CN101650978B - 用于纳米级位移系统的纳米扫描台 - Google Patents

用于纳米级位移系统的纳米扫描台 Download PDF

Info

Publication number
CN101650978B
CN101650978B CN2009101449695A CN200910144969A CN101650978B CN 101650978 B CN101650978 B CN 101650978B CN 2009101449695 A CN2009101449695 A CN 2009101449695A CN 200910144969 A CN200910144969 A CN 200910144969A CN 101650978 B CN101650978 B CN 101650978B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano
piezoelectric ceramic
scanning station
flexible hinge
ceramic tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2009101449695A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101650978A (zh
Inventor
王克逸
吴云良
张兴华
郝鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology of China USTC
Original Assignee
University of Science and Technology of China USTC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology of China USTC filed Critical University of Science and Technology of China USTC
Priority to CN2009101449695A priority Critical patent/CN101650978B/zh
Publication of CN101650978A publication Critical patent/CN101650978A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101650978B publication Critical patent/CN101650978B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

本发明涉及用于扫描探针显微镜的纳米扫描台，其包括安装于矩形底板上的扫描台支架，纳米扫描台内设有柔性铰链；柔性铰链为四棱短管状，其每一侧壁均为由内侧壁和外侧壁组成的夹层薄壁，每一侧外侧壁均通过细杆连接着内套筒外端，内套筒内侧连接着压电陶瓷管，压电陶瓷管的另一端连接着外套筒内侧，外套筒的外端连接着扫描台支架，且四根压电陶瓷管均布在扫描台的两个对角线方向的四个角处；柔性铰链的轴向顶面连接着样品台。本发明不但保留了传统结构中径向(XY方向)的大扫描范围，更扩大了轴向(Z向)的移动范围；其结构简单，体积小，易于封装；同时也能用于各种需要纳米级位移的系统中。

