【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电子显微镜，具体涉及无液氦消耗循环制冷系统及液氦温区电子显微镜。
技术介绍
1、在过去几十年，对于表面、薄膜和界面的广泛研究使得人们对其许多基本物理和化学性质有了更深入的了解，并认识到其在众多应用中发挥着关键作用。在可用的各种实验工具中，阴极透镜显微镜在识别和解释表面许多复杂现象方面发挥了重要作用。自bauer专利技术低能电子显微镜(leem)以来，leem已发展成为原位研究表面结构、形貌和动力学过程的重要技术。
2、leem是一种利用低能电子束(能量低于100ev，通常小于10ev)对样品进行探测的阴极透镜显微镜，它通过收集样品表面弹性背散射电子进行成像。由于低能电子的平均自由程短，因此leem是一种表面非常敏感的探测技术。而且leem通过精密的电子光路调制，同时具备实空间和动量空间成像模式，结合冷场电子枪提供的高相干电子源，可以对量子干涉等现象进行研究，因此其成为研究表面物理或化学强有力的技术之一。它具有几个突出的优势：
3、一是对表面生长、相变过程、反应等重要表面过程实现空间实时动态成像；
4、二是leem系统具有非常高的空间分辨能力，纵向的分辨率可以达到原子级，而横向分辨率也可以达到3-4nm，并可以对样品表面局域成像；
5、三是leem系统能够实现微区(横向最小可达185nm)低能电子衍射(μ-leed)功能，对表面局域结构和性质进行表征；
6、四是可以在较大范围内精确改变探测电子束的能量，根据选定区域的图像亮度随电子束能量变化的曲线(即强度i-电压
7、随着表面科学研究和应用的发展，基于leem/peem的新技术也在不断开发和应用中。leem/peem在过去的研究中主要用于研究表面动态过程，如高温相变和原位生长现象等，已被证明是一种非常强大的技术。然而，在低于室温的温度下也有很多新奇的物理和化学现象，如复杂氧化物在低温下的磁性与电子相变等。目前的leem/peem系统通常具有300k-1800k的样品温度范围，只有少数leem/peem系统能够将样品冷却到室温之下，但通常不低于100k。
8、目前香港科技大学报道其leem系统可以用液氦静态杜瓦冷却到50k，且目前现有报道号称达到低于77k的leem系统是利用静态杜瓦的方式来实现样品低温，这样在工作中需要消耗掉大量液氦。要持续实现低温，较少的液氦消耗量也达到几升/天的程度。当前，全球氦气供不应求，价格呈指数飙涨，这样就会大大增加实验成本。由于氦气是不可再生资源，且储量很少，据测算几十年内就要面临资源枯竭的问题。同时，在国内很多城市没有氦气供应系统，这又会造成更高的液氦价格。这对需要进行低温leem/peem的科研工作构成极大的制约。
9、最重要的是液氦静态杜瓦方式冷却实验中会消耗大量的液氦，会大大增加实验成本；使用液氦静态杜瓦方式降温必定需要液氮作为前级阶段降温来减少液氦的消耗，但是由于液氮和液氦的大量蒸发会使得整个系统的机械振动增加从而影响横向分辨率；同时，整个样品处于15kv的高压下，些许明显的振动，都可能使得样品发生真空击穿现象，存在打坏电子显微镜的高压电源及nose等精密元件的风险，造成严重的经济损失。另外，液氦静态杜瓦方式需要随时人工灌注液氦，费时费力，由于极低的温度流道可能会堵塞，这样就会造成实验事故，可能导致实验受伤；对于没有液氦供应系统的城市，每次实验的时长也无法保证，这样就大大制约了低温电子显微镜的科研工作。
