[發(fā)明專利]一種可控大長徑比納米探針的制備裝置與制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410329359.3
• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN104101738A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設計）人: 趙昊;劉曉軍;王香凝;章明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01Q70/00
• 分類號: G01Q70/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬

技術領域

本發(fā)明涉及一種納米探針的制備裝置與制備方法，特別涉及一種可控大長徑比納米探針的制備裝置與制備方法，屬于納米技術領域。

背景技術

目前，納米科技發(fā)展迅速，并對當前科技研究、社會生產、日常生活產生巨大影響。納米探針被廣泛應用于納米科技領域，例如掃描隧道顯微鏡、半導體測量儀、納米操作臂等。現(xiàn)有技術常用的納米探針制備方法包括超真空離子場顯微鏡、研磨、剪切、場致(靜電)發(fā)射、電化學腐蝕等。其中，電化學腐蝕法以其制備重復性好、價格低廉、結構簡單的特點而獲得越來越多的青睞。

發(fā)明專利申請：“一種金屬鎢納米探針的制備方法及其應用”，申請公布號：CN102721832A，申請公布日：2012.10.10，公開了一種納米探針的制備方法，利用單片機步進馬達軸向位移系統(tǒng)實現(xiàn)腐蝕過程中鎢絲的自動提起，通過控制浸入深度、提起速度和時間可以制備出鎢納米探針，將制得的探針用于Kleindiek?Nanotechnik公司生產MM3A納米微操縱系統(tǒng)，對碳納米管進行了全新的納米級位移、定位及控制測量。

但是，上述發(fā)明專利申請公開的電化學腐蝕制備納米探針方法存在明顯的缺陷或不足：

一是制備方法采用先將探針浸入腐蝕液后，先提起后靜止在腐蝕液中進行腐蝕，因而制備的納米探針長徑比很小(文件指出長徑比為3.7)且針尖很短，這種納米探針在實際應用中，尤其是作為納米操作臂時探針極易磨損，并且磨損后即廢棄，無法回收再利用，使用成本較高。

二是雖然上述申請也給出了腐蝕電壓、探針提起速度、提起時間等制備參數(shù)的限定，但并未揭示上述參數(shù)與探針的長徑比的定量關系，所選數(shù)值范圍僅憑經驗選取，因而不能通過上述制備參數(shù)的調節(jié)，實現(xiàn)對納米探針長徑比的控制，也即是制備的納米探針的長徑比是非可控的。

三是探針靜止在腐蝕液中腐蝕納米探針的曲率變化不能保持平緩、連續(xù)，影響探針的平滑外形。

四是設置由電壓比較器等元件組成的比較控制電路，雖然也能實現(xiàn)腐蝕電壓的自動切斷，但無法進一步同時控制改變切斷腐蝕電壓后的探針提起速度，不利于探針針尖的形態(tài)優(yōu)化。

五是雖然也給出了探針浸入深度的控制參數(shù)，但是單片機僅能控制步進電機的位移距離，不能精確定位探針到達腐蝕液面的位置(即深度計算的起點)，因而影響控制浸入深度的精度，進一步影響探針的長徑比和形態(tài)。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明的第一個技術目的旨在提供一種可控大長徑比納米探針的制備裝置，通過設置腐蝕穩(wěn)壓電路、腐蝕電壓切斷電路、探針浸沒判斷電路等控制電路，與單片機配合實現(xiàn)對腐蝕過程中的腐蝕電壓、探針浸沒深度、探針提升速度等重要參數(shù)的精確控制，能夠制備大長徑比、可控長徑比、耐磨損、可回收、成本低的納米探針，滿足制備不同納米探針的需要。

本發(fā)明的第二個技術目的旨在提供一種可控大長徑比納米探針的制備方法，采用探針浸入、提起后不再靜止腐蝕，而是浸入后一直不斷提起探針，從而形成針尖長、針尖曲率半徑平滑變化、長徑比大的新型納米探針，具有不易磨損、可回收再利用、使用成本低等顯著優(yōu)點，并通過對腐蝕電壓、探針浸沒深度、提起速度等參數(shù)的自動控制，提高納米探針的精度和質量，并且制備方法操作簡單可靠。

本發(fā)明為實現(xiàn)技術目的采用的技術方案為：

一種可控大長徑比納米探針的制備裝置，所述裝置包括機械位移裝置、控制機和控制電路，所述機械位移裝置固定納米探針并帶動納米探針上下移動，所述控制機包括上位機和單片機，所述單片機與機械位移裝置相連并控制機械位移裝置移動，所述控制電路包括與單片機相連接的腐蝕電壓穩(wěn)壓電路、腐蝕電壓切斷電路和探針浸沒判斷電路，所述腐蝕電壓切斷電路包括依次串聯(lián)的采樣電阻、電壓跟隨器、比例運算電路和電壓比較器，所述采樣電阻與腐蝕電路相連，用于采集腐蝕電路電流值并將其轉換為電壓值，所述電壓跟隨器用于跟隨轉換得到判斷電壓，所述比例運算電路用于將判斷電壓信號放大，所述電壓比較器輸出端與單片機的IO口相連，所述電壓比較器用于將判斷電壓與閾值電壓進行比較，當判斷電壓低于閾值電壓時，電壓比較器輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖剑㈦娖睫D變信號傳送至單片機，所述腐蝕電壓穩(wěn)壓電路接收單片機發(fā)出的腐蝕電壓信號指令，并按照指令輸出預設的腐蝕電壓并保持腐蝕電壓恒定，所述探針浸沒判斷電路檢測探針是否浸入腐蝕液面，并將探針浸入信號信號發(fā)送至單片機。