[發明專利]一種基于原子力顯微鏡的旋轉樣品臺裝置

有效

• 申請號: 201910257419.8
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109917156B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 陳磊;馬韜;郭杰;貢健;石鵬飛;錢林茂
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01Q60/24
• 分類號: G01Q60/24
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開一種基于原子力顯微鏡的旋轉樣品臺裝置，其包括：頂蓋、薄環體、底座、銷釘和彈簧片，底座固定于原子力顯微鏡置物臺，多片薄環體與底座固定連接，頂蓋與薄環體、底座形狀配合，通過轉動頂蓋帶動樣品自由旋轉，彈簧片依次撥過不同的凸齒，實現精確的小角度的轉動，銷釘、彈簧提供定位的輔助功能；該裝置能夠適用于原子力顯微鏡狹小低矮的樣品放置空間，在尺寸、重量嚴格受限的情況下，給樣品提供一個額外的旋轉角度標尺，并具有自鎖功能，在不影響顯微鏡正常工作的前提下，增添原子力顯微鏡的功能，拓展它的運用場合與研究范圍。

技術領域

本發明涉及納米科學與技術領域中的各向異性材料的測量及分析技術，涉及一種基于原子力顯微鏡的旋轉樣品臺裝置。

背景技術

原子力顯微鏡是通過固定在微懸臂末端的針尖與樣品表面發生接觸，由針尖與樣品間產生的原子間相互作用力引起微懸臂發生彎曲或扭轉變形，再利用激光傳感器對懸臂變形量進行測量，經過計算機進行信號處理后得到樣品表面的微觀形貌和力學特征。

同時，很多晶體材料具有各向異性，即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不盡相同，導致其在不同方向的物理化學特性也不同。

目前，幾乎所有的原子力顯微鏡的初始樣品臺都不能進行精確的角度轉動。采用原子力顯微鏡對各向異性晶體材料的不同晶向進行測試分析時，若通過壓電陶瓷控制樣品臺沿不同方向運動，由于不同運動方向與懸臂的相對位置不同，導致針尖及微懸臂的受力狀況不同，微懸臂系統在不同軸向的伸縮、扭轉彈性系數的差異使其變形不一致，會給測量結果帶來較大誤差。

基于上述現狀，亟待開發一種微型旋轉臺，在對各向異性晶體材料進行測試分析時，通過旋轉臺轉動來改變晶體方向，以此保證測試時不同晶向與微懸臂的相對位置關系相同，消除測量誤差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于原子力顯微鏡的旋轉樣品臺裝置，其能夠在尺寸、重量嚴格受限的情況下，給樣品提供一個額外的高精度、大范圍的旋轉角度標尺及小角度自鎖固定，實現精確的小角度轉動，減小因扭轉的差異帶來的變形，減小測量的誤差。

本發明的實施例是這樣實現的：

一種基于原子力顯微鏡的旋轉樣品臺裝置，其包括：頂蓋、薄環體、底座、銷釘和彈簧片，底座固定于原子力顯微鏡置物臺，薄環體呈環狀且內側設有均勻分布的多個相同的凸齒，多片薄環體重疊設置形成整體薄環體且位于頂蓋和底座之間，頂蓋、整體薄環體和底座的形狀相配合且頂蓋繞三者的中軸線旋轉而帶動樣品轉動，彈簧片設置于薄環體內側并卡住頂蓋以保持頂蓋轉過的角度，底座設置有在內部相通的深盲孔和側孔，頂蓋的底部卡入深盲孔內且與底座相互匹配，銷釘通過側孔卡住頂蓋底部；旋轉樣品時，通過旋轉頂蓋，彈簧片在凸齒之間依次撥過，而進行樣品的小角度旋轉；拆裝樣品臺裝置時，通過銷釘的旋緊和擰開，進行樣品臺裝置的組裝和拆卸。

在本發明較佳的實施例中，上述薄環體設為n片且形狀與結構相同，凸齒的截面呈近似三角形，凸齒為三棱柱結構，凸齒的齒頂和齒底設置為圓角，薄環體的環外側面刻有用于幫助定位的n條等距的刻線。

在本發明較佳的實施例中，上述凸齒的數量為k，凸齒的齒底寬占薄環體的圓周角度為i°，相鄰刻線占薄環體的圓周角度為(n+1)*i°，則存在數值關系：

n*k*i＝360

其中，i為設計旋轉精度，即凸齒的齒底寬占薄環體的圓周角度，n、k為整數。

在本發明較佳的實施例中，上述相鄰薄環體的凸齒依次錯開一條刻線并重疊為整體薄環體，刻線在整體薄環體外側連成2n-1條，多片薄環體的凸齒之間無重合部分且完整劃分薄環體的圓周。

在本發明較佳的實施例中，上述頂蓋、整體薄環體和底座組裝后，旋轉樣品臺裝置的高度≤20mm，直徑≤40mm，質量≤100g。