[發明專利]壓電陶瓷激勵裝置及原子力顯微鏡、表面力場探測裝置

在審

• 申請號: 201711244471.7
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN109856428A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 師帥;郭丹;譚新峰;雒建斌
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01Q60/24
• 分類號: G01Q60/24
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 孫巖

本發明公開了一種壓電陶瓷激勵裝置，包括：第一壓電陶瓷、第一墊片以及第二壓電陶瓷組件層疊設置，第一墊片設置于第一壓電陶瓷與第二壓電陶瓷組件之間；第一壓電陶瓷用于接收第一電信號，并在第一電信號激勵下進行縱向撓曲振動；第二壓電陶瓷組件用于接收第二電信號組，并在第二電信號組激勵下進行橫向扭轉振動。通過采用壓電陶瓷堆疊方式，利用不同電信號對壓電陶瓷激勵裝置中不同的壓電陶瓷進行激勵，使得壓電陶瓷激勵裝置可同時進行橫向和縱向的合振動。該壓電陶瓷激勵裝置可用于原子力顯微鏡，使其進行橫向和縱向的非接觸相互作用力的測量，從而增加原子力顯微鏡的空間分辨率。本發明還公開了一種原子力顯微鏡、表面力場探測裝置及探測方法。

技術領域

本發明涉及顯微鏡領域，特別是涉及一種壓電陶瓷激勵裝置及原子力顯微鏡、表面力場探測裝置及探測方法。

背景技術

自1986年原子力顯微鏡發明以來，它已經成為物理、材料、生物等許多納米科技領域的重要工具。原子力顯微鏡技術不斷更新，在提高空間分辨率、區別材料性質和多環境測量等方面引起了國內外的廣泛興趣。近年來發展的高次諧波技術和多頻原子力技術，依靠分析探針的振動響應和振動形式來實現樣品的精細表征。這些技術不僅關注了基礎本征頻率的信號，同時關注了高階本征頻率的信號，重構了探針和樣品的相互作用力信息。

然而，在傳統的原子力顯微鏡技術中，原子力顯微鏡采用接觸模式進行相互作用力測量，根據四象限信號可以測得探針和樣品接觸情況下所受的橫向摩擦力和縱向壓力。但是，上述接觸式的測量方法導致原子力顯微鏡的空間分辨率不高，并且無法測量非接觸狀態的空間力場。

發明內容

基于此，有必要針對上述原子力顯微鏡空間分辨率不高的問題，提供一種空間分辨率高的壓電陶瓷激勵裝置及原子力顯微鏡、表面力場探測裝置及探測方法。

一種壓電陶瓷激勵裝置，所述壓電陶瓷激勵裝置包括：

第一壓電陶瓷、第二壓電陶瓷組件及第一墊片；

所述第一壓電陶瓷、所述第一墊片以及所述第二壓電陶瓷組件層疊設置，所述第一墊片設置于所述第一壓電陶瓷與第二壓電陶瓷組件之間；

所述第一壓電陶瓷用于接收第一電信號，并在所述第一電信號激勵下進行縱向撓曲振動；

所述第二壓電陶瓷組件用于接收第二電信號組，并在所述第二電信號組激勵下進行橫向扭轉振動。

在其中一個實施例中，所述第二壓電陶瓷組件包括第三壓電陶瓷和第四壓電陶瓷，所述第三壓電陶瓷與第四壓電陶瓷相對且間隔放置，所述第二電信號組包括相位相反的第三電信號和第四電信號，所述第三壓電陶瓷用于接收第三電信號，所述第四壓電陶瓷用于接收第四電信號，且所述第三壓電陶瓷與第四壓電陶瓷通過所述第一墊片與所述第一壓電陶瓷間隔設置。

在其中一個實施例中，所述第三壓電陶瓷與第四壓電陶瓷設置于所述第一墊片遠離所述第一壓電陶瓷的表面，且間隔設置于所述第一墊片相對的兩個邊緣。

一種原子力顯微鏡，包括：上述任意一項所述的壓電陶瓷激勵裝置；

探針部件，與所述壓電陶瓷激勵裝置連接，且所述探針部件能夠接收壓電陶瓷激勵裝置的振動方式，并在所述振動方式的激勵下進行振動。

在其中一個實施例中，所述探針部件包括探針與探針座，所述探針包括懸臂梁、分別與懸臂梁連接的針尖和探針基板，所述探針能夠相對于探針座自由伸出；

所述探針座能夠接收壓電陶瓷激勵裝置的振動方式，并通過所述探針基板和懸臂梁傳遞所述振動方式以激勵針尖進行振動。

在其中一個實施例中，所述第一壓電陶瓷與所述探針座貼合設置，所述第一墊片及第二壓電陶瓷組件依次層疊設置于所述第一壓電陶瓷的表面。