一种基于原子力显微镜的多功能组合探针系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种基于原子力显微镜的多功能组合探针系统。该系统能在各种设定的工作环境中通过程序控制原位切换具有不同功能的探针，从而在同一实验区域原位实现微观摩擦磨损实验、表面形貌扫描、晶体结构演变探测和摩擦能量耗散测量等功能。该系统在原位切换探针时，无需破坏工作环境，有效避免外界环境对样品表面的污染。
【专利说明】
一种基于原子力显微镜的多功能组合探针系统
技术领域
[0001]本发明属于精密仪器领域，尤其涉及一种基于原子力显微镜的多功能组合探针系统，该系统能在各种设定的工作环境中对同一实验区域原位实现微观摩擦磨损实验、表面形貌扫描、晶体结构演变探测和摩擦能量耗散测量等功能。
【背景技术】
[0002]原子力显微镜是一种通过检测被测样品与探针之间的弱相互作用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的精密仪器。原子力显微镜已经在材料科学、生命科学等领域发挥了重要作用，推动了纳米科技的发展，是开展微纳尺度下研究的重要仪器。通常情况下，原子力显微镜只能安装一根功能单一的探针。随着微纳尺度下的摩擦磨损研究逐步深入，在一些研究中，需要在不破坏工作环境的前提下原位更换其他具有不同功能的探针。以真空环境下的摩擦磨损实验为例，首先，选用曲率半径较小的探针对样品表面实验区域进行形貌扫描。然后，选用曲率半径较大的探针对样品表面实验区域进行摩擦磨损测试。继而，再选用曲率半径较小的探针对摩擦磨损后的样品表面实验区域进行形貌扫描。最后，再对样品表面实验区域进行化学成分表征，综合分析实验中的摩擦系数和实验前后的表面形貌、化学成分等数据，推断得出对磨副材料的摩擦磨损机理。但是，在更换具有不同功能的探针以及表征化学成分时，势必会破坏原有的真空环境，引入许多不确定因素(如空气中的氧气和水蒸气等)，造成样品表面污染，从而无法获得真实可靠的实验数据，并且上述实验过程操作复杂、效率较低，严重阻碍了微纳尺度下的摩擦磨损机理研究。
【发明内容】
[0003]针对上述技术问题，本发明提供一种基于原子力显微镜的多功能组合探针系统，该系统能在各种设定的工作环境中通过程序控制原位切换具有不同功能的探针，从而在同一实验区域原位实现微观摩擦磨损实验、表面形貌扫描、晶体结构演变探测和摩擦能量耗散测量等功能。该系统在原位切换探针时，无需破坏工作环境，有效避免外界环境对样品表面的污染。
[0004]针对上述技术问题，本发明的技术方案是:一种基于原子力显微镜的多功能组合探针系统，包括真空腔体、安装在真空腔体上的腔体上盖和安装在腔体上盖上的光窗顶盖；光窗顶盖与腔体上盖之间放置通光通光透明板;真空腔体内部安装探针切换平台和样品台。其中，探针切换平台安装在样品台上方。
[0005]进一步的，所述探针切换平台为旋转式。
[0006]进一步的，所述探针切换平台包括用于实现不同功能探针原位切换的压电旋转定位平台、安装在压电旋转定位平台下的探针载动圆盘和搭载在探针载动圆盘下的多组可相互切换的具有不同功能的探针组件。
[0007]进一步的，所述光窗顶盖成内凹状。
[0008]进一步的，所述腔体上盖的中部设有半圆状的通光孔和用于安装压电旋转定位平台的凸台。
[0009]进一步的，所述探针载动圆盘上均匀设有用于安装探针组件盲孔。
[0010]进一步的，所述探针组件包括用于固定探针的探针托架和弹簧压片、以及探针。
[0011]进一步的，所述探针包括表面形貌扫描的探针、微观摩擦磨损实验的探针、针尖增强拉曼光谱的探针以及待扩展功能的探针。
[0012]进一步的，所述通光通光透明板为石英玻璃。
[0013]本发明的有益效果如下:
[0014]1、该系统可以通过程序控制原位切换具有不同功能的探针，从而在同一实验区域原位实现微观摩擦磨损实验、表面形貌扫描、晶体结构演变探测和摩擦能量耗散测量等功能，具有探针切换灵活便捷、定位精度高以及不破坏工作环境的优点。
[0015]2、光窗顶盖设计成内凹状，可以显著增大其上方空间，便于集成其他设备。
[0016]3、探针组件安装在探针载动圆盘下，通过精密加工保证探针载动圆盘上、下面的平行度，从而保证具有不同功能的探针在同一平面上。
[0017]4、探针切换平台通过旋转方式切换探针，有效节约腔体内部的工作空间。
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例的一个视角的结构示意图；
[0019]图2为本发明实施例的一个视角的爆炸图；
[0020]图3为本发明实施例的内部结构示意图；
[0021]图4为腔体上盖的内部结构示意图；
[0022]图5为探针切换平台一个视角的结构示意图；
[0023]图6为压电旋转定位平台的结构示意图；
[0024]图7为探针切换平台另一个视角的结构示意图；
[0025]图8为探针载动圆盘结构不意图；
[0026]图9为探针组件的结构示意图。
[0027]其中，真空腔体I，腔体上盖2，凸台2.1，通光孔2.2，光窗顶盖3，石英玻璃4，探针切换平台5，压电旋转定位平台5.1，盲孔5.2.1，探针载动圆盘5.2，探针组件6，探针托架6.1，弹簧压片6.2，探针6.3。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的阐述。
[0029]如图1-3所示，一种能在各种设定的工作环境中在同一实验区域原位实现微观摩擦磨损实验、表面形貌扫描、晶体结构演变探测和摩擦能量耗散测量等不同功能的多功能组合探针系统。本发明的实施例，基于原子力显微镜的多功能组合探针系统，包括真空腔体
1、安装在真空腔体I上的腔体上盖2和安装在腔体上盖2上的光窗顶盖3，腔体上盖2通过螺钉连接安装在真空腔体I上，真空腔体I和腔体上盖2均设有用于密封的橡胶密封圈凹槽，通过橡胶密封圈进行密封。光窗顶盖3通过螺钉连接安装在腔体上盖2上，光窗顶盖3成内凹状，显著增大了光窗顶盖3上方空间，便于在腔体上方集成其他设备。
[0030]腔体上盖2的中部设有半圆状的通光孔2.2和用于安装压电旋转定位平台5.1的凸台2.1，压电旋转定位平台5.1通过螺钉连接在凸台2.1上。光窗顶盖3与腔体上盖2之间放置有用于透射激光的石英玻璃4;真空腔体I内部设置有探针切换平台5和样品台，探针切换平台5安装在样品台上方。
[0031]如4-8所示，探针切换平台5包括用于实现不同功能探针原位切换的压电旋转定位平台5.1、安装在压电旋转定位平台5.1下的探针载动圆盘5.2，探针载动圆盘5.2上搭载有多组可相互切换的具有不同功能的探针组件6，探针载动圆盘5.2上均匀设有多组用于安装探针组件盲孔5.2.1，探针组件6通过螺钉与盲孔5.2.1连接。
[0032]探针载动圆盘5.2通过螺钉连接安装在压电旋转定位平台5.1，通过精密加工探针载动圆盘5.2来保证探针载动圆盘5.2上、下面的平行度，从而保证具有不同功能的探针组件6在同一平面上，探针组件6通过压电旋转定位平台5.1带动探针载动圆盘5.2，探针载动圆盘5.2带动探针组件6进行原位切换。探针切换平台5通过旋转方式切换探针，可以有效地节约真空腔体I内部的工作空间。
[0033]如图9所示，探针组件6包括用于固定探针的探针托架6.1和弹簧压片6.2、以及探针6.3。探针6.3包括表面形貌扫描的探针、微观摩擦磨损实验的探针、针尖增强拉曼光谱的探针以及待扩展功能的探针。
[0034]该系统的工作原理是在同一设定的工作环境中通过程序控制原位切换具有不同功能的探针，从而在同一实验区域原位实现微观摩擦磨损实验、表面形貌扫描、晶体结构演变探测和摩擦能量耗散测量等功能，可同时安装多组探针组件6。
