一种用于高压扫描探针显微镜的高压腔体结构及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于高压扫描探针显微镜的高压腔体结构及其工作方法，腔体结构包括筒体，筒体的筒壁上设有快开法兰观察窗，顶盖通过第一紧固件和第二密封件与筒体的上部密封连接，所述顶盖上开设有进气口、出气口以及一D型真空馈通法兰；底座通过第二紧固件和第三密封件与筒体的下部密封连接；初级减震机构，设置在顶盖与显微镜主腔体顶部之间；次级减震机构，设置于底座与显微镜主腔体之间。本发明专利技术用于高压扫描探针显微镜的高压腔体结构，可以实现高压扫描探针显微镜高压腔内不同反应气体压力的灵活可调，实现在超高真空条件下对扫描探针和待测样品的快速更换并且不会对主腔体内壁造成直接污染。主腔体内壁造成直接污染。主腔体内壁造成直接污染。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高压扫描探针显微镜的高压腔体结构及其工作方法


[0001]本专利技术涉及扫描探针显微镜领域，特别涉及一种用于高压扫描探针显微镜的高压腔体结构及其工作方法。
技术背景
[0002]扫描探针显微镜是利用扫描探针尖端与物质表面原子间的不同种类的局域相互作用来测量物质表面的原子结构和电子结构，可以分辨出常规显微镜所无法分辨的极小尺寸上的表面细节和特征，具体包括扫描隧道显微镜、原子力显微镜、磁力显微镜、近场光学显微镜、激光力显微镜和摩擦力显微镜等。
[0003]物质表面的原子和电子结构不仅是材料自身的特性，还取决于物质周围所处环境的影响。在不同的外界环境条件下，物质表面结构会动态地适应其环境，往往会形成全新的结构。常规的超高真空扫描探针显微镜，均是在理想的真空环境条件下，对物质表面的微观形貌进行表征研究，与物质在真实环境中表面可能发生的催化反应大相径庭，如何在模拟真实环境条件下，从分子层面对物质表界面发生的化学反应进行原位观测研究，是材料科学领域亟需解决的难题。如果直接在扫描探针显微镜主腔体注入不同压力或组分的反应气体，会对主腔体内壁造成直接污染，需要花费数天的时间对腔体进行清洗。对于某些特殊气体，甚至会对主腔体造成永久污染，导致显微镜腔体直接报废。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术提出一种用于高压扫描探针显微镜的高压腔体结构及其工作方法，实现了高压扫描探针显微镜样品反应腔内不同反应气体压力的灵活可调，而且不会对主腔体内壁造成直接污染。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术手段：一种用于高压扫描探针显微镜的高压腔体结构，包括：筒体，上下开口设置，筒体的筒壁上开设有快开法兰观察窗，所述快开法兰观察窗一侧通过铰链与筒体铰接，另一侧通过快开卡扣与筒体连接，所述快开法兰观察窗与筒体之间通过第一密封件实现密封；顶盖，通过第一紧固件和第二密封件与所述筒体的上部开口密封连接，所述顶盖上开设有进气口、出气口、吊环以及D型真空馈通法兰；底座，通过第二紧固件和第三密封件与所述筒体的下部开口密封连接；初级减震机构，设置在所述顶盖与显微镜主腔体顶部之间，采用弹性吊绳进行悬挂减震，所述弹性吊绳的一端与所述顶盖上的吊环连接，另一端与所述显微镜主腔体顶部连接；次级减震机构，设置于所述底座底部与显微镜主腔体底部之间，由固定在所述底座底部的十字形支架和固定在显微镜主腔体底部的四对圆形永磁铁组成，所述十字型支架为无氧铜材料，且进行表面镀金处理，固定在所述底座下表面正中央，与底座刚性连接。
[0006]所述第一密封件为O型真空橡胶密封圈。
[0007]所述第二密封件和第三密封件均为O型无氧铜密封圈。
[0008]所述弹性吊绳为拉簧或橡胶绳。
[0009]所述的进气口和出气口均为真空卡套式快接头。
[0010]一种基于所述用于高压扫描探针显微镜的高压腔体结构的工作方法，包括以下步骤：S1、将所述高压腔体通过弹性吊绳悬挂于超高真空扫描探针显微镜的主腔体内部，通过超高真空兼容的不锈钢管或无氧铜管连接所述顶盖上的进气口、出气口和显微镜主腔体外部的两个真空阀门；S2、将其中一个真空阀门与外部真空泵机组连接，另一个真空阀门与反应气体钢瓶连接且阀门保持关闭状态，通过真空泵机组将所述高压腔体内部的气体分子抽出，直至达到超高真空状态；S3、通过设置于显微镜主腔体上的机械手打开所述快开法兰观察窗的快开卡扣，然后利用机械手进行所述高压腔体内的扫描探针或待测样品的更换；S4、完成扫描探针或待测样品更换后，利用机械手将所述快开法兰观察窗再次关闭并实现真空密封；S5、根据测试条件，通过连接于气体钢瓶上的真空阀门往所述高压腔体内注入所需反应气体，并通过真空泵机组和连接于气体钢瓶的真空阀门调节所述高压腔体内部的气体类型和气体压力；S6、待所述高压腔体内部的气体压力稳定后，即可开启扫描探针显微镜进行待测样品表面气体分子吸附和反应的实时原子分辨率成像。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：第一．本专利技术通过在扫描探针显微镜超高真空主腔体内部悬吊高压腔体，实现了高压扫描探针显微镜样品反应腔内不同反应气体压力的灵活可调，而且不会破坏主腔体内的超高真空环境。
