一种基于压电陶瓷管的样品移动平台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，所述样品移动平台连接于所述压电陶瓷管(5)的上方，其中所述样品移动平台包括，磁钢(9)，磁性材料，与所述压电陶瓷管(5)连接；基座(8)，铁质材料，位于所述磁钢(9)上方，所述基座(8)受所述磁钢(9)磁力作用紧贴于所述磁钢(9)上表面；样品基片(7)，轻量型铁质薄片，位于所述基座(8)上方，受所述磁钢(9)磁性吸引力作用紧贴于所述基座(8)表面；其中，所述样品(6)粘接于所述样品基片(7)的上表面；所述基座(8)与所述样品基片(7)相接触面均为光滑面；所述基座(8)与所述磁钢(9)接触面为粗糙面。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
—种基于压电陶瓷管的样品移动平台
本技术涉及一种扫描探针显微镜样品移动平台，特别涉及一种基于压电陶瓷管的样品移动平台。
技术介绍
扫描探针显微镜(SPM)是当代纳米测量及纳米操作加工的有效工具，推动着整个纳米行业的快速发展。样品移动平台是SPM的重要组成部分，其主要包括扫描器和样品台两部分。由于受到扫描器中压电陶瓷管伸长的限制，SPM测量范围只能达到微米级，若要测量其他不在此范围的目标，就需要用CCD摄像头在微米量级的视场内搜索并用高精度样品移动平台把被测量区域移动、定位到SPM的针尖下方，以便于探针扫描。当前应用于SPM的样品移动平台主要有两种:一种是手动样品移动平台，其主要通过X-Y两个方向手动旋转精密螺杆来移动样品，根据不同微调旋钮的刻度，其最高精度可达2μπι，但若要达到0.1 μ m精度，则必须使用价格昂贵的差动螺纹丝杆，且若移动1mm，必须转动旋钮80多圈，操纵繁琐；另一种是高精度电控样品移动平台，其基于马达驱动的电控样品移动平台，借助计算机自动控制，配合光学显微镜系统进行样品移动、定位，定位精度可达纳米级，但设计复杂，极大的增加了仪器的成本。基于以上所述，一种低价位、高精度、操控方便的样品移动平台的开发很有必要性。
技术实现思路
针对上述技术中存在的不足，本技术提供一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，通过控制所述压电陶瓷管5的摆动实现对所述样品移动平台在X-Y 二维空间内纳米级移动及定位的控制。本技术公开了一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，所述样品移动平台连接于所述压电陶瓷管5的上方，所述样品移动平台包括，磁钢9，磁性材料，与所述压电陶瓷管5连接；基座8，铁质材料，位于所述磁钢9上方，所述基座8受所述磁钢9磁力作用紧贴于所述磁钢9上表面；样品基片7，轻量型铁质薄片，位于所述基座8上方，受所述磁钢9磁性吸引力作用紧贴于所述基座8表面；其中，所述样品6粘接于所述样品基片7的上表面；所述基座8与所述样品基片7相接触面均为光滑面；所述基座8与所述磁钢9接触面为粗糙面。优选地是，所述的一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，其中所述压电陶瓷管5连接在传输系统上，所述传输系统包括D/Α转换器3及高压放大器4，所述压电陶瓷管5接受来自所述高压放大器4的经所述D/Α转换器3转换后的放大电压，并在该电压驱动下运动。优选地是，所述的一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，其中所述D/Α转换器3接受来自DSP控制器2的数字指令并将其转换成所述高压放大器4的输入电压。优选地是，所述的一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，其中所述DSP控制器2连接在上位机I上，所述DSP控制器2接受自所述上位机操作软件发出的指令且对所述指令进行数字化处理。优选地是，所述的一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，其中所述陶瓷管外壁沿纵轴线方向被均分为四部分，所述四部分分别为X+导电层、X-导电层、Y+导电层及Y-导电层，其中所述X+导电层与所述X-导电层沿纵轴线对称分布，所述Y+导电层与所述Y-导电层沿所述纵轴线对称分布。本技术所提供的一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，其有益效果为:结构简单，控制方便，且步长可达纳米级。【附图说明】图1是本技术实施例所述的一种基于压电陶瓷管的样品移动平台的结构示意图；图2是本技术实施例所述的一种基于压电陶瓷管的样品移动平台中压电陶瓷管5在X方向移动的示意图；图3是本技术实施例所述基片上待测样品6在观察视野内的定位示意图；图4a是本技术实施例所述的压电陶瓷管的驱动电压校正前波形；图4b是本技术实施例所述的压电陶瓷管的的驱动电压校正后波形。