[發明專利]利用螺距差實現皮米級連續變化的機械可控裂結裝置

有效

• 申請號: 201510422338.0
• 申請日: 2015-07-17
• 公開（公告）號: CN105174202A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 向東;趙智凱;趙得龍;郭步鵬;劉偉偉;龔誠;劉海濤
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及一種構筑納米點電極對單分子結的機械裝置，具體涉及分子電子學，微納電子等領域。

背景技術

機械可控裂結裝置以其優越的穩定性和精密控制性被廣泛運用于分子開關、分子鎮流器、分子場效應管等分子電子器件的研究與制造。現有技術是利用壓電效應可以在納米尺度上控制基板形變量，但是精密度仍然不足，并且存在低溫壓電材料驅動力不足的問題。另外，存在一種利用齒輪傳動而實現機械可控裂結的裝置，但是利用該原理制造的裝置由于存在不可避免的齒隙，使得點電極對在連續變化方面達不到理想的要求。

為了解決低溫、連續、高精度等方面的問題，本發明提出了利用步進電機驅動，結合螺桿螺距差發明并制造了一種可在低溫下高精度的實現連續變化的機械可控裂結裝置。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術中的低溫、連續、高精度等方面的問題，提供一種新型機械可控裂結裝置，利用同軸螺桿不同螺距間的螺距差，制造一種高精度、連續變化的機械可控裂結裝置。

本發明采用的技術方案是：

一種利用螺距差實現皮米級連續變化的機械可控裂結裝置，其特征在于，包括頂罩、立柱、直線導軌、頂桿、上螺母、螺桿、上浮版、側架板、下螺母、下浮板、聯軸器、電機座、電機、底座和支桿；所述頂罩、兩側的立柱和底座固定連接成口字型框架結構，作為整個機械裝置的骨架，主要起支撐整個機械裝置的作用；所述直線導軌有兩個，分別固定在立柱的內側，所述側架板分別活動安裝在直線導軌上，用于保證側架板在螺桿的推動下能夠沿著直線導軌上下移動；所述下浮板固定在兩個側架板的下端，下浮板中間固定的螺母與螺桿的下端螺紋配合形成絲杠副；所述上浮板的兩端固定在兩側直線導軌上的滑塊上，通過中間固定的上螺母安裝在螺桿的上端螺紋處并形成另一絲杠副；所述的螺桿的下端通過聯軸器與安裝在電機座內的電機連接，電機座安裝在底座上，螺桿的上端安裝有一個頂桿；兩個側架板的上端分別安裝有一個支桿，兩個支桿的下端和頂桿的上端之間用于放置納米劈裂裝置芯片。

當步進電機工作時，聯軸器與螺桿一起隨步進電機旋轉，螺桿上端螺紋推動上浮板和頂桿移動，螺桿下端螺紋推動下浮板和側架板移動。

所述上浮板與頂桿固定在一起，在螺桿上端螺紋的推動下一起移動；所述下浮板和側架板固定在一起，在螺桿下端螺紋的推動下一起移動；所述上浮板與下浮板之間沒有固定，分別在螺桿上端螺紋和下端螺紋的推動下以不同的速度移動。

所述螺桿正轉時，上端螺紋隨螺桿旋轉1周，推動上浮板和頂桿向上移動0.95mm，下端螺紋隨螺桿旋轉1周，推動上浮板和側架板向上移動1mm；螺桿反轉時，上端螺紋隨螺桿旋轉1周，推動上浮板和頂桿向下移動0.95mm，下端螺紋隨螺桿旋轉1周，推動上浮板和側架板向下移動1mm。

所述的納米劈裂裝置芯片包含一個懸空的納米金橋，金橋最窄的中部橫截面積為40nm×40nm，芯片的彎曲最終會使得金橋斷裂，形成兩個分開的針狀納米電極；通過彎曲或者舒展芯片能夠增大或者縮小兩電極間的距離；所述芯片，衰減因子r＝ΔZ/ΔX，ΔZ是芯片中心在Z方向上位移的變化量，ΔX是兩電極間距離的變化量，衰減因子r能夠達到1×10^-6，而芯片中心在豎直Z方向上的位移精度能夠達到納米級。本發明同時提供了一種使用所述的機械可控裂結裝置構筑納米電極對單分子結的方法，該方法具體步驟如下：

將納米劈裂裝置芯片貼在兩端支桿的下端，頂桿正好支撐芯片的中間位置，芯片被兩端支桿和頂桿三點夾住，啟動步進電機工作，步進電機帶動聯軸器和螺桿一起旋轉，在螺桿上端螺紋的推動下，上浮板和頂桿一起移動，在螺桿下端螺紋的推動下，下浮板和側架板一起移動；當頂桿接觸納米劈裂裝置芯片的底面時，納米劈裂裝置芯片開始受到頂桿和兩端支桿之間的擠壓力，納米劈裂裝置芯片在擠壓力的作用下產生微小的彎曲形變，進而使納米劈裂裝置芯片斷裂；通過控制步進電機的正轉和反轉，螺桿正轉時，上端螺紋隨螺桿旋轉1周，推動上浮板和頂桿向上移動0.95mm，下端螺紋隨螺桿旋轉1周，推動上浮板和側架板向上移動1mm；螺桿反轉時，上端螺紋隨螺桿旋轉1周，推動上浮板和頂桿向下移動0.95mm，下端螺紋隨螺桿旋轉1周，推動上浮板和側架板向下移動1mm，利用兩端螺紋的螺距差可以實現皮米級精確控制納米劈裂裝置芯片斷裂的間距，形成單分子結。

本發明優點和有益效果：

(1)本發明是利用步進電機驅動，驅動力受溫度的影響小，克服了低溫壓電材料驅動不足的問題。