Description

用于纳米级位移系统的纳米扫描台
技术领域
本发明涉及用于扫描探针显微镜的纳米扫描台。
背景技术
近几年，微纳技术有了突飞猛进的发展和广泛应用。微纳技术的研究开发依赖于纳米精度驱动、定位、位移测量及相关加工技术与设备。随着纳米科技的发展，发展具有自主知识产权的具有纳米精度步进位移定位、高精度定位纳米驱动、定位器件，具有重要的意义和应用背景。
压电陶瓷管(简称PZT)，具有纳米级的移动步距，较快的响应速度，合适的扫描范围，紧凑的结构，是研究纳米移动的良好材料。特别是在扫描探针显微镜(SPM)这一类仪器中，都选择压电陶瓷管作为驱动器件。上海爱建纳米科技发展有限公司的一项专利号为CN01254603.8，名称为“一种用于扫描探针显微镜的压电陶瓷扫描器”，用一根PZT来实现XYZ三维移动，轴向移动来实现Z向移动，径向移动来实现XY向移动。由于PZT本身的逆压电特性，加相同电压下，轴向的移动范围比径向小很多，影响了扫描的性能。
发明内容
本发明克服了传统用于扫描探针显微镜的纳米扫描台轴向移动范围小的问题，提供一种新结构用于纳米级位移系统的纳米扫描台。
具体的技术解决方案如下：
用于纳米级位移系统的纳米扫描台包括位于矩形底板1上的扫描台支架2，扫描台支架2顶部设有矩形顶板3；所述顶板3和底板1的中部均设有通孔；与顶板3和底板1的通孔对应的纳米扫描台内设有柔性铰链7；所述柔性铰链7为四棱短管状，其每一侧壁均为由内侧壁和外侧壁组成的夹层薄壁，柔性铰链7的每一侧外侧壁均通过细杆连接着内套筒8外端，内套筒8连接着压电陶瓷管，压电陶瓷管的另一端设于外套筒9内，外套筒9的外端连接着扫描台支架2，且柔性铰链7四棱外侧的四根压电陶瓷管均布在扫描台的两个对角线方向的四个角处；柔性铰链7的轴向顶面连接着样品台4，且样品台4上部伸至顶板中部的通孔外侧。
在200V电压驱动下，压电陶瓷管在径向移动距离为40um。
在200V电压驱动下，压电陶瓷管在轴向移动距离为50um。
本发明不但保留了传统结构中径向(XY方向)的大扫描范围，更扩大了轴向(Z向)的移动范围；此纳米扫描台结构简单，体积小，易于封装；主要用于各种扫描探针显微镜(SPM)产品中，作为扫描驱动器，配上简单的探针结构，就能进行SPM扫描实验，同时也能用于各种需要纳米级位移的系统中。
附图说明
图1为本发明结构示意图，
图2为图1的剖视图，
图3为图2的A-A剖视图，
图4为图2的局部放大图，
图5为压电陶瓷管结构示意图，
图6为扫描台不运动状态图，
图7为扫描台在X方向运动状态图，
图8为扫描台在Y方向运动状态图，
图9为扫描台在旋转状态图，
图10为扫描台在Z方向运动状态图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例：
参见图1、图2和图3，用于纳米级位移系统的纳米扫描台包括安装于矩形底板1上的扫描台支架2，扫描台支架2顶部安装有矩形顶板3；顶板3和底板1的中部均设有通孔；与顶板3和底板1的通孔对应的纳米扫描台内设有柔性铰链7。柔性铰链7为四棱短管状，其每一侧壁均为由内侧壁和外侧壁组成的夹层薄壁结构，具有一定的扭曲拉伸能力，柔性铰链7的每一侧外侧壁均通过细杆5连接着内套筒8外端，见图4，内套筒8内侧连接着压电陶瓷管6，压电陶瓷管6的另一端连接着外套筒9内侧，外套筒9的外端连接着扫描台支架2，且柔性铰链7四棱外侧的四根压电陶瓷管均布在扫描台的两个对角线方向的四个角处；柔性铰链7的轴向顶面连接着样品台4，且样品台4上部伸至顶板中部的通孔外侧。不工作状态见图6。
见图5，示意了压电陶瓷管的四个电极，压电陶瓷管外径为7mm，长度50mm；空载情况下，200V电压驱动下，径向弯曲60um，轴向伸长20um；径向移动距离为40um，轴向移动距离为50um；相对的电极同时施加电压可以实现压电陶瓷管的弯曲。
工作时，细杆5在压电陶瓷管6驱动下弯曲时，连接的薄壁可以做XZ或者YZ平面内的扭转，同时可以有一定的拉长变形，从而使压电陶瓷管不会因为相邻的压电陶瓷管运动受到很大作用力而缩小移动范围；通过对四根压电陶瓷管不同电极上加不同的电压，可以驱动柔性铰链7带动样品台4进行三维运动。
图7和图8为XY方向运动：图7中对竖直放置的两个压电陶瓷管6水平方向电极作用反相控制电压，使其同时向+X或者-X方向弯曲；本发明采用的压电陶瓷管，在空载加200V电压的情况下，可以实现60um的弯曲变形量；由于运动过程中，图4中薄壁部分的弯曲存在一定阻力，所以X方向的移动范围有所减少，但还可以达到40um；同理，图8中对压电陶瓷管6水平方向电极作用反相控制电压，可以实现Y方向运动。
图9为XY平面内的转动：对四个压电陶瓷管6水平方向电极同时作用同相控制电压，使其绕顺时针或者逆时针方向弯曲，带动柔性铰链7，可以实现样品台4在XY平面内小角度的转动，以实现特殊要求。
图10为Z方向运动：对四个压电陶瓷管6竖直方向电极同时作用同相控制电压，使其同时沿+Z或者-Z方向弯曲。

Claims (3)

