端外侧；
72.y方向底座240、y方向位移块250和y方向螺杆260，所述y方向底座240设于所述x方
向位移块220上；所述y方向位移块250滑动设于所述y方向底座240上；所述y方向螺杆260贯穿所述y方向底座240的一端和所述y方向位移块250，并与所述y方向底座240的另一端转动连接(如螺纹连接)，且所述y方向螺杆260用于驱动所述y方向位移块250在y方向移动，所述y方向位移块250内部设有与所述y方向螺杆260相适配的内螺纹，两者为螺纹连接；所述y方向螺杆260上设有第二手柄261，所述第二手柄261位于所述y方向底座240的一端外侧；
73.z方向底座270、z方向位移块280和z方向螺杆290，所述z方向底座270设于所述z方向位移块280上；所述z方向位移块280滑动设于所述z方向底座270上，且所述z方向位移块280与所述悬臂梁300相连接；所述z方向螺杆290的一端贯穿所述z方向位移块280，并转动连接于所述z方向底座270内(如螺纹连接)，且所述z方向螺杆290用于驱动所述z方向位移块280在z方向移动，所述z方向位移块280内部设有与所述z方向螺杆290相适配的内螺纹，两者为螺纹连接；所述z方向螺杆290上设有第三手柄291，所述第三手柄291位于所述z方向位移块280的一端外侧。
74.在具体的实施例中，请一并参阅图1和图3，当将样品10固定在第一位移台100的表面上后，需要调节所述第二位移台200，使得第二位移台200上的微米级针尖400与样品10的表面相接触。首先，通过旋转第一手柄231，带动所述x方向螺杆230转动，使得x方向位移块220沿着x方向底座210移动，并同时带动y方向底座240、y方向位移块250、y方向螺杆260、z方向底座270、z方向位移块280和z方向螺杆290在x方向移动，使得悬臂梁300和微米级针尖400在x方向与样品10的位置对齐；其次，通过旋转第二手柄261，带动所述y方向螺杆260转动，使得y方向位移块250沿着y方向底座240移动，并同时带动z方向底座270、z方向位移块280和z方向螺杆290在y方向移动，使得悬臂梁300和微米级针尖400在y方向与样品10的位置对齐；最后，通过旋转第三手柄291，带动所述z方向螺杆290转动，使得z方向位移块280沿着z方向底座270移动，并同时带动悬臂梁300和微米级针尖400在y方向与样品10的位置对齐，并使微米级针尖400与样品10相接触。因此，通过第二位移台200可实现微米级针尖400的x、y和z三个方向的调节，可针对于不同尺寸的样品10进行刻划。
75.在本发明的一个实施方式中，请参阅图2，所述悬臂梁300包括：法向悬臂310、连接块320和切向悬臂330；所述法向悬臂310与所述第二位移台200相连接，并位于所述第一位移台100的上方，且所述法向悬臂310的宽度方向平行于所述第一位移台100的表面设置；所述连接块320设于所述法向悬臂310背离所述第二位移台200的一端上；所述切向悬臂330与所述法向悬臂310位于同一直线上，所述切向悬臂330的一端与所述连接块320相连接，所述切向悬臂330的另一端用于与所述微米级针尖400相连接，且所述切向悬臂330的宽度方向垂直于所述第一位移台100的表面设置。
76.在实际使用中，法向悬臂310和切向悬臂330起到连接微米级针尖400的作用。可选地，所述法向悬臂310采用厚度为0.2mm，长度为20mm的不锈钢制成，切向悬臂330采用厚度为0.05mm，长度为20mm的65锰钢制成。所述连接块320与法向悬臂310和切向悬臂330之间用胶水互相连接。
77.在上述实施方式的基础上，请继续参阅图2，所述载流刻划实验装置还包括第一应变片500和第二应变片600；所述第一应变片500设于所述法向悬臂310上，且所述第一应变片500用于采集施加在所述微米级针尖400上的载荷的大小；所述第二应变片600设于所述切向悬臂330上，且所述第二应变片600用于用于采集所述微米级针尖400和样品10之间的
摩擦力。
