一种可控大长径比纳米探针的制备装置与制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种可控大长径比纳米探针的制备装置，通过设置腐蚀稳压电路、腐蚀电压切断电路、探针浸没判断电路，与单片机配合实现对腐蚀过程中的腐蚀电压、探针浸没深度、探针提升速度等重要参数的精确控制，能够制备大长径比、可控长径比、耐磨损、可回收、成本低的纳米探针。本发明专利技术还提供一种可控大长径比纳米探针的制备方法，采用探针浸入指定深度后不再停留腐蚀，而是一直不断提起探针，从而形成针尖长、针尖曲率半径平滑变化、长径比大的新型纳米探针，具有不易磨损、可回收再利用、使用成本低等显著优点，并通过对腐蚀电压、探针浸没深度、提起速度等参数的自动控制，提高纳米探针的精度和质量，并且制备方法操作简单可靠。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种可控大长径比纳米探针的制备装置，通过设置腐蚀稳压电路、腐蚀电压切断电路、探针浸没判断电路，与单片机配合实现对腐蚀过程中的腐蚀电压、探针浸没深度、探针提升速度等重要参数的精确控制，能够制备大长径比、可控长径比、耐磨损、可回收、成本低的纳米探针。本专利技术还提供一种可控大长径比纳米探针的制备方法，采用探针浸入指定深度后不再停留腐蚀，而是一直不断提起探针，从而形成针尖长、针尖曲率半径平滑变化、长径比大的新型纳米探针，具有不易磨损、可回收再利用、使用成本低等显著优点，并通过对腐蚀电压、探针浸没深度、提起速度等参数的自动控制，提高纳米探针的精度和质量，并且制备方法操作简单可靠。【专利说明】
本专利技术涉及一种纳米探针的制备装置与制备方法，特别涉及一种可控大长径比纳 米探针的制备装置与制备方法，属于纳米
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技术介绍
目前，纳米科技发展迅速，并对当前科技研究、社会生产、日常生活产生巨大影响。 纳米探针被广泛应用于纳米科技领域，例如扫描隧道显微镜、半导体测量仪、纳米操作臂 等。现有技术常用的纳米探针制备方法包括超真空离子场显微镜、研磨、剪切、场致（静电） 发射、电化学腐蚀等。其中，电化学腐蚀法以其制备重复性好、价格低廉、结构简单的特点而 获得越来越多的青睐。 专利技术专利申请："一种金属钨纳米探针的制备方法及其应用"，申请公布号： CN102721832A，申请公布日：2012. 10. 10,公开了一种纳米探针的制备方法，利用单片机步 进马达轴向位移系统实现腐蚀过程中钨丝的自动提起，通过控制浸入深度、提起速度和时 间可以制备出鹤纳米探针，将制得的探针用于Kleindiek Nanotechnik公司生产MM3A纳米 微操纵系统，对碳纳米管进行了全新的纳米级位移、定位及控制测量。 但是，上述专利技术专利申请公开的电化学腐蚀制备纳米探针方法存在明显的缺陷或 不足： -是制备方法采用先将探针浸入腐蚀液后，先提起后静止在腐蚀液中进行腐蚀， 因而制备的纳米探针长径比很小（文件指出长径比为3. 7)且针尖很短，这种纳米探针在实 际应用中，尤其是作为纳米操作臂时探针极易磨损，并且磨损后即废弃，无法回收再利用， 使用成本较高。 二是虽然上述申请也给出了腐蚀电压、探针提起速度、提起时间等制备参数的限 定，但并未揭示上述参数与探针的长径比的定量关系，所选数值范围仅凭经验选取，因而不 能通过上述制备参数的调节，实现对纳米探针长径比的控制，也即是制备的纳米探针的长 径比是非可控的。 三是探针静止在腐蚀液中腐蚀纳米探针的曲率变化不能保持平缓、连续，影响探 针的平滑外形。 四是设置由电压比较器等元件组成的比较控制电路，虽然也能实现腐蚀电压的自 动切断，但无法进一步同时控制改变切断腐蚀电压后的探针提起速度，不利于探针针尖的 形态优化。 五是虽然也给出了探针浸入深度的控制参数，但是单片机仅能控制步进电机的位 移距离，不能精确定位探针到达腐蚀液面的位置（即深度计算的起点），因而影响控制浸入 深度的精度，进一步影响探针的长径比和形态。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的第一个技术目的旨在提供一种可 控大长径比纳米探针的制备装置，通过设置腐蚀稳压电路、腐蚀电压切断电路、探针浸没判 断电路等控制电路，与单片机配合实现对腐蚀过程中的腐蚀电压、探针浸没深度、探针提升 速度等重要参数的精确控制，能够制备大长径比、可控长径比、耐磨损、可回收、成本低的纳 米探针，满足制备不同纳米探针的需要。 本专利技术的第二个技术目的旨在提供一种可控大长径比纳米探针的制备方法，采用 探针浸入、提起后不再静止腐蚀，而是浸入后一直不断提起探针，从而形成针尖长、针尖曲 率半径平滑变化、长径比大的新型纳米探针，具有不易磨损、可回收再利用、使用成本低等 显著优点，并通过对腐蚀电压、探针浸没深度、提起速度等参数的自动控制，提高纳米探针 的精度和质量，并且制备方法操作简单可靠。 