1.用于纳米级位移系统的纳米扫描台，其特征在于：所述纳米扫描台包括位于矩形底板(1)上的扫描台支架(2)，扫描台支架(2)顶部设有矩形顶板(3)；所述顶板(3)和底板(1)的中部均设有通孔；与顶板(3)和底板(1)的通孔对应的纳米扫描台内设有柔性铰链(7)；所述柔性铰链(7)为四棱短管状，其每一侧壁均为由内侧壁和外侧壁组成的夹层薄壁，柔性铰链(7)的每一侧外侧壁均通过细杆连接着内套筒(8)外端，内套筒(8)连接着压电陶瓷管，压电陶瓷管的另一端设于外套筒(9)内，外套筒(9)的外端连接着扫描台支架(2)，且柔性铰链(7)四棱外侧的四根压电陶瓷管均布在扫描台的两个对角线方向的四个角处；柔性铰链(7)的轴向顶面连接着样品台(4)，且样品台(4)上部伸至顶板中部的通孔外侧。
2.根据权利要求1所述的用于纳米级位移系统的纳米扫描台，其特征在于：在200V电压驱动下，压电陶瓷管在径向移动距离为40um。
3.根据权利要求1所述的用于纳米级位移系统的纳米扫描台，其特征在于：在200V电压驱动下，压电陶瓷管在轴向移动距离为50um。
CN2009101449695A 2009-09-16 2009-09-16 用于纳米级位移系统的纳米扫描台 Expired - Fee Related CN101650978B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101449695A CN101650978B (zh) 2009-09-16 2009-09-16 用于纳米级位移系统的纳米扫描台

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101449695A CN101650978B (zh) 2009-09-16 2009-09-16 用于纳米级位移系统的纳米扫描台

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101650978A CN101650978A (zh) 2010-02-17
CN101650978B true CN101650978B (zh) 2011-06-22

Family

ID=41673192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009101449695A Expired - Fee Related CN101650978B (zh) 2009-09-16 2009-09-16 用于纳米级位移系统的纳米扫描台

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101650978B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102565458A (zh) * 2012-02-15 2012-07-11 北京航空航天大学 一种推挽式二维微移动/定位装置
CN102683145B (zh) * 2012-05-18 2015-05-20 中国科学院物理研究所 压电陶瓷驱动的透射电子显微镜用样品载台y轴倾转装置
CN113405471B (zh) * 2021-07-14 2023-02-10 西安电子科技大学 一种光学位移传感器及光学位移检测系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN101650978A (zh) 2010-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101650978B (zh) 用于纳米级位移系统的纳米扫描台
CN1879232B (zh) 超声导螺杆电动机
CN107263533A (zh) 一种结构紧凑的伸缩旋转机械手臂
CN102497129B (zh) 由多极化方式压电驱动器驱动的多自由度微操作器
CN109650327B (zh) 一种平板式三维大行程纳米操作平台
CN201518227U (zh) 用于纳米级位移系统的纳米扫描台
CN101786269B (zh) 微纳传动平台
CN103056867B (zh) 一种柔性微动机械手
CN102969031A (zh) 一种Z-θx-θy三自由度纳米级精度两体式工作台
CN103684037B (zh) 一种利用相向搓动降低摩擦力的双端夹持压电马达及控制方法
CN202406060U (zh) 一种由多极化方式压电驱动器驱动的多自由度微操作器
CN202957768U (zh) 基于混合驱动机理的仿生多自由度微纳米级压电驱动器
CN101576466A (zh) 一种组合式三维高速扫描装置
CN204392112U (zh) 一种大行程高精度微纳驱动装置
CN101413902A (zh) 一种扫描电镜原位观察的全柔性三平移混联微动装置
CN214418951U (zh) 开孔定位器
CN102116784B (zh) 一种机械式测试装置
CN105471315B (zh) 蠕动驱动式两自由度套筒折展机构
CN204952786U (zh) 一种具有拌料控制功能的混料机
CN105305872A (zh) 大行程高精度微纳驱动装置及其定位方法
CN202135076U (zh) 多自由度仿生压电驱动装置
CN205021591U (zh) 一种微纳操作装置
CN107487707B (zh) 一种便携式内燃机翻转辅具
CN105171730A (zh) 一种微纳操作装置
CN200999596Y (zh) 抽油杆空心导向器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110622

Termination date: 20150916

EXPY Termination of patent right or utility model