[發明專利]應用于真空掃描探針顯微鏡與真空管道間樣品傳送的裝置

有效

• 申請號: 202010089798.7
• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號: CN111257598B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 江亮;吳淵;錢林茂;陳宇山;徐文鑌
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01Q60/10
• 分類號: G01Q60/10;G01Q30/00
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 鐘玉巧

本發明公開了一種應用于真空掃描探針顯微鏡與真空管道間樣品傳送的裝置，其包括：進樣腔、進樣機構和傳樣盒。進樣腔包括：進樣腔腔體、進樣口、進樣腔觀察窗口、操作桿和進樣腔蓋子。進樣機構包括：推桿、進樣導軌、進樣平臺和樣品刮片。傳樣盒包括：傳樣盒蓋子和傳樣盒凸臺。本發明的傳樣過程如下：將真空管道中的待測樣品放入傳樣盒內并密封；將傳樣盒取出并放入進樣腔中并密封；將進樣腔與真空掃描探針顯微鏡抽真空，打開傳樣盒，利用進樣機構僅將待測樣品傳送到真空掃描探針顯微鏡的樣品臺上。本發明實現了待測樣品平穩可靠傳送，嚴格保證傳樣時待測樣品始終處于真空環境中，且適用于現有的真空掃描探針顯微鏡，有效保護壓電陶瓷管。

技術領域

本發明屬于掃描探針技術或設備領域，具體而言，涉及一種應用于真空掃描探針顯微鏡與真空管道間樣品傳送的裝置。

背景技術

掃描探針顯微鏡是掃描隧道顯微鏡以及在掃描隧道顯微鏡的基礎之上發展起來的各種新型探針顯微鏡(原子力顯微鏡、力調制顯微鏡、相位檢測顯微鏡、靜電力顯微鏡、電容掃描顯微鏡、熱掃描顯微鏡和近場光學顯微鏡等)的統稱，是一種應用于納米科學領域和表面科學領域的精密分析儀器。近幾年，隨著納米科技的迅速發展，對掃描探針顯微鏡的需求日益上升。

掃描探針顯微鏡在進行成像時，利用微小的探針針尖接近待測樣品，該針尖與待測樣品表面產生相互作用，通過檢測這種相互作用，能夠獲得待測樣品表面的高分辨率三維形貌。此外，也可以利用針尖對待測樣品進行微觀摩擦磨損實驗。如果掃描探針顯微鏡是在普通大氣環境中進行操作，那么由于大氣中存在水蒸氣的緣故，容易在待測樣品表面形成水膜，要想實現高分辨率探測較為困難；此外，大氣環境異常復雜，含有氧氣、微顆粒以及有機物等，上述成分極有可能會污染待測樣品表面，導致其物化特性發生改變，影響實驗結果的真實性，為此，需要嚴格保證待測樣品處于真空環境。

以超滑過程摩擦能量耗散研究作為一種典型應用實例來進行說明。理論而言，超滑是摩擦系數接近于零的潤滑狀態，一般認為滑動摩擦系數在0.001量級或更低的潤滑狀態即為超滑態。超滑現象為解決能源消耗這一難題提供了新的重要途徑，在超滑狀態下，摩擦系數較常規的油潤滑成數量級的降低，磨損率極低，接近于零。然而，超滑現象的機理尚不清楚，有些現象用現有理論無法解釋。超滑的關鍵是將摩擦降低到最小程度，而摩擦過程能量的耗散途徑和機制是預測和控制摩擦的關鍵。因此，對摩擦過程能量耗散的定量研究是探索超滑機理的重要手段，亟需高分辨原位實時摩擦能量耗散實驗對超滑的機理進行研究。摩擦能量耗散涉及聲子耗散、聲-電耦合耗散及不同頻率的物理射線發射的測量，其能量微小，受環境影響巨大。為了實現對電子、聲子耗散行為的有效區分，以及超低熱噪聲的發射信號檢測等主要功能，必須采用真空環境的實驗腔室，待測樣品始終處于真空環境中，此時，待測樣品需要利用真空管道在各個檢測設備之間進行傳送，例如，在真空掃描探針顯微鏡與真空管道之間進行傳送。具體而言，需要從真空管道中取出待測樣品，傳送到真空掃描探針顯微鏡中，進而實現摩擦系數、表面形貌、局部電勢和微區拉曼信息的檢測，整個傳送過程必須嚴格保證待測樣品始終處于真空環境。上述需求對真空管道與真空掃描探針顯微鏡之間的樣品傳送提出了嚴峻挑戰。

然而，提供一種應用于真空掃描探針顯微鏡與真空管道間樣品傳送的裝置具有極高的難度。目前科研界和工業界鮮有類似功能的裝置。經過調研，僅日立有一款帶有樣品傳送裝置的真空掃描探針顯微鏡。然而，該樣品傳送裝置只能在日立的真空掃描探針顯微鏡和日立的掃描電子顯微鏡之間傳送待測樣品，無法直接應用于真空管道與真空掃描探針顯微鏡之間的樣品傳送，幾乎沒有借鑒意義，具體表現如下：

1、該裝置在傳樣過程中，會將樣品支架與待測樣品一同傳送至真空掃描探針顯微鏡的樣品臺上，真空掃描探針顯微鏡的壓電陶瓷管需要額外承受樣品支架的重力。然而，真空掃描探針顯微鏡的壓電陶瓷管非常脆弱，使用時需要竭力避免承受額外壓力。同時，當壓電陶瓷管承受較大壓力時，其運動性能也會受到抑制，影響檢測的準確性。一般而言，待測樣品的重量應控制在15克以下。