一种Pt‑Ir针尖腐蚀装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种Pt‑Ir针尖腐蚀装置，包括机械组件、工作电路和自动电路控制系统；所述的自动电路控制系统包括交流信号发生模块、交流电压信号采集及放大模块、交流电压信号有效值提取及显示电路、交流电流信号采集模块、交流电流信号绝对值处理电路、交直流转换及显示电路、阈值设定模块、采样信号比较电路模块、信号处理电源模块和功率开关单元。本实用新型专利技术在自动电路控制系统加载了交流电流信号绝对值处理电路，将交流电流信号转化为可以直接观测的直流电压信号，采样信号比较电路模块将其与预设值进行比较，确定功率开关单元的动作。按照本实用新型专利技术的方法制作Pt‑Ir针尖的过程中，从未在烧杯底部发现过断裂的Pt‑Ir金属丝。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及扫描隧道显微镜的制作技术，特别是一种扫描隧道显微镜的Pt-Ir(铂铱)针尖的制作装置。
技术介绍
扫描隧道显微镜是一种分辨率极高的表面科学研究手段。作为对样品表面扫描成像的直接部件，针尖在扫描隧道显微镜工作过程中扮演了重要的角色，并且极大的影响了成像的质量以及运行的稳定性。由于尖端原子的d电子态能够获得更高的侧向分辨率，W(钨)和Pt-Ir(铂铱)是目前最常用的两种针尖材料。相比较而言，W针尖较易被腐蚀所以一般在真空环境下使用，而Pt和Ir都是贵金属且不易被氧化，化学性质比较稳定，可以用于大气环境下，另外Pt较软，加入Ir可以增加硬度使其不易被损坏。这两种材料，W较硬而且脆，一般使用直流电(DC)腐蚀方法进行加工。Pt-Ir较软，既可以使用剪切方法也可以用交流电(AC)腐蚀方法进行制作，具体用哪种方法，取决于将要应用的环境。例如，由于应力的释放，剪切的针尖外形粗糙，一般会形成多个凸起的微小尖端，多用于平坦表面的扫描，而化学腐蚀方法制作的针尖表面较为规则可以用于较粗糙的表面扫描。目前相关领域的研究主要集中在电路开发、腐蚀装置改进以及反应参数对于腐蚀效果的影响三个方面。为了得到更加尖锐的针尖，大部分的设计需要自动控制电路的辅助。中国专利CN201410836854.3公开了一种扫描隧道显微镜针尖腐蚀仪，该腐蚀仪包括机械组件、工作电路和控制电源。控制电源包括控制电路和操控面板。控制电路包括调压稳压模块、电压测量模块、电流测量模块、阈值设定模块、采样比较模块和电压输出模块，调压稳压模块所用采样电阻R2位于高电位处，采样比较模块采用LM319型比较器。由于该腐蚀仪所设计控制电路将以往针尖腐蚀仪控制电路中的采样电阻从整个负载电压采集系统中移走，改在高电位处，通过这样的方式可以精确测量实时电流，同时保证负载电阻两端的恒压输出，而电流随着负载电阻的增大而逐渐减小，这样单参量的变化是容易控制和分析的，增强了腐蚀过程的稳定性，从而提高了针尖制作的成功率。但是，该腐蚀仪在腐蚀过程中存在某一部分反应较快而造成金属丝断裂，因此只能采用直流腐蚀方法制作W针尖，不能用于Pt-Ir针尖的腐蚀制作。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本技术要设计一种在腐蚀过程中不会造成某一部分反应较快而造成金属丝断裂的Pt-Ir针尖腐蚀装置。