[0035]具体连接安装以及工作过程如下:将不同功能的探针(包括表面形貌扫描的探针、微观摩擦磨损实验的探针以及针尖增强拉曼光谱的探针)安装在探针托架上;放置样品并将设备调至工作状态(进行针尖增强拉曼光谱实验需要集成拉曼光学系统)，通过程序控制，将表面形貌扫描的探针或者针尖增强拉曼光谱的探针定位到样品表面实验区域进行实验，得到样品表面实验区域的形貌或者拉曼光谱;进行上一步实验后，通过控制程序将用于微观摩擦磨损实验的探针定位到样品表面实验区域进行微观摩擦磨损实验;进行微观摩擦磨损实验后，再通过程序控制将表面形貌扫描的探针或者针尖增强拉曼光谱的探针切换定位到样品表面实验区域，得到微观摩擦磨损实验后的形貌或者拉曼光谱。上述工作过程均在同一工作环境中通过程序控制原位切换具有不同功能的探针，使得多种工作模式可以相继协同完成，不需要打开腔体更换探针。探针切换通过程序控制完成，操作灵活便捷、定位精度高。该系统保证了实验环境的稳定性和可靠性，缩短了实验时间，使得实验结果更可靠、实验效率更高。
[0036]本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于原子力显微镜的多功能组合探针系统，其特征在于:包括真空腔体(I)、安装在真空腔体(I)上的腔体上盖(2)和安装在腔体上盖(2)上的光窗顶盖(3);光窗顶盖(3)与腔体上盖(2)之间放置通光透明板;真空腔体(I)内部安装探针切换平台(5)和样品台。2.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的多功能组合探针系统，其特征在于:所述探针切换平台(5)为旋转式。3.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的多功能组合探针系统，其特征在于:所述探针切换平台(5)包括用于实现不同功能探针原位切换的压电旋转定位平台(5.1)、安装在压电旋转定位平台(5.1)下的探针载动圆盘(5.2)和搭载在探针载动圆盘(5.2)下的多组可相互切换的具有不同功能的探针组件(6)。4.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的多功能组合探针系统，其特征在于:所述光窗顶盖(3)成内凹状。5.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的多功能组合探针系统，其特征在于:所述腔体上盖(2)的中部设有半圆状的通光孔(2.2)和用于安装压电旋转定位平台(5.1)的凸台(2.1)06.根据权利要求3所述的基于原子力显微镜的多功能组合探针系统，其特征在于:所述探针载动圆盘(5.2)上均匀设有多组用于安装探针组件盲孔(5.2.1)。7.根据权利要求1或2所述的基于原子力显微镜的多功能组合探针系统，其特征在于:所述探针组件(6)包括用于固定探针的探针托架(6.1)和弹簧压片(6.2)、以及探针(6.3)。8.根据权利要求7所述的基于原子力显微镜的多功能组合探针系统，其特征在于:所述探针(6.3)包括表面形貌扫描的探针、微观摩擦磨损实验的探针、针尖增强拉曼光谱的探针以及待扩展功能的探针。9.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的多功能组合探针系统，其特征在于:所述通光通光透明板为石英玻璃(4)。
【文档编号】G01Q60/38GK105891549SQ201610214796
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】钱林茂, 张超杰, 江亮, 余丙军, 邹乙稼
【申请人】西南交通大学