78.在实际使用中，所述第一应变片500和第二应变片600用于与外部的信号采集板相连接，用于将各自所采集到的力的数据输送至外界的信号采集板，以便于实时记录刻划过程中载荷的变化。具体来说，在第一位移台100带动样品10与微米级针尖400进行刻划时，由于法向悬臂310与第一位移台100的表面为平行状态，因此也就与样品10为平行状，而通过在法向悬臂310上设置第一应变片500，可通过第一应变片500来记录法向悬臂310上弯曲变形时被施加的法向载荷的大小，即施加在所述微米级针尖400上的载荷的大小；而由于切向臂与第一位移台100的表面为垂直状态，因此也就与样品10为垂直状，通过在切向悬臂330上设置第二应变片600，可通过第二应变片600来记录切向悬臂330弯曲时所承受的力大小，即所述微米级针尖400和样品10之间摩擦时的摩擦力大小。因此，通过第一应变片500和第二应变片600可实时记录法向载荷的施加情况，以及刻划过程中切向载荷的变化情况，保证对样品10的刻划达到实验所需的目标。
79.在本发明的一个实施方式中，请一并继续参阅图1和图2，所述载流刻划实验装置还包括：针尖固定块700和加载平台800；其中，所述针尖固定块700设于所述切向悬臂330的另一端上，且所述针尖固定块700朝向所述第一位移台100的端部与所述微米级针尖400可拆卸连接，所述加载平台800、针尖固定块700和微米级针尖400呈从上往下的方式设置。通过所述针尖固定块700可保证微米级针尖400和切向臂之间的稳定连接，避免微米级针尖400掉落；所述加载平台800设于所述针尖固定块700背离所述微米级针尖400的端面上，所述加载平台800上用于放置砝码(图中未示出)，增加重量，以使所述微米级针尖400能与样品10之间形成紧密的接触，保证刻划的顺利进行。
80.在上述实施方式的基础上，所述载流刻划实验装置还包括绝缘块(图中未示出)，所述绝缘块设于所述针尖固定块700和所述微米级针尖400之间。
81.需要说明的是，由于在载流刻划实验当中，需要通过数字源表分别向样品10之间和微米级针尖400之间施加电流形成竖直电场，或者通过数字源表分别向样品10的两端施加电流形成水平电场，从而形成载流刻划条件。而通过在针尖固定块700和所述微米级针尖400之间增加绝缘块可避免电流进入悬臂梁300和第二位移台200。
82.下面结合具体的使用场景对本发明提供的载流刻划实验装置的工作原理进一步描述：
83.第一方面、将第一位移台100和第二位移台200均固定在平台上，使第二位移台200和第二位移台200不能移动；
84.第二方面、将样品10固定在第一位移台100的表面上后，首先，通过旋转第一手柄231，带动所述x方向螺杆230转动，使得x方向位移块220沿着x方向底座210移动，并同时带动y方向底座240、y方向位移块250、y方向螺杆260、z方向底座270、z方向位移块280和z方向螺杆290在x方向移动，使得悬臂梁300和微米级针尖400在x方向与样品10的位置对齐；其次，通过旋转第二手柄261，带动所述y方向螺杆260转动，使得y方向位移块250沿着y方向底座240移动，并同时带动z方向底座270、z方向位移块280和z方向螺杆290在y方向移动，使得悬臂梁300和微米级针尖400在y方向与样品10的位置对齐；最后，通过旋转第三手柄291，带动所述z方向螺杆290转动，使得z方向位移块280沿着z方向底座270移动，并同时带动悬臂梁300和微米级针尖400在y方向与样品10的位置对齐，并使微米级针尖400与样品10相接
触；
85.第三方面、随后控制所述驱动电机130转动，使驱动电机130带动所述电动螺杆120同步转动，则所述电动位移块140与电动螺杆120相啮合，并在移动槽111内做直线运动，相应的所述样品台11上的样品10则与微米级针尖400产生刻划。
86.本发明在上述载流刻划实验装置的基础上还公开了一种载流刻划实验系统，其中，包括：计算机、控制器、信号采集板、数字源表以及上述的载流刻划实验装置；其中，所述计算机分别与所述信号采集板和控制器相连接，所述信号采集板用于与所述悬臂梁300相连接，所述数字源表用于与所述微米级针尖400和样品10相连接，所述控制器与所述第一位移台100相连接。
