低温样品支架制造技术

本发明专利技术提供一种低温样品支架，所述低温样品支架位于真空腔内，至少包括：电动运动机构，制冷装置以及三维移动装置；其中，所述电动运动机构用以通过电驱动使样品相对所述制冷装置运动，所述制冷装置用以实现所述样品的低温温度，所述三维移动装置用以实现所述制冷装置和所述电动运动机构相对于所述真空腔的三维移动。本发明专利技术的低温样品支架，通过电驱动使样品相对真空腔运动，并实现样品的低温温度，且电动运动机构与外部室温环境之间的热传导仅包括由合金线构成的导热通道，有效地降低了低温部件与外界室温环境之间传热通道的热导率，因而能够实现更低的样品温度、更低的真空泄露风险和更紧凑、更小的结构。

Low temperature sample holder

【技术实现步骤摘要】
低温样品支架
本专利技术涉及低温制冷领域，特别是涉及一种低温样品支架。
技术介绍
低温是一种重要物理环境，对科学研究及应用均有重大意义。目前的真空低温样品支架使用机械传动装置与处于真空腔体外处于室温的运动控制单元相连接以完成样品的转动并使用差分抽气旋转密封装置(DPRS，Differentiallypumpedrotaryseals)实现样品支架相对真空腔的整体转动。这样的设计有两个缺点。其一，装置庞大复杂，并且有真空泄露的危险。其二，由于采用机械传动装置，存在真空腔的内部低温部件与外部高温环境之间较大热导率的传热通道，不易实现更低的样品温度。目前采用机械传动的六自由度液态氦-4低温样品支架仅能达到5K以上的温度。因此，如何降低真空腔的内部低温部件与外部高温环境之间传热通道的热导率，以实现更低的制冷温度，是亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种低温样品支架，用于解决现有技术中装置庞大复杂、具有真空泄露的危险，以及存在内部低温部件与外部室温环境之间较大热导率的传热通道，不易实现更低的样品温度的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种低温样品支架，其中，所述低温样品支架至少包括：电动运动机构，制冷装置以及三维移动装置；其中，所述电动运动机构用以通过电驱动使样品相对所述制冷装置运动，所述制冷装置用以实现所述样品的低温温度，所述三维移动装置用以实现所述制冷装置和所述电动运动机构相对于所述真空腔的三维移动。优选地，所述电动运动机构包括：至少一个电动旋转运动机构或者至少一个电动直线运动机构。优选地，所述电动运动机构至少包括：第一电动旋转运动机构，第二电动旋转运动机构以及第三电动旋转运动机构；所述第一电动旋转运动机构位于所述低温样品支架的顶端，所述第二电动旋转运动机构固定于所述第一电动旋转运动机构上，所述第三电动旋转运动机构固定于所述第二电动旋转运动机构上，并承载所述样品；其中，所述第一电动旋转运动机构用于提供所述第二电动旋转运动机构、所述第三电动旋转运动机构和所述样品绕X轴的转动自由度，所述第二电动旋转运动机构用于提供所述第三电动旋转运动机构和所述样品绕Y轴的转动自由度，所述第三电动旋转运动机构用于提供所述样品绕Z轴的转动自由度。优选地，所述电动旋转运动机构至少包括：真空电机，转动部件，真空轴承，传动部件以及支撑部件；其中，所述真空电机用以通过所述传动部件驱动所述转动部件相对于所述支撑部件转动，所述转动部件用以承载所述样品或者另一所述电动运动机构，所述真空轴承与所述支撑部件用以共同对所述转动部件进行空间限制，以保证在装载或移除所述样品时真空电机不受力，并实现所述转动部件与所述支撑部件之间的低摩擦相对运动。优选地，所述电动直线运动机构至少包括：真空电机，真空轴承，传动部件，支撑部件，导轨以及直线运动部件；其中，所述真空电机用以通过所述转动部件驱动所述直线运动部件相对于所述导轨运动，从而相对于所述支撑部件运动，所述直线运动部件用以承载所述样品或者另一所述电动运动机构，所述真空轴承、所述导轨与所述支撑部件用以共同对所述传动部件或所述直线运动部件进行空间限制，以保证在所述直线运动部件上装载或移除所述样品时真空电机不受力，并实现所述传动部件与所述支撑部件之间或者所述直线运动部件与所述导轨之间的低摩擦相对运动。优选地，所述真空电机采用具有位置编码器的陶瓷真空电机，并通过合金线与位于所述真空腔外部的控制器相连，以控制所述真空电机中运动部件的旋转或平移。优选地，所述合金线采用康铜线、磷锡铜线、锰铜线或者德银线。优选地，所述真空轴承采用陶瓷真空轴承。优选地，所述传动部件由齿轮组构成。优选地，所述转动部件、所述传动部件以及所述支撑部件均采用无氧铜材质且表面镀金。优选地，所述转动部件上具有插槽，所述样品通过插入所述插槽中并由弹簧片或螺栓紧压在所述插槽上，以实现与所述插槽之间的良好热传导；所述制冷装置与所述插槽通过柔性导热通路相连，以保证所述样品与所述制冷装置之间的良好热传导。优选地，所述电动旋转运动机构还包括：配重块；所述配重块用以将所述转动部件及其上搭载的所有部件的整体重心调整到所述转动部件的转轴上，从而降低驱动其旋转所需要的力矩。优选地，所述转动部件、所述传动部件、所述支撑部件以及所述直线运动部件均采用无氧铜材质且表面镀金。优选地，所述直线运动部件上具有插槽，所述样品通过插入所述插槽中并由弹簧片或螺栓紧压在所述插槽上，以实现所述样品与所述插槽之间的良好热接触，所述制冷装置与所述插槽通过柔性导热通路相连，以保证所述样品与所述制冷装置之间的良好热传导。优选地，所述电动直线运动机构还包括：配重块；所述配重块用以将所述转动部件及其上搭载的所有部件的整体重心调整到所述转动部件的转轴上，从而降低驱动其转动所需要的力矩。优选地，在所述电动运动机构和所述制冷装置间垫付蓝宝石晶片，用以保证良好的热传导，同时实现所述样品与所述制冷装置间及所述真空腔之间的电绝缘。优选地，所述制冷装置至少包括：低温冷冻机，热屏蔽罩；其中，所述电动运动机构位于所述热屏蔽罩内，所述热屏蔽罩与所述低温冷冻机的冷端相连，以隔绝所述热屏蔽罩的内部低温部件与外部室温环境之间通过热辐射进行的热交换，所述低温冷冻机的冷端还通过柔性导热通路与所述样品的装载部位相连，以实现所述低温冷冻机的冷端与所述样品之间的良好热传导。优选地，所述低温冷冻机采用液氦冷冻机、稀释冷冻机或者绝热去磁冷冻机。优选地，所述低温冷冻机采用液氦冷阱。优选地，所述柔性导热通路采用由无氧铜丝编制而成的无氧铜辫子并表面镀金，所述热屏蔽罩采用无氧铜制备并表面镀金。优选地，所述制冷装置还包括：温度计；所述温度计位于所述真空腔内，用以测量所述样品、所述低温冷冻机的冷端以及所述低温样品支架中各低温部件的温度。优选地，所述温度计与位于所述真空腔外部的电源通过合金线进行电连接，所述温度计采用二极管温度计、磁化率温度计或者电阻温度计。优选地，所述低温样品支架的各个部件的连接处均垫付高纯铟、高纯银或者高纯金薄膜，用以实现各个部件之间的良好热接触。如上所述，本专利技术的低温样品支架，具有以下有益效果：本专利技术的低温样品支架，通过电驱动使样品相对真空腔运动，并实现样品的低温温度，且电动运动机构与外部室温环境之间的热传导仅包括由合金线构成的导热通道，有效地降低了低温部件与外界室温环境之间传热通道的热导率，因而能够实现更低的样品温度；与现有技术相比，本专利技术无需采用差分抽气旋转密封装置就能够实现样品相对真空腔的转动，降低了真空泄露的危险，并使整个支架的结构更紧凑、更小。附图说明图1显示为本专利技术第一实施方式的低温样品支架的结构示意图。图2显示为本专利技术第一实施方式的低温样品支架中电动旋转运动机构的结构示意图。图3显示为本专利技术第二实施方式的低温样品支架中电动直线运动机构的结构示意图。图4显示为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温样品支架，位于真空腔内，其特征在于，所述低温样品支架至少包括：电动运动机构，制冷装置以及三维移动装置；其中，所述电动运动机构用以通过电驱动使样品相对所述制冷装置运动，所述制冷装置用以实现所述样品的低温温度，所述三维移动装置用以实现所述制冷装置和所述电动运动机构相对于所述真空腔的三维移动。/n

【技术特征摘要】
1.一种低温样品支架，位于真空腔内，其特征在于，所述低温样品支架至少包括：电动运动机构，制冷装置以及三维移动装置；其中，所述电动运动机构用以通过电驱动使样品相对所述制冷装置运动，所述制冷装置用以实现所述样品的低温温度，所述三维移动装置用以实现所述制冷装置和所述电动运动机构相对于所述真空腔的三维移动。


2.根据权利要求1所述的低温样品支架，其特征在于，所述电动运动机构至少包括：至少一个电动旋转运动机构或者至少一个电动直线运动机构。


3.根据权利要求2所述的低温样品支架，其特征在于，所述电动运动机构至少包括：第一电动旋转运动机构，第二电动旋转运动机构以及第三电动旋转运动机构；所述第一电动旋转运动机构位于所述低温样品支架的顶端，所述第二电动旋转运动机构固定于所述第一电动旋转运动机构上，所述第三电动旋转运动机构固定于所述第二电动旋转运动机构上，并承载所述样品；其中，所述第一电动旋转运动机构用于提供所述第二电动旋转运动机构、所述第三电动旋转运动机构和所述样品绕X轴的转动自由度，所述第二电动旋转运动机构用于提供所述第三电动旋转运动机构和所述样品绕Y轴的转动自由度，所述第三电动旋转运动机构用于提供所述样品绕Z轴的转动自由度。


4.根据权利要求2所述的低温样品支架，其特征在于，所述电动旋转运动机构至少包括：真空电机，转动部件，真空轴承，传动部件以及支撑部件；其中，所述真空电机用以通过所述传动部件驱动所述转动部件相对于所述支撑部件转动，所述转动部件用以承载所述样品或者另一所述电动运动机构，所述真空轴承与所述支撑部件用以共同对所述转动部件进行空间限制，以保证在所述转动部件上装载或移除所述样品时真空电机不受力，并实现所述转动部件与所述支撑部件之间的低摩擦相对运动。


5.根据权利要求2所述的低温样品支架，其特征在于，所述电动直线运动机构至少包括：真空电机，真空轴承，传动部件，支撑部件，导轨以及直线运动部件；其中，所述真空电机用以通过所述转动部件驱动所述直线运动部件相对于所述导轨运动，从而相对于所述支撑部件运动，所述直线运动部件用以承载所述样品或者另一所述电动运动机构，所述真空轴承、所述导轨与所述支撑部件用以共同对所述传动部件或所述直线运动部件进行空间限制，以保证在所述直线运动部件上装载或移除所述样品时真空电机不受力，并实现所述传动部件与所述支撑部件之间或者所述直线运动部件与所述导轨之间的低摩擦相对运动。


6.根据权利要求4或5所述的低温样品支架，其特征在于，所述真空电机采用具有位置编码器的陶瓷真空电机，并通过合金线与位于所述真空腔外部的控制器相连，以控制所述真空电机中运动部件的旋转或平移。


7.根据权利要求6所述的低温样品支架，其特征在于，所述合金线采用康铜线、磷锡铜线、锰铜线或者德银线。


8.根据权利要求4或5所述的低温样品支架，其特征在于，所述真空轴承采用陶瓷真空轴承。


9.根据权利要求4或5所述的低温样品支架，其特征在于，所述传动部件由齿轮组构成。


10.根据权利要求4所述的低温样品支架，其特征在于，所述转动部件、所述传动部件以及所述支撑部件均采用无氧铜材质且表面镀金。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔山，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31