[發(fā)明專利]一種三維重構(gòu)所用的透射電鏡樣品桿

有效

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• 申請日: 2016-12-06
• 公開（公告）號: CN108172491B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宏濤;張奕志;劉嘉斌;方攸同
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01J37/20
• 分類號: H01J37/20;G01N23/04
• 代理公司: 杭州橙知果專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33261
• 代理人: 杜放

三維重構(gòu)所用的透射電鏡樣品桿，樣品桿上連接有樣品夾，樣品裝夾于樣品夾上；該樣品桿包括中空的外殼和安裝于外殼內(nèi)的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸和外殼之間設(shè)置一對軸承，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有驅(qū)動轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，樣品夾與轉(zhuǎn)軸一端固定。本發(fā)明具有無需改變現(xiàn)有透射電鏡的結(jié)構(gòu)，即可實(shí)現(xiàn)樣品的360°旋轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種透射電子顯微鏡（透射電鏡）的樣品桿。

背景技術(shù)

透射電鏡是一種能在亞納米尺度下觀察材料微觀結(jié)構(gòu)的重要儀器設(shè)備，深入觀察研究材料的微結(jié)構(gòu)對于設(shè)計(jì)新型高性能材料，構(gòu)建材料組織和性能關(guān)系等方面具有至關(guān)重要的作用。發(fā)展透射顯微表征技術(shù)，全面剖析材料的形貌、結(jié)構(gòu)、位向、成分等信息是現(xiàn)代透射顯微技術(shù)的主要發(fā)展方向。在材料形貌表征方面，從原理上，如果在觀察樣品時能360°旋轉(zhuǎn)樣品，獲得樣品在每個觀察角度下的形貌，就能構(gòu)建樣品的三維模型。樣品的三維模型重構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，必須以樣品的大角度旋轉(zhuǎn)為前提，旋轉(zhuǎn)角度越大，獲得的三維重構(gòu)模型越精確，通常希望樣品能夠?qū)崿F(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。

樣品360°旋轉(zhuǎn)有兩種實(shí)現(xiàn)途徑。第一種是樣品桿不動，而樣品桿內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動樣品實(shí)行360°旋轉(zhuǎn)；第二種是夾持樣品桿的樣品臺（亦稱為透射電鏡測角臺）實(shí)行360°旋轉(zhuǎn)。發(fā)表在《Journal of Electron Microscopy》第50卷第3期第235-241頁的文章《Three-dimensional STEM for observing nanostructures》公開了一種透射電鏡測角臺。該測角臺含有旋轉(zhuǎn)裝置，能夾持著樣品桿共同旋轉(zhuǎn)；同時該測角臺還含有y、z軸調(diào)整裝置，以操作樣品桿作微小的平移，使觀察目標(biāo)區(qū)域落在旋轉(zhuǎn)軸上，避免在旋轉(zhuǎn)過程中觀察區(qū)域移出視野或失焦。通過上述兩種裝置，該測角臺能夠帶動樣品作360°旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)全圓周觀察樣品的目的。該測角臺實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)屬于上述所言第二種途徑，必須使用專門的透射電鏡，或者對現(xiàn)有的透射電鏡（主要是測角臺部位）作出較大的改造，具有很大的限制性。

若能夠采用第一種途徑開發(fā)一種能夠360°旋轉(zhuǎn)的樣品桿。考慮到同一個透射電鏡公司所生產(chǎn)的各類型號透射電鏡均采用同一規(guī)格的樣品桿，則此方法將具有極大的靈活性和通用性。目前已存在一些商業(yè)銷售的大傾轉(zhuǎn)樣品桿，配合大傾轉(zhuǎn)測角臺，能夠?qū)崿F(xiàn)正負(fù)70°的旋轉(zhuǎn)。但是這些大傾轉(zhuǎn)樣品桿需要以透射電鏡本身裝配有大傾轉(zhuǎn)測角臺為前提。對于本身未轉(zhuǎn)配有大傾轉(zhuǎn)測角臺的透射電鏡而言，即使購買了大傾轉(zhuǎn)樣品桿也無法實(shí)現(xiàn)樣品正負(fù)70°的旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種無需改變現(xiàn)有透射電鏡的結(jié)構(gòu)，即可實(shí)現(xiàn)樣品的360°旋轉(zhuǎn)的樣品桿。

一種三維重構(gòu)所用的透射電鏡樣品桿，樣品桿上連接有樣品夾，樣品裝夾于樣品夾上；其特征在于：該樣品桿包括中空的外殼和安裝于外殼內(nèi)的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸和外殼之間設(shè)置一對軸承，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有驅(qū)動轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)；樣品夾與轉(zhuǎn)軸一端固定。將樣品桿設(shè)置為由外殼與轉(zhuǎn)軸組裝而成，旋轉(zhuǎn)動作由轉(zhuǎn)軸來完成，將旋轉(zhuǎn)裝置安裝在桿身和轉(zhuǎn)軸之間，而無需改變樣品桿的形狀和尺寸，因此無需改變電鏡的結(jié)構(gòu)。軸承外圈與外殼固定，軸承內(nèi)圈與轉(zhuǎn)軸固定，軸承使轉(zhuǎn)軸能周向轉(zhuǎn)動而不能軸向平移。

轉(zhuǎn)軸與外殼共同組成樣品桿，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)時、樣品夾帶著樣品繞轉(zhuǎn)軸的中軸線自轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)樣品的360°旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)具有支架和摩擦驅(qū)動組件，支架具有凹形腔體，支架與外殼固定，摩擦驅(qū)動組件固定在腔體內(nèi)；摩擦驅(qū)動組件由一對基板、彈簧、螺釘和壓電片組成，每個基板上固定一個壓電片，螺釘依次穿過兩個基板，轉(zhuǎn)軸穿過腔體位于兩個基板之間，壓電片分別貼緊轉(zhuǎn)軸。