【具体实施方式】下面结合附图对本技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1所示，为本技术提供的一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，包括控制系统，所述控制系统包括上位机I及DSP控制器2，所述DSP控制器2连接在所述上位机I上，通过所述上位机操作软件发送指令给DSP控制器2，DSP控制器2对所述指令进行数字处理；传输系统，所述传输系统包括D/A转换器3及高压放大器4，所述D/A转换器3接受来自所述DSP控制器2的数字指令并将其转换成模拟信号作为高压放大器4的输入电压；压电陶瓷管5，所述压电陶瓷管5接受来自所述高压放大器4的电压，并在该电压作用下运动；样品台，包括磁钢9、基座8及样品基片7，且三者自下而上依次相连，所述磁钢9位于所述压电陶瓷管5的顶端，所述基座8位于所述磁钢9上方，所述样品基片7位于所述基座8上方，所述基座8与所述样品基片7通过所述磁钢9磁性相连，所述基座8与所述压电陶瓷管5通过所述磁钢9磁性连接。由于受所述压电陶瓷管5伸长范围的限制，SPM的扫描范围一般可达到微米级，对于样品6，在某一时刻探针所能扫描的范围为图3中的中心区，若要观察左侧区中的图像，就需要在X方向移动样品6使左侧区移到中心区。根据压电陶瓷冲击驱动结构的原理可知，样品基片7在摩擦力和惯性作用下可以获得一定的位移，如图2压电陶瓷管5带动样品6在X方向移动示意图。现以图4a所示的电压波形作为压电陶瓷管5X方向的驱动电压来分析所述的基于压电陶瓷管的样品移动平台工作原理，其他方向工作原理类似。首先给所述压电陶瓷管5控制X方向运动的一对电极加上一缓慢上升电压，利用基座8和样品基片7间的静摩擦力带动样品基片7和样品6向中心位置方向移动，直到驱动电压达到最大值；然后令驱动电压迅速下降，由于惯性，样品基片7和样品6不会立即跟随基座8做反方向运动，而是在一段时间内会保持原来的运动方向，因此样品基片7与基座8就产生了一定的相对位移。如此反复执行便可使样品6上的左侧区移动到中心区位置，即到达探针的扫描区域，实现探针-样品6间的移动、定位。 根据惯性原理，当电压下降，即压电陶瓷管5的顶端带动基座8向X负方向移动时，样品基片7和样品6在X正方向作减速运动，直至V 1=0πι/8再向X负方向移动；假设样品基片7和样品6的速度从V 1减至零的过程所需要的时间是U1 — τ)，而扫描器A恢复为原态所需要的时间是(t2 — τ ),倘若t2 ≤ h,则样品基片7和样品6 —直向X正方向运动。因此，应使^尽可能大，尽量接近t2。若使t1尽可能大，一是要使V1尽可能大，gp所加驱动电压最大值尽可能大；二是要使摩擦系数μ尽可能小即样品基片7和基座8间接触面尽可能光滑，以减小样品基片7做减速运动时的摩擦阻力。考虑到压电陶瓷的非线性、蠕变和滞后等特性，在实验的过程中对波形进行不断改进，最后校正得到驱动扫描器的电压波形如图4b所示。图中曲线的效果是通过DSP控制器2控制高精度D/Α转换器3输出点的延迟时间长短来实现的。具体实施过程如下:首先，扫描探针显微镜工作时探针扫描样品6假定在中心区域，然后启动所述上位机操作软件中样品台移动操作界面，在该界面中可以通过改变驱动电压的幅度和周期数来选择符合实际要求的移动距离(移动距离=驱动电压幅度*周期数*扫描器灵敏度)，其中扫描器灵敏度是定值。另外软件界面中还有X+、X-、Y+、Y-以及XY轴线等8个移动方向可供选择。指令发出后传送给所述DSP控制器2，所述DSP控制器2对指令进行数字处理后发给所述D/Α转换器3，所述D/Α本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，所述样品移动平台连接于所述压电陶瓷管（5）的上方，其特征在于，所述样品移动平台包括，?磁钢（9），磁性材料，与所述压电陶瓷管（5）连接；?基座（8），铁质材料，位于所述磁钢（9）上方，所述基座（8）受所述磁钢（9）磁力作用紧贴于所述磁钢（9）上表面；?样品基片（7），轻量型铁质薄片，位于所述基座（8）上方，受所述磁钢（9）磁性吸引力作用紧贴于所述基座（8）表面；?其中，所述样品（6）粘接于所述样品基片（7）的上表面；所述基座（8）与所述样品基片（7）相接触面均为光滑面；所述基座（8）与所述磁钢（9）接触面为粗糙面。

【技术特征摘要】
1.一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，所述样品移动平台连接于所述压电陶瓷管(5)的上方，其特征在于，所述样品移动平台包括， 磁钢(9)，磁性材料，与所述压电陶瓷管(5)连接； 基座(8 )，铁质材料，位于所述磁钢(9 )上方，所述基座(8 )受所述磁钢(9 )磁力作用紧贴于所述磁钢(9)上表面； 样品基片(7)，轻量型铁质薄片，位于所述基座(8)上方，受所述磁钢(9)磁性吸引力作用紧贴于所述基座(8)表面； 其中，所述样品(6)粘接于所述样品基片(7)的上表面；所述基座(8)与所述样品基片(7)相接触面均为光滑面；所述基座(8)与所述磁钢(9)接触面为粗糙面。2.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，其特征在于，所述压电陶瓷管(5)连接在传输系统上，所述传输系统包括D/A转换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩雄，李立强，
申请(专利权)人：苏州海兹思纳米科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：