CN110441334B - 一种多场原位透射电子显微镜样品杆 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种多场原位透射电子显微镜样品杆，所述样品杆包括杆身，所述杆身上设置有用于实现双倾功能的双倾驱动装置和用于实现对样品进行测试的测试装置，所述杆身的两端分别设置有驱动外壳和测试基架，所述杆身内部为中空的杆身空腔，所述驱动外壳内部为中空的驱动空腔，所述驱动空腔与杆身空腔相通，本发明可用探针可对样品施压、测压、加热、光照、加电及测电，对样品施加不同压力和光照调条件，改变样品温度，改变样品两端电势，从而在不同温度、不同光作用、不同压力及不同电激励下通过透射电镜对材料进行分析，同时本发明具备双倾功能，可以方便实验的观察。
Description
技术领域
本发明实施例涉及透射电子显微镜配件及纳米材料测量研究领域，具体涉及一种用于对样品施加压力、光照，改变样品温度，改变样品两端电势，然后通过透射电镜观察实验现象的多场原位透射电子显微镜样品杆。
背景技术
透射电子显微镜可以看到在光学显微镜下无法看清的，小于0.2um的细微结构，在材料科学，生物学，工业质量检测等上有重要应用，可以获取材料的形貌、结构、位向等信息。沿杆轴的旋转为X轴旋转，垂直于杆轴和电子束入射方向的旋转为Y轴旋转。双倾指可在这两方向上旋转。
原位力学实验可以用透射电镜实时动态观察材料受力以后的变化过程。在不同温度下，不同光波长下，材料的结构特性和力学效应、电学效应可能发生变化。但现有的实验装置无法很好地改变材料的温度条件、压力条件、光作用条件及电激励条件，从而无法在不同温度下、不同光作用下、不同压力下和不同电激励下对材料进行分析，同时现有的实验装置也不具备双倾功能，导致实验的观察较为不便。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种可用探针对样品施加并测量压力，可对样品加热、光照、加电及测电，同时具有双倾功能的高温力杆，以解决现有技术中无法在不同温度、不同光作用、不同压力及不同电激励下对材料进行分析，同时不具备双倾功能而导致的实验观察较为不便的问题。
为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
一种多场原位透射电子显微镜样品杆，包括杆身，所述杆身上设置有用于实现双倾功能的双倾驱动装置和用于实现对样品进行测试的测试装置，所述杆身的两端分别设置有驱动外壳和测试基架，所述杆身内部为中空的杆身空腔，所述驱动外壳内部为中空的驱动空腔，所述驱动空腔与杆身空腔相通。
作为本发明的一种优选方案，所述双倾驱动装置包括双倾驱动电机、牵引线和样品台，所述双倾驱动电机设置于驱动空腔内，所述牵引线穿设于杆身空腔内，所述样品台通过样品台转轴设置于测试基架上，所述样品台转轴沿杆身的径向设置，且所述样品台转轴从样品台中间穿过，所述双倾驱动电机的输出端连接有拨杆，所述拨杆连接有杠杆，所述杠杆连接有杠杆转轴，所述杠杆转轴与牵引线相连，所述牵引线与样品台相连。
作为本发明的一种优选方案，所述双倾驱动装置还包括复位弹簧，所述复位弹簧一端固定在测试基架上，另一端压在样品台上。
作为本发明的一种优选方案，所述测试装置包括用于对样品施压测压的测试探针、用于驱动测试探针移动的三维驱动组件、用于改变样品光照的光纤、以及用于控制样品温度和电学条件的加热电学芯片。
作为本发明的一种优选方案，所述测试探针正对着样品台，所述测试探针连接有测力芯片，所述光纤沿测试基架探伸到样品前方，且所述光纤的一端对准样品，所述加热电学芯片固定在样品台上，所述加热电学芯片的两端设置有电学控制电极。
作为本发明的一种优选方案，所述三维驱动组件包括穿设于杆身空腔内的拉杆，所述杆身空腔内设置有用于固定拉杆及实现密封的密封装置