为了实现上述目的，本技术的技术方案如下：一种Pt-Ir针尖腐蚀装置，包括机械组件、工作电路和自动电路控制系统；所述的机械组件包括底座、支架、上盖、顶盖旋钮、铜套A、螺纹杆、指针、升降固定块、阳极电极杆、固定旋钮、电极固定端、三爪卡具A、旋钮、三爪卡具B、阴极电极杆、圆盘、石墨电极环、烧杯和铜套B。所述底座分别与支架、圆盘采用螺钉连接固定，起到总体的支承作用；所述上盖与支架采用螺钉连接固定；所述螺纹杆两端分别与铜套A和铜套B间隙配合，铜套A和铜套B分别固定在上盖和底座上；所述顶盖旋钮上标有刻度，采用螺钉与螺纹杆紧固连接；所述指针通过螺钉固定在上盖上，其配合顶盖旋钮上的刻度确定顶盖旋钮的旋转角度。所述电极固定端通过螺钉固定在升降固定块上，固定旋钮与电极固定端之间为螺纹配合，阳极电极杆通过固定旋钮固定在电极固定端上；所述三爪卡具A和三爪卡具B分别通过螺钉固定在阳极电极杆上，三爪卡具A和三爪卡具B将钨丝垂直夹紧；所述阴极电极杆采用螺钉固定在底座上，旋钮与阴极电极杆螺纹配合，旋转旋钮将电极环夹紧固定在阴极电极杆上；所述圆盘采用螺钉固定在底座上，盛有腐蚀溶液的烧杯置于圆盘的圆孔之中，电极环没入烧杯所盛溶液液面以下；所述的腐蚀溶液为CaCl2、HCl以及丙酮的混合溶液；所述的烧杯和圆盘之间设置减震板；所述的工作电路包括阳极电极杆、电极固定端、三爪卡具A、旋钮、三爪卡具B、阴极电极杆、圆盘、石墨电极环和烧杯中的腐蚀溶液；电极固定端通过电线接电源正极，电流通过与电极固定端连接的阳极电极杆传导到三爪卡具A和三爪卡具B所夹持的Pt-Ir丝；所述阴极电极杆接电源负极，并与石墨电极环通过螺钉连接；三爪卡具A和三爪卡具B所夹持的Pt-Ir丝与石墨电极环共同处于烧杯所盛的腐蚀溶液中，但Pt-Ir丝与石墨电极环不直接接触，通电时Pt-Ir丝在腐蚀溶液中发生电解反应构成电路回路。所述的自动电路控制系统包括交流信号发生模块、交流电压信号采集及放大模块、交流电压信号有效值提取及显示电路、交流电流信号采集模块、交流电流信号绝对值处理电路、交直流转换及显示电路、阈值设定模块、采样信号比较电路模块、信号处理电源模块和功率开关单元，所述的交流信号发生模块与交流电压信号采集及放大模块连接，所述的交流电压信号采集及放大模块分别与交流电压信号有效值提取及显示电路、交流电流信号采集模块和阳极电极杆连接，所述的交流电流信号采集模块依次与交流电流信号绝对值处理电路、交直流转换及显示电路和采样信号比较电路模块连接，所述的采样信号比较电路模块分别与阈值设定模块和功率开关单元连接，所述的功率开关单元与阴极电极杆和石墨电极环连接。进一步地，所述的减震板厚度为20-30mm。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：1、为了便于监控，本技术在自动电路控制系统加载了交流电流信号绝对值处理电路(类似于整流器的部件)，将交流电流信号转化为可以直接观测的直流电压信号，采样信号比较电路模块将其与预设值进行比较，确定功率开关单元的动作。2、传统的自动电路控制系统一般都用继电器来控制电路开关，缺点在于机械反应速度比较慢，本技术采用很灵敏的电子开关，即功率开关单元，其功能大约相当于一个并联的双向MOS管，反应速度在100ns量级，可以同时控制交流电双向的通断。3、按照本技术的方法制作Pt-Ir针尖的过程中，从未在烧杯底部发现过断裂的Pt-Ir金属丝(即使浸入溶液的Pt-Ir丝长达1.5mm，也未发现断裂现象)，同时，交流电腐蚀方法腐蚀Pt-Ir丝在沿长轴(X轴)方向各部分的反应速度实际上是差不多的，不会像W针尖腐蚀过程一样存在某一部分反应较快而造成金属丝断裂，但由于顶端存在尖锐的部分，电场强度较强，腐蚀效率较快(沿Y轴)，形成了符合要求的尖端。