[0012]第二．高压腔体采用快开法兰观察窗结构设计，实现了在超高真空条件下对扫描探针和待测样品的快速更换。
[0013]第三．采用设置于腔体底座上的镀金无氧铜十字架和设置于显微镜主腔体底部的永磁铁配合构建磁阻尼减震器，结构简单且抗震效果好。
附图说明
[0014]下面根据图例进一步对本专利技术进行详细说明；图1是本专利技术所述的高压扫描探针显微镜的高压腔体整体结构示意图。
[0015]图2是本专利技术所述的带有阻尼减震单元的底座结构示意图。
[0016]图3是本专利技术所述的高压扫描探针显微镜的高压顶盖以及D型真空馈通法兰结构示意图。
[0017]图中：1、筒体；2、快开法兰观察窗；3、快开卡扣；4、第一密封件；5、顶盖；6、第一紧固件；7、第二密封件；8、真空卡套式快接头；9、吊环；10、D型真空馈通法兰；11、底座；12、第二紧固件；13、第三密封件；14、十字形支架。
具体实施方式
[0018]为了使本专利技术目的及优点更加清楚详细，以下结合图例对本专利技术进行详述。
[0019]如图1所示，本专利技术为一种高压扫描探针显微镜的高压腔体结构，是适用于真空高压环境的扫描探针显微镜反应腔体，所述腔体包括：筒体1、快开法兰观察窗2、快开卡扣3、第一密封件4、顶盖5、第一紧固件6、第二密封件7、真空卡套式快接头8、吊环9、D型真空馈通法兰10、底座11、第二紧固件12、第三密封件13、十字形支架14。
[0020]顶盖5与腔体底座11分别通过第一紧固件6和第二紧固件12固定在筒体1的上下两端，均由O型无氧铜密封圈密封。
[0021]D型真空馈通法兰10通过螺栓固定在顶盖5上，作为扫描探针显微镜控制信号和采集信号在高压腔体内外连接的引脚插座；顶盖5上包括：真空卡套式快接头8、吊环9；其中，真空卡套式快接头8焊接在顶盖5上部，用于本高压腔体内部的反应气体类型和气体压力的调节。吊环9均匀分布在顶盖5上部，以焊接的方式连接，方便实验时弹性吊绳吊装此高压腔体结构，以此实现本高压腔体所需的减震效果。
[0022]快开法兰观察窗2设置于筒体1的中部，所述快开法兰观察窗2一侧通过铰链与筒体1铰接，另一侧通过快开卡扣3与筒体1连接，所述快开法兰观察窗2与筒体1之间通过第一密封件4实现密封；底座11下端有磁阻尼减震器。磁阻尼减震器由十字形支架14和固定在显微镜主腔体底部的四对圆形永磁铁构成，每个支架端部两侧均配有两个相同的圆形永磁铁，达到磁涡流阻尼减震的效果，十字型支架14为无氧铜材料，且进行表面镀金处理，刚性固定在腔体底座下表面正中央；磁阻尼减震器与吊环9上的悬吊减震共同构成了多级减震，最大程度地降低外界震动对扫描探针显微镜原子分辨率成像的影响。
[0023]作为本专利技术高压扫描探针显微镜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高压扫描探针显微镜的高压腔体结构，其特征在于，包括：筒体，上下开口设置，筒体的筒壁上开设有快开法兰观察窗，所述快开法兰观察窗一侧通过铰链与筒体铰接，另一侧通过快开卡扣与筒体连接，所述快开法兰观察窗与筒体之间通过第一密封件实现密封；顶盖，通过第一紧固件和第二密封件与所述筒体的上部开口密封连接，所述顶盖上开设有进气口、出气口、吊环以及D型真空馈通法兰；底座，通过第二紧固件和第三密封件与所述筒体的下部开口密封连接；初级减震机构，设置在所述顶盖与显微镜主腔体顶部之间，采用弹性吊绳进行悬挂减震，所述弹性吊绳的一端与所述顶盖上的吊环连接，另一端与所述显微镜主腔体顶部连接；次级减震机构，设置于所述底座底部与显微镜主腔体底部之间，由固定在所述底座底部的十字形支架和固定在显微镜主腔体底部的四对圆形永磁铁组成，所述十字型支架为无氧铜材料，且进行表面镀金处理，固定在所述底座下表面正中央，与底座刚性连接。2.根据权利要求1所述的用于高压扫描探针显微镜的高压腔体结构，其特征在于，所述第一密封件为O型真空橡胶密封圈。3.根据权利要求1所述的用于高压扫描探针显微镜的高压腔体结构，其特征在于，所述第二密封件和第三密封件均为O型无氧铜密封圈。4.根据权利要求1所述的用于高压扫描探针显微镜的高压腔体结构，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞宗强，张丰，戚涛，吴浩，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：