10、因此，亟待一种无液氦消耗循环制冷系统及液氦温区电子显微镜，可提供良好的冷却效果，运行后无需补充液氦，该突破性技术极大减少了电子显微镜系统的液氦使用量，大大减少实验成本，同时简单方便，而且也适用于难以获得液氦的地区进行科研使用，不受地区限制，以解决现有技术存在的问题。
技术实现思路
1、本申请的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了无液氦消耗循环制冷系统及液氦温区电子显微镜。
2、为了实现上述申请目的，本申请采用了以下技术方案：无液氦消耗循环制冷系统用于对电子显微镜的样品室冷却，包括无液氦制冷机，还包括：
3、铜屏蔽管，一端与无液氦制冷机的屏蔽筒连接，另一端设有一级冷头连接件和二级冷头连接件；
4、一级冷屏，通过铜辫子与一级冷头连接件连接，设于μ金属罩外圈；
5、μ金属罩，通过铜辫子与一级冷头连接件连接，并通过一级冷屏铜辫子与一级冷屏连接，且μ金属罩作为固定环与电子显微镜的下极靴真空连接，同时该μ金属罩通过绝热垫片与样品室的z轴压电陶瓷支架连接；
6、样品座固定件，通过铜辫子与二级冷头连接件连接，该样品座固定件用于供样品座插入固定，以能够对样品座的冷却；
7、其中，一级冷头连接件、一级冷屏以及μ金属罩组成一级低温系统。此设置，主要效果如下：
8、低温冷却：系统通过一级冷头连接件和二级冷头连接件将冷量传递到样品室，从而实现对样品室的冷却。一级低温系统由一级冷头连接件、一级冷屏和μ金属罩组成，可以提供相对较低的温度。
9、屏蔽和隔离：铜屏蔽管和μ金属罩可以提供屏蔽和隔离作用，将低温系统与外部环境(如电子显微镜的下级真空环境)隔离开来，防止热量的流失和干扰。
10、样品座冷却：样品座固定件通过连接到二级冷头连接件，实现对样品座的冷却。这可以确保样品在低温环境下进行观察和研究。
11、稳定性和精度：无液氦消耗循环制冷系统相对于传统的液氮或液氦制冷系统具有更稳定和精确的温度控制。它可以提供长时间的连续运行，无需频繁添加冷却介质。
12、进一步地，样品座固定件上设有铜辫子固定件，通过该铜辫子固定件连接铜辫子。此设置，主要效果如下：
13、导热性能：铜辫子固定件的主要作用是将铜辫子连接到样品座固定件上。由于铜是良好的导热材料，通过铜辫子固定件的连接，可以有效地传递冷量到样品座，提高样品座的冷却效果。
14、稳定性和可靠性：通过使用铜辫子固定件，可以确保铜辫子牢固地连接在样品座固定件上，从而提供更好的稳定性和可靠性。这有助于防止铜辫子在运行过程中脱落或松动，确保冷量传递的连续性。
15、机械支撑：铜辫子固定件可以提供机械支撑和固定，使得铜辫子在样品座固定件上的安装更加牢固。这有助于防止在操作或振动过程中发生不必要的移动或松动。
16、保护性能：铜辫子固定件可以起到保护辫子的作用，防止其受到损坏或磨损。这样可以延长辫子的使用寿命并减少维护或更换的频率。
17、进一步地，z轴压电陶瓷支架沿μ金属罩圆周方向均匀分布，每个z轴压电陶瓷支架上设有z轴纳米级压电陶瓷，用于带动样品在z轴来回移动，每个z轴纳米级压电陶瓷均通过连接片与z轴固定架连接，z轴固定架上还连接有x轴纳米级压电陶瓷，该x轴纳米级压电陶瓷用于带动样品沿x轴来回移动，x轴纳米级压电陶瓷上连接有x轴压电陶瓷固定板，x轴压电陶瓷固定板上连接有y轴纳米本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.无液氦消耗循环制冷系统，用于对电子显微镜的样品室冷却，包括无液氦制冷机，其特征在于，还包括：