而随着时间的推移，浸入溶液中的长度逐渐缩短，最终脱离液面，反应停止。附图说明图1是本技术的机械组件结构示意图。图2是本技术的自动电路控制系统组成示意图。图3是本技术的工作流程示意图。图4是本技术制作的针尖效果示意图。图中：1、底座；2、支架；3、上盖；4、顶盖旋钮；5、铜套A；6、螺纹杆；7、指针；8、升降固定块；9、阳极电极杆；10、固定旋钮；11、电极固定端；12、三爪卡具A；13、旋钮；14、三爪卡具B；15、阴极电极杆；16、圆盘；17、石墨电极环；18、烧杯；19、铜套B。具体实施方式下面结合附图对本技术进行进一步地描述。如图1-3所示，一种Pt-Ir针尖腐蚀装置，包括机械组件、工作电路和自动电路控制系统；所述的机械组件包括底座1、支架2、上盖3、顶盖旋钮134、铜套A5、螺纹杆6、指针7、升降固定块8、阳极电极杆9、固定旋钮10、电极固定端11、三爪卡具A12、旋钮13、三爪卡具B14、阴极电极杆15、圆盘16、石墨电极环17、烧杯18和铜套B19。所述底座1分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Pt‑Ir针尖腐蚀装置，包括机械组件、工作电路和自动电路控制系统；所述的机械组件包括底座(1)、支架(2)、上盖(3)、顶盖旋钮(13)(4)、铜套A(5)、螺纹杆(6)、指针(7)、升降固定块(8)、阳极电极杆(9)、固定旋钮(10)、电极固定端(11)、三爪卡具A(12)、旋钮(13)、三爪卡具B(14)、阴极电极杆(15)、圆盘(16)、石墨电极环(17)、烧杯(18)和铜套B(19)；所述底座(1)分别与支架(2)、圆盘(16)采用螺钉连接固定，起到总体的支承作用；所述上盖(3)与支架(2)采用螺钉连接固定；所述螺纹杆(6)两端分别与铜套A(5)和铜套B(19)间隙配合，铜套A(5)和铜套B(19)分别固定在上盖(3)和底座(1)上；所述顶盖旋钮(13)(4)上标有刻度，采用螺钉与螺纹杆(6)紧固连接；所述指针(7)通过螺钉固定在上盖(3)上，其配合顶盖旋钮(13)(4)上的刻度确定顶盖旋钮(13)(4)的旋转角度；所述电极固定端(11)通过螺钉固定在升降固定块(8)上，固定旋钮(10)与电极固定端(11)之间为螺纹配合，阳极电极杆(9)通过固定旋钮(10)固定在电极固定端(11)上；所述三爪卡具A(12)和三爪卡具B(14)分别通过螺钉固定在阳极电极杆(9)上，三爪卡具A(12)和三爪卡具B(14)将钨丝垂直夹紧；所述阴极电极杆(15)采用螺钉固定在底座(1)上，旋钮(13)与阴极电极杆(15)螺纹配合，旋转旋钮(13)将电极环夹紧固定在阴极电极杆(15)上；所述圆盘(16)采用螺钉固定在底座(1)上，盛有腐蚀溶液的烧杯(18)置于圆盘(16)的圆孔之中，电极环没入烧杯(18)所盛溶液液面以下；所述的腐蚀溶液为CaCl2、HCl以及丙酮的混合溶液；所述的烧杯(18)和圆盘(16)之间设置减震板；所述的工作电路包括阳极电极杆(9)、电极固定端(11)、三爪卡具A(12)、旋钮(13)、三爪卡具B(14)、阴极电极杆(15)、圆盘(16)、石墨电极环(17)和烧杯(18)中的腐蚀溶液；电极固定端(11)通过电线接电源正极，电流通过与电极固定端(11)连接的阳极电极杆(9)传导到三爪卡具A(12)和三爪卡具B(14)所夹持的Pt‑Ir丝；所述阴极电极杆(15)接电源负极，并与石墨电极环(17)通过螺钉连接；三爪卡具A(12)和三爪卡具B(14)所夹持的 