一种潘式扫描探针显微镜制造技术

本实用新型专利技术涉及精密成像技术领域，具体而言，涉及一种潘式扫描探针显微镜。包括电学屏蔽箱、样品台、减震弹簧、扫描成像部件和驱动部件。本实用新型专利技术通过驱动部件实现扫描成像部件的纳米级线性位移，并逐步靠近待测样品，进一步地，借助三维精密扫描部件对针尖进行皮米级的精准定位从而完成扫描成像。利用涡流阻尼部件、屏蔽箱和减震弹簧有效抑制室温大气环境中的声学噪声和电学噪声。本实用新型专利技术结构紧凑、重量轻、减震荷载小、可以达到原子级空间分辨、兼备扫描隧道成像模式和原子力成像模式、并保留潘式探头操作简易的优势，尤其适用于室温大气甚至液相环境等复杂体系下的表面表征。

【技术实现步骤摘要】
一种潘式扫描探针显微镜
本技术涉及精密成像
，具体而言，涉及一种潘式扫描探针显微镜。
技术介绍
精密成像
，具体而言扫描探针成像
，主要通过精密控制针尖在样品表面的定位并收集针尖与样品相互作用所产生的微弱信号，从而得到高分辨成像的技术。一般包括扫描隧道成像技术和原子力成像技术两种。该技术在精密表面表征，新奇表面态研究，单分子成像与操纵，复杂分子结构解析，纳米尺度化学识别等领域应用广泛。然而，高分辨的表面表征往往只能实现于超高真空低温等苛刻实验环境，对于研究室温大气环境甚至液相环境下的表面科学性质，一套结构紧凑，抗震性高的扫描探针装置就极为必要。一方面，我们需要尽可能实现原子级的空间分辨能力并且操作简易，适用体系广泛；另一方面，装置本身必须足够紧凑坚固，以适应高抗震性扫描探针系统的基本要求。现有室温大气下的扫描探针装置一般采用单管式或机械进针式探头。前者具备很高的机械抗震性，但是进针范围小，操作复杂，并且难以兼容原子力显微镜技术，后者操作便捷，但是机械抗震性较差，很难达到原子级别的空间分辨能力。极大的限制了室温大气环境甚至液相环境下的表面科学研究。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种潘式扫描探针显微镜，以改善上述问题。为了实现上述目的，本技术采取的技术方案如下：本申请提供一种潘式扫描探针显微镜，包括电学屏蔽箱、样品台、减震弹簧、扫描成像部件和驱动部件；所述样品台设置在所述电学屏蔽箱内，所述样品台上设置有样品托；所述减震弹簧一端与所述电学屏蔽箱的顶板相连，另一端与所述样品台相连；所述扫描成像部件设置在所述样品托的上方；所述驱动部件的底部与所述样品台的上表面相连，所述驱动部件内设置有驱动所述扫描成像部件做上下往复运动的驱动机构；所述扫描成像部件设置在所述驱动部件内，所述扫描成像部件通过所述驱动机构与所述驱动部件相连。可选地，所述电学屏蔽箱内还设置有涡流阻尼部件，所述涡流阻尼部件包括第一安装板和第二安装板；所述第一安装板的上表面与所述样品台相连，所述第一安装板的下表面设置有铜阻尼片，多个所述铜阻尼片均匀环绕设置在所述第一安装板的下表面；所述第二安装板的下表面与所述电学屏蔽箱底部相连，所述第二安装板的上表面设置有阻尼磁铁，所述阻尼磁铁设置有多个，且所述阻尼磁铁的数量与所述铜阻尼片的数量相同，多个所述阻尼磁铁均匀环绕设置在所述第二安装板的上表面；所述铜阻尼片与所述阻尼磁铁间隔设置。可选地，所述扫描成像部件包括针尖托，所述针尖托包括绝缘台，所述绝缘台的底部设置有qPlus传感器，所述qPlus传感器的底部设置有针尖；所述绝缘台与所述qPlus传感器之间设置有第一信号电极、第二信号电极和第三信号电极，所述第一信号电极、第二信号电极和第三信号电极均与所述绝缘台的下表面相连，所述第一信号电极、第二信号电极和第三信号电极互相间隔设置；所述qPlus传感器的顶部设置有三个电极触点，三个所述电极触点分别与所述第一信号电极、第二信号电极和第三信号电极接触；所述绝缘台的底部设置有中孔，所述中孔内设置有适配磁铁，所述qPlus传感器的上表面设置有与所述适配磁铁相对应的配对磁铁；所述适配磁铁的下表面与所述配对磁铁吸附连接。可选地，所述扫描成像装置包括三维精密扫描部件，所述三维精密扫描部件包括扫描陶瓷管，所述扫描陶瓷管的底部与针尖托相连；所述扫描陶瓷管的外表面设置有第五高压电极和激励电极，所述第五高压电极和激励电极均环绕设置在所述扫描陶瓷管的外表面，且所述第五高压电极与所述激励电极平行设置，所述第五高压电极设置在所述激励电极的上方；所述第五高压电极和激励电极之间依次设置有第一高压电极、第四高压电极、第二高压电极和第三高压电极，所述第一高压电极、第二高压电极、第三高压电极、第四高压电极均匀环绕设置在所述扫描陶瓷管的外侧，所述第一高压电极、第二高压电极、第三高压电极、第四高压电极间隔设置。