本专利技术为实现技术目的采用的技术方案为： 一种可控大长径比纳米探针的制备装置，所述装置包括机械位移装置、控制机和 控制电路，所述机械位移装置固定纳米探针并带动纳米探针上下移动，所述控制机包括上 位机和单片机，所述单片机与机械位移装置相连并控制机械位移装置移动，所述控制电路 包括与单片机相连接的腐蚀电压稳压电路、腐蚀电压切断电路和探针浸没判断电路，所述 腐蚀电压切断电路包括依次串联的采样电阻、电压跟随器、比例运算电路和电压比较器，所 述采样电阻与腐蚀电路相连，用于采集腐蚀电路电流值并将其转换为电压值，所述电压跟 随器用于跟随转换得到判断电压，所述比例运算电路用于将判断电压信号放大，所述电压 比较器输出端与单片机的10 口相连，所述电压比较器用于将判断电压与阈值电压进行比 较，当判断电压低于阈值电压时，电压比较器输出端由低电平变为高电平，并将电平转变信 号传送至单片机，所述腐蚀电压稳压电路接收单片机发出的腐蚀电压信号指令，并按照指 令输出预设的腐蚀电压并保持腐蚀电压恒定，所述探针浸没判断电路检测探针是否浸入腐 蚀液面，并将探针浸入信号信号发送至单片机。 一种可控大长径比纳米探针的制备装置，所述腐蚀电压稳压电路包括串联的稳 压器和数字变阻器，所述数字变阻器的输入端与单片机的输出端相连，所述数字变阻器接 收单片机发出的指令并改变自身电阻值，使稳压器输出预设的腐蚀电压并保持腐蚀电压恒 定。 一种可控大长径比纳米探针的制备装置，所述探针浸没判断电路包括三极管，所 述三极管的基极与腐蚀电路相连，集电极与单片机的输入端相连，所述三极管在探针浸入 腐蚀液时导通并向单片机发送探针浸入信号。 一种可控大长径比纳米探针的制备装置，所述机械位移装置包括三相异步电动机 驱动器、三相异步电动机、挠性联轴器、轴承、滚珠丝杠、固定螺母、柔性铰链、支架、移动工 作板和探针夹具，所述三相异步电动机驱动器的输入端连接单片机，输出端连接三相异步 电动机，所述三相异步电动机的主轴通过挠性联轴器与滚珠丝杠的固定端固定连接，所述 滚珠丝杠通过轴承固定在支架上，所述滚珠丝杠上固定有螺母，所述移动工作板通过柔性 铰链与螺母固定连接，所述移动工作板上固定连接探针夹具。 一种可控大长径比纳米探针的制备装置，所述轴承包括分别位于滚珠丝杠的上 端、下端的上轴承和下轴承，所述上轴承为固定式轴承，所述下轴承为游动式轴承。 一种可控大长径比纳米探针的制备装置，所述探针夹具包括排针和排母，所述排 针固定在移动工作板上，探针安装在排母上。 一种制备可控大长径比纳米探针的方法，包括以下步骤： 1)安装探针并对探针进行清洗处理； 2)上位机输入预设的粗腐蚀电压、精腐蚀电压、探针浸没深度、探针浸没提起速 度、探针脱离提起速度； 3)单片机控制机械位移装置正转并带动探针下降，当探针接触腐蚀液瞬间，探针 浸没判断电路检测到探针浸入腐蚀液并向单片机发出探针浸入信号，单片机控制腐蚀电压 稳压电路输出粗腐蚀电压，探针开始粗腐蚀； 4)探针浸入腐蚀液后，单片机控制机械位移装置继续下移，直到探针到达预设的 浸没深度，然后单片机控制机械位移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可控大长径比纳米探针的制备装置，其特征在于：所述装置包括机械位移装置(1)、控制机(2)和控制电路，所述机械位移装置(1)固定纳米探针并带动纳米探针上下移动，所述控制机包括上位机(21)和单片机(22)，所述单片机(22)与机械位移装置(1)相连并控制机械位移装置(1)移动，所述控制电路包括与单片机(22)相连接的腐蚀电压稳压电路(3)、腐蚀电压切断电路(4)和探针浸没判断电路(5)；所述腐蚀电压切断电路(4)包括依次串联的采样电阻(41)、电压跟随器(42)、比例运算电路(43)和电压比较器(44)，所述采样电阻(41)与腐蚀电路相连，用于采集腐蚀电路电流值并将其转换为电压值，所述电压跟随器(42)用于跟随转换得到判断电压，所述比例运算电路(43)用于将判断电压信号放大；所述电压比较器(44)输出端与单片机(22)的IO口相连，所述电压比较器(44)用于将判断电压与阈值电压进行比较，当判断电压低于阈值电压时，电压比较器(44)输出端由低电平变为高电平，并将电平转变信号传送至单片机(22)；所述腐蚀电压稳压电路(3)接收单片机(22)发出的腐蚀电压信号指令，并按照指令输出预设的腐蚀电压并保持腐蚀电压恒定；所述探针浸没判断电路(5)检测探针浸入腐蚀液面，并将探针浸入信号信号发送至单片机(22)。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵昊，刘晓军，王香凝，章明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42