2.根据权利要求1所述的无液氦消耗循环制冷系统，其特征在于，所述样品座固定件上设有铜辫子固定件，通过该铜辫子固定件连接铜辫子。
3.根据权利要求2所述的无液氦消耗循环制冷系统，其特征在于，所述Z轴压电陶瓷支架沿μ金属罩圆周方向均匀分布，每个所述Z轴压电陶瓷支架上设有Z轴纳米级压电陶瓷，用于带动样品在Z轴来回移动，每个所述Z轴纳米级压电陶瓷均通过连接片与Z轴固定架连接，所述Z轴固定架上还连接有X轴纳米级压电陶瓷，该X轴纳米级压电陶瓷用于带动样品沿X轴来回移动，所述X轴纳米级压电陶瓷上连接有X轴压电陶瓷固定板，所述X轴压电陶瓷固定板上连接有Y轴纳米级压电陶瓷，该Y轴纳米级压电陶瓷用于带动样品沿Y轴来回移动，所述Y轴纳米级压电陶瓷上连接有Y轴压电陶瓷固定板，该Y轴压电陶瓷固定板中心处设有蓝宝石绝缘管，该蓝宝石绝缘管通过样品座冷盘与所述Y轴压电陶瓷固定板固定，且该蓝宝石绝缘管末端连接有样品座固定件。
4.根据权利要求3所述的无液氦消耗循环制冷系统，其特征在
5.根据权利要求4所述的无液氦消耗循环制冷系统，其特征在于，每个所述Z轴压电陶瓷支架包括第一陶瓷支架和第二陶瓷支架，所述第一陶瓷支架和所述第二陶瓷支架通过隔热球连接，所述Z轴纳米级压电陶瓷设于所述第二陶瓷支架上。
6.根据权利要求3所述的无液氦消耗循环制冷系统，其特征在于，所述样品座固定件均匀布设有三个缺口，每个缺口上设有一样品座卡座，用于固定所述样品座。
7.根据权利要求6所述的无液氦消耗循环制冷系统，其特征在于，所述铜辫子固定件与所述样品座固定件连接，并通过传热导件与所述样品座冷盘连接。
8.根据权利要求6所述的无液氦消耗循环制冷系统，其特征在于，每个所述样品座卡座呈“η”型。
9.根据权利要求3-8任意一项所述的无液氦消耗循环制冷系统，其特征在于，所述蓝宝石绝缘管顶端设有螺纹，用于连接高压电极，以使得所述高压电极能够通过高压线连接所述样品室的真空馈通，以实现加高压，且所述样品室顶与所述高压电极电连接。
10.液氦温区电子显微镜，其特征在于，包括成像系统、样品室以及权利要求1-9任意一项所述的无液氦消耗循环制冷系统，通过无液氦消耗循环制冷系统对样品室冷却，通过成像系统成像。
...【技术特征摘要】
1.无液氦消耗循环制冷系统，用于对电子显微镜的样品室冷却，包括无液氦制冷机，其特征在于，还包括：
2.根据权利要求1所述的无液氦消耗循环制冷系统，其特征在于，所述样品座固定件上设有铜辫子固定件，通过该铜辫子固定件连接铜辫子。
3.根据权利要求2所述的无液氦消耗循环制冷系统，其特征在于，所述z轴压电陶瓷支架沿μ金属罩圆周方向均匀分布，每个所述z轴压电陶瓷支架上设有z轴纳米级压电陶瓷，用于带动样品在z轴来回移动，每个所述z轴纳米级压电陶瓷均通过连接片与z轴固定架连接，所述z轴固定架上还连接有x轴纳米级压电陶瓷，该x轴纳米级压电陶瓷用于带动样品沿x轴来回移动，所述x轴纳米级压电陶瓷上连接有x轴压电陶瓷固定板，所述x轴压电陶瓷固定板上连接有y轴纳米级压电陶瓷，该y轴纳米级压电陶瓷用于带动样品沿y轴来回移动，所述y轴纳米级压电陶瓷上连接有y轴压电陶瓷固定板，该y轴压电陶瓷固定板中心处设有蓝宝石绝缘管，该蓝宝石绝缘管通过样品座冷盘与所述y轴压电陶瓷固定板固定，且该蓝宝石绝缘管末端连接有样品座固定件。
4.根据权利要求3所述的无液氦消耗循环制冷系统，其特征在于，所述一级冷屏与所述z轴固定架连接。
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