Pt‑Ir丝与石墨电极环(17)共同处于烧杯(18)所盛的腐蚀溶液中，但Pt‑Ir丝与石墨电极环(17)不直接接触，通电时Pt‑Ir丝在腐蚀溶液中发生电解反应构成电路回路；其特征在于：所述的自动电路控制系统包括交流信号发生模块、交流电压信号采集及放大模块、交流电压信号有效值提取及显示电路、交流电流信号采集模块、交流电流信号绝对值处理电路、交直流转换及显示电路、阈值设定模块、采样信号比较电路模块、信号处理电源模块和功率开关单元，所述的交流信号发生模块与交流电压信号采集及放大模块连接，所述的交流电压信号采集及放大模块分别与交流电压信号有效值提取及显示电路、交流电流信号采集模块和阳极电极杆(9)连接，所述的交流电流信号采集模块依次与交流电流信号绝对值处理电路、交直流转换及显示电路和采样信号比较电路模块连接，所述的采样信号比较电路模块分别与阈值设定模块和功率开关单元连接，所述的功率开关单元与阴极电极杆(15)和石墨电极环(17)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种Pt-Ir针尖腐蚀装置，包括机械组件、工作电路和自动电路控制系统；所述的机械组件包括底座(1)、支架(2)、上盖(3)、顶盖旋钮(13)(4)、铜套A(5)、螺纹杆(6)、指针(7)、升降固定块(8)、阳极电极杆(9)、固定旋钮(10)、电极固定端(11)、三爪卡具A(12)、旋钮(13)、三爪卡具B(14)、阴极电极杆(15)、圆盘(16)、石墨电极环(17)、烧杯(18)和铜套B(19)；所述底座(1)分别与支架(2)、圆盘(16)采用螺钉连接固定，起到总体的支承作用；所述上盖(3)与支架(2)采用螺钉连接固定；所述螺纹杆(6)两端分别与铜套A(5)和铜套B(19)间隙配合，铜套A(5)和铜套B(19)分别固定在上盖(3)和底座(1)上；所述顶盖旋钮(13)(4)上标有刻度，采用螺钉与螺纹杆(6)紧固连接；所述指针(7)通过螺钉固定在上盖(3)上，其配合顶盖旋钮(13)(4)上的刻度确定顶盖旋钮(13)(4)的旋转角度；所述电极固定端(11)通过螺钉固定在升降固定块(8)上，固定旋钮(10)与电极固定端(11)之间为螺纹配合，阳极电极杆(9)通过固定旋钮(10)固定在电极固定端(11)上；所述三爪卡具A(12)和三爪卡具B(14)分别通过螺钉固定在阳极电极杆(9)上，三爪卡具A(12)和三爪卡具B(14)将钨丝垂直夹紧；所述阴极电极杆(15)采用螺钉固定在底座(1)上，旋钮(13)与阴极电极杆(15)螺纹配合，旋转旋钮(13)将电极环夹紧固定在阴极电极杆(15)上；所述圆盘(16)采用螺钉固定在底座(1)上，盛有腐蚀溶液的烧杯(18)置于圆盘(16)的圆孔之中，电极环没入烧杯(18)所盛溶液液面以下；所述的腐蚀溶液为CaCl2、H...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧侃，侯宾宾，徐宁，杨云，洪宇，郭方准，董华军，谷强，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：新型
国别省市：辽宁;21