可选地，所述驱动部件包括托槽，所述托槽的截面为六边形，所述托槽的底部与所述样品台相连；所述托槽内设置有负载棱柱，所述负载棱柱的中部设置有贯穿的通孔，所述通孔中设置有扫描陶瓷管，所述扫描陶瓷管的顶部与陶瓷管托相连，所述陶瓷管托与所述负载棱柱相连；所述驱动机构设置在所述负载棱柱与所述托槽之间，且所述驱动机构的两端分别与所述负载棱柱和所述托槽相连。可选地，所述托槽上设置有第一安装平面，所述第一安装平面的一端依次设置有第二安装平面和第一延拓面，所述第一延拓面的端部设置有第四安装平面，所述第一安装平面的另一端依次设置有第三安装平面和第二延拓面，所述第二延拓面的端部设置有第五安装平面；所述第一延拓面和第二延拓面互相平行，且所述第一延拓面和第二延拓面在空间上均与第一安装平面垂直；所述负载棱柱的外表面上设置有第一蓝宝石片、第二蓝宝石片和第三蓝宝石片；所述驱动机构包括第一压电陶瓷致动器、第二压电陶瓷致动器、第三压电陶瓷致动器、第四压电陶瓷致动器、第五压电陶瓷致动器和第六压电陶瓷致动器；所述第一压电陶瓷致动器和第二压电陶瓷致动器，均设置在所述第二安装平面和所述第三蓝宝石片之间；所述第五压电陶瓷致动器和第六压电陶瓷致动器，均设置在所述第三安装平面和所述第二蓝宝石片之间；所述第四安装平面和第五安装平面之间设置有弹性件组，所述弹性件组与所述第一蓝宝石片之间，设置有第三压电陶瓷致动器和第四压电陶瓷致动器。可选地，所述弹性件组的两端均通过螺栓与第四安装平面和第五安装平面相连，所述弹性件组包括第一弹性件和第二弹性件，第一弹性件和第二弹性件平行设置；所述第三压电陶瓷致动器和第四压电陶瓷致动器，与所述弹性件组之间设置有横梁，所述第三压电陶瓷致动器和第四压电陶瓷致动器均与所述横梁粘接。可选地，所述第二安装平面上设置有用于馈送压电陶瓷高压信号的第二接线台，所述第三安装平面上设置有用于馈送压电陶瓷高压信号的第一接线台；所述第一延拓面上设置有用于馈送STM和AFM探测信号的第三接线台。可选地，所述样品台包括支撑台，所述支撑台的中部设置有安装凹槽，所述安装凹槽的左右两侧分别设置有第一蓝宝石绝缘板和第二蓝宝石绝缘板，所述样品托设置在所述第一蓝宝石绝缘板和第二蓝宝石绝缘板上方，所述第一蓝宝石绝缘板和第二蓝宝石绝缘板之间的所述安装凹槽内还设置有绝缘挡板，所述绝缘挡板设置在所述安装凹槽的侧壁与所述样品托之间；所述样品托的上方依次设置有绝缘板组、限位板组夹持弹簧组和绝缘垫片组；所述绝缘板组包括第一绝缘板和第二绝缘板，所述第一绝缘板和第二绝缘板分别设置在所述样品托的两侧；所述限位板组包括第一限位板和第二限位板，所述第一限位板和第二限位板分别设置在所述样品托的两侧；所述夹持弹簧组包括第一夹持弹簧和第二夹持弹簧，所述第一夹持弹簧和第二夹持弹簧分别设置在所述样品托的两侧；所述绝缘垫片组包括第一绝缘垫片和第二绝缘垫片，所述第一绝缘垫片和第二绝缘垫片分别设置在所述样品托的两侧；所述样品托的两侧还设置有第一螺栓和第二螺栓，所述第一螺栓依次穿过所述第一绝缘垫片、第一夹持弹簧、第一限位板和第一绝缘板后，与所述支撑台螺纹连接；所述第二螺栓依次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种潘式扫描探针显微镜，其特征在于，包括：/n电学屏蔽箱(5)；/n样品台(3)，所述样品台(3)设置在所述电学屏蔽箱(5)内，所述样品台(3)上设置有样品托(301)；/n减震弹簧(6)，所述减震弹簧(6)一端与所述电学屏蔽箱(5)的顶板相连，另一端与所述样品台(3)相连；/n扫描成像部件(1)，所述扫描成像部件(1)设置在所述样品托(301)的上方；以及/n驱动部件(2)，所述驱动部件(2)的底部与所述样品台(3)的上表面相连，所述驱动部件(2)内设置有驱动所述扫描成像部件(1)做上下往复运动的驱动机构；所述扫描成像部件(1)设置在所述驱动部件(2)内，所述扫描成像部件(1)通过所述驱动机构与所述驱动部件(2)相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种潘式扫描探针显微镜，其特征在于，包括：
电学屏蔽箱(5)；
样品台(3)，所述样品台(3)设置在所述电学屏蔽箱(5)内，所述样品台(3)上设置有样品托(301)；
减震弹簧(6)，所述减震弹簧(6)一端与所述电学屏蔽箱(5)的顶板相连，另一端与所述样品台(3)相连；
扫描成像部件(1)，所述扫描成像部件(1)设置在所述样品托(301)的上方；以及
驱动部件(2)，所述驱动部件(2)的底部与所述样品台(3)的上表面相连，所述驱动部件(2)内设置有驱动所述扫描成像部件(1)做上下往复运动的驱动机构；所述扫描成像部件(1)设置在所述驱动部件(2)内，所述扫描成像部件(1)通过所述驱动机构与所述驱动部件(2)相连。