87.请参阅图5，本发明提供的载流刻划实验系统的工作过程如下：
88.(1)制备带竖直电场的样品10。
89.带竖直电场的载流刻划样品10主要由沉积碳膜的导电硅片(纳米碳膜基底为si基底)，绝缘玻璃板、导电银浆、铜胶带和铜导线组成。首先将沉积碳膜的导电硅底部用铜胶带黏在绝缘玻璃板上，接着在样品10的一侧涂上一层导电银浆，同时只放置一根铜导线，待其凝固后粘上铜胶带，然后用绝缘胶带将样品10固定在样品台11上，将另外一根铜导线连在微米级针尖400上。将样品10上的铜导线和微米级针尖400上的铜导线分别接在数字源表的正负极上即可制备好带竖直电场的样品10。然后将制备好的带有竖直方向电极的纳米碳膜样品10用双面胶固定在样品台11上。
90.(2)制备带水平电场的样品10。
91.水平电场的样品10的制备方法也是类似。首先，在沉积在不导电的氧化硅上的纳米碳膜(纳米碳膜基底为sio2基底)水平方向两侧的边上涂上一层导电银浆，同时将两根铜导线安置在上面，把整个样品10放到加热台一定时间，待铜导线和导电银浆凝固完全后，在导线上面再粘上铜胶带，构成两个铜电极，接着，用双面胶将样品10固定在绝缘玻璃板上，最后用丙酮轻擦碳膜表面，完成带水平电场的样品10的制备。用绝缘胶带将样品10固定在样品台11，再把两个铜电极连接到数字源表的正负极上，通上电后，在微米级针尖400和样品10之间就形成了水平电场。然后将制备好的带有水平电场的样品10用双面胶固定在样品台11上。
92.(3)不同电场的样品10的载流刻划测试。
93.利用上述载流刻划实验装置进行测试；
94.首先，将可拆卸的微米级针尖400(金刚石针尖/金刚石掺杂导电针尖)通过螺纹连接的方式安装在针尖固定块700上，用镊子夹住丙酮棉片轻轻的将针尖擦洗干净。
95.其次，将带有水平电场的样品10或带有竖直电场的样品10用双面胶固定在电动位移台上，再把两段电极的导线连接在直流电源的正负极上(样品10之间和微米级针尖400之间施加电流形成竖直电场，或者通过数字源表分别向样品10的两端施加电流形成水平电场)，再用洗耳球轻吹摩擦样品10表面，避免灰尘吸附。
96.再次，手动调节第二位移台200的z轴方向，使得金刚石针尖或者金刚石掺杂导电针尖缓慢的靠近样品10的表面，测试时采用恒定的载荷4mn或7.5mn，恒定的滑行速度0.5mm/s，行程2mm，初始温度23℃，湿度50％，参数确定后打开信号采集板、控制器和数字源表的开关，手动清零信号采集板的数值，采用双通道的连接方式，然后在计算机上打开控制
器和信号采集板的软件，设置采样频率为100hz。
97.最后，进行载流摩擦测试，点击计算机上的数据采集软件的采集按钮，同时点击数字源表输出(output)按钮和第一位移台100的控制器控制程序的开始(start)按钮，进行载流刻划试验。待一次刻划完成后，手动旋转第二位移台200z轴使其缓慢远离样品10，然后停止数字源表上直流电流输出以及信号采集板的摩擦数据采集，并且通过计算机保存摩擦数据，并且做好记录。当需要重复实验时可进行上述同样操作进行重复测试。
98.综上所述，本发明提供了一种载流刻划实验装置及载流刻划实验系统，其中，所述载流刻划实验装置包括：第一位移台、第二位移台、悬臂梁和微米级针尖；其中，所述第一位移台上用于放置样品，所述第二位移台设于所述第一位移台的一侧；所述悬臂梁的一端与所述第二位移台相连接，所述悬臂梁的另一端位于所述第一位移台的上方；所述微米级针尖的一端与所述悬臂梁的另一端相连接，所述微米级针尖的另一端朝向所述第一位移台设置，并用于在所述样品的表面刻划；本发明通过增加微米级针尖，可以在样品的表面刻划出微米级的划痕，为微观尺度下的载流刻划创造实验条件，以便于对不同导电性的纳米结构碳膜微观尺度下的载流刻划特性研究。
99.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的方案后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求所指出。