[實用新型]一種用于原子力顯微鏡的探針操作裝置

有效

• 申請號: 201922215433.X
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN211235922U
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 于斯涵;許可
• 申請（專利權）人: 沈陽建筑大學
• 主分類號: G01Q60/38
• 分類號: G01Q60/38
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 任凱

本實用新型涉及一種原子力顯微鏡的探針操作技術，具體涉及一種用于原子力顯微鏡的探針操作裝置。本實用新型的技術方案如下：一種用于原子力顯微鏡的探針操作裝置，包括探針拾取器、電動位移平臺、控制器、操控器和系統基座；電動位移平臺固定于系統基座的底部，探針拾取器固定于系統基座的上部并懸置于電動位移平臺上方；探針拾取器、電動位移平臺及操控器分別通過信號線纜與控制器相連；探針拾取器利用真空吸附原理實現對探針的可靠拾取與釋放；電動位移平臺用于實現探針在操作空間的四自由度位姿定位；操控器通過控制器控制電動位移平臺運動和控制探針拾取器啟停。本實用新型能夠實現探針從探針盒到探針夾的可靠裝配，以及探針從探針夾到探針盒的可靠卸載。

技術領域

本實用新型涉及一種原子力顯微鏡的探針操作技術，具體涉及一種用于原子力顯微鏡的探針操作裝置。

背景技術

目前，原子力顯微鏡是生物、材料、納米技術等科學領域中的重要研究工具，其主要利用探針對樣品形貌實現納米級觀測及物理特性測量。探針針尖直徑在納米量級，在與樣品表面接觸的過程中很容易磨損，從而失去了其原有檢測精度，因此探針是原子力顯微鏡的耗材，需要經常更換。另外，探針種類特別豐富，具有不同的特性，因此不同的實驗通常要更換不同的探針。探針更換是原子力顯微鏡操作中最常見的一個操作。主要是要把探針從探針存儲盒中拾取，然后裝配到探針夾中，或者把探針從探針夾中取出，放回到探針盒中。目前探針裝配與卸載全為手動操作，主要利用鑷子從探針盒中拾取探針然后裝配入探針夾中或者利用鑷子從探針夾中取出探針放回到探針盒中。這個過程中由于鑷子與探針基底的接觸面較小，基底兩側受力不均，會產生扭轉，從而把探針給“夾飛”了，探針掉落后，針尖碰到任何物體，基本就折了，從而造成探針報廢；另外，在探針裝配過程中，要一手按住探針夾彈簧片，使彈簧片離開探針基座凹槽，另外一只手夾取鑷子把探針裝配入凹槽中，由于凹槽的長、寬、深尺寸只有2.5mm×1.7mm×0.3mm，加上人手的抖動，很難將探針裝配入凹槽中，經常在裝配的過程中使探針從鑷子上脫離，造成探針損壞。由于探針非常昂貴，最便宜的要200元左右，甚至有些特殊功能探針如用于測量半導體關鍵尺寸的CD探針、高深寬比的柱狀探針、碳納米管探針、金剛石探針等等，從1000多元到幾萬元不等，給實驗操作者造成巨大心里壓力，同時這些探針都是消耗品，在探針裝配過程中損壞探針，也對科研經費造成了極大浪費，特別是科研新手，在裝配過程中損壞探針更是經常發生的事情。因此非常有必要開發一種探針操作裝置，代替人手進行探針的裝配與卸載，實現探針可靠操作，避免浪費。

實用新型內容

本實用新型提供一種用于原子力顯微鏡的探針操作裝置，能夠實現探針從探針盒到探針夾的可靠裝配，以及探針從探針夾到探針盒的可靠卸載。

本實用新型的技術方案如下：

一種用于原子力顯微鏡的探針操作裝置，包括探針拾取器、電動位移平臺、控制器、操控器和系統基座；電動位移平臺固定于系統基座的底部，探針拾取器固定于系統基座的上部并懸置于電動位移平臺上方；探針拾取器、電動位移平臺及操控器分別通過信號線纜與控制器相連；探針拾取器利用真空吸附原理實現對探針的可靠拾取與釋放；電動位移平臺用于實現探針在操作空間的四自由度位姿定位；操控器通過控制器控制電動位移平臺運動和控制探針拾取器啟停。

進一步地，所述的用于原子力顯微鏡的探針操作裝置，其中所述探針拾取器包括外部殼體、微型真空氣泵、轉接套管、氣室、氣體壓力傳感器、帶定位彈簧和吸盤的氣針、帶導向柱的內部殼體、安全彈簧、預緊螺絲、蜂鳴器及指示燈；微型真空氣泵包括馬達和泵體；微型真空氣泵的氣泵抽氣口通過轉接套管與氣室的排氣口連接，氣室進氣孔與所述氣針連接；所述氣針末端連接所述吸盤，氣針末端針管外面套有所述定位彈簧，所述定位彈簧末端抵住所述吸盤頂部，防止吸盤被針管刺穿；內部殼體頂部的導向柱穿過外部殼體頂部，導向柱外設有安全彈簧，當氣針與探針作用力過大時，氣針頂住內部殼體整體上移，起安全保護作用；預緊螺絲用于調節導向柱外圍安全彈簧預緊力。