2.根据权利要求1所述的潘式扫描探针显微镜，其特征在于：所述电学屏蔽箱(5)内还设置有涡流阻尼部件(4)，所述涡流阻尼部件(4)包括第一安装板(401)和第二安装板(402)；所述第一安装板(401)的上表面与所述样品台(3)相连，所述第一安装板(401)的下表面设置有铜阻尼片(403)，多个所述铜阻尼片(403)均匀环绕设置在所述第一安装板(401)的下表面；所述第二安装板(402)的下表面与所述电学屏蔽箱(5)底部相连，所述第二安装板(402)的上表面设置有阻尼磁铁(404)，所述阻尼磁铁(404)设置有多个，且所述阻尼磁铁(404)的数量与所述铜阻尼片(403)的数量相同，多个所述阻尼磁铁(404)均匀环绕设置在所述第二安装板(402)的上表面；所述铜阻尼片(403)与所述阻尼磁铁(404)间隔设置。


3.根据权利要求1所述的潘式扫描探针显微镜，其特征在于：所述扫描成像部件(1)包括针尖托(11)，所述针尖托(11)包括绝缘台(113)，所述绝缘台(113)的底部设置有qPlus传感器(112)，所述qPlus传感器(112)的底部设置有针尖(111)；所述绝缘台(113)与所述qPlus传感器(112)之间设置有第一信号电极(116)、第二信号电极(117)和第三信号电极(118)，所述第一信号电极(116)、第二信号电极(117)和第三信号电极(118)均与所述绝缘台(113)的下表面相连，所述第一信号电极(116)、第二信号电极(117)和第三信号电极(118)互相间隔设置；所述qPlus传感器(112)的顶部设置有三个电极触点，三个所述电极触点分别与所述第一信号电极(116)、第二信号电极(117)和第三信号电极(118)接触；所述绝缘台(113)的底部设置有中孔(115)，所述中孔(115)内设置有适配磁铁(114)，所述qPlus传感器(112)的上表面设置有与所述适配磁铁(114)相对应的配对磁铁；所述适配磁铁(114)的下表面与所述配对磁铁吸附连接。


4.根据权利要求1所述的潘式扫描探针显微镜，其特征在于：所述扫描成像装置包括三维精密扫描部件(12)，所述三维精密扫描部件(12)包括扫描陶瓷管(123)，所述扫描陶瓷管(123)的底部与针尖托(11)相连；所述扫描陶瓷管(123)的外表面设置有第五高压电极(128)和激励电极(129)，所述第五高压电极(128)和激励电极(129)均环绕设置在所述扫描陶瓷管(123)的外表面，且所述第五高压电极(128)与所述激励电极(129)平行设置，所述第五高压电极(128)设置在所述激励电极(129)的上方；所述第五高压电极(128)和激励电极(129)之间依次设置有第一高压电极(124)、第四高压电极(127)、第二高压电极(125)和第三高压电极(126)，所述第一高压电极(124)、第二高压电极(125)、第三高压电极(126)、第四高压电极(127)均匀环绕设置在所述扫描陶瓷管(123)的外侧，所述第一高压电极(124)、第二高压电极(125)、第三高压电极(126)、第四高压电极(127)间隔设置。


5.根据权利要求1所述的潘式扫描探针显微镜，其特征在于：所述驱动部件(2)包括托槽(207)，所述托槽(207)的截面为六边形，所述托槽(207)的底部与所述样品台(3)相连；所述托槽(207)内设置有负载棱柱(121)，所述负载棱柱(121)的中部设置有贯穿的通孔，所述通孔中设置有扫描陶瓷管(123)，所述扫描陶瓷管(123)的顶部与陶瓷管托(122)相连，所述陶瓷管托(122)与所述负载棱柱(121)相连；所述驱动机构设置在所述负载棱柱(121)与所述托槽(207)之间，且所述驱动机构的两端分别与所述负载棱柱(121)和所述托槽(207)相连。


6.根据权利要求5所述的潘式扫描探针显微镜，其特征在于：所述托槽(207)上设置有第一安装平面(208)，所述第一安装平面(208)的一端依次设置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：江颖，尤思凡，边珂，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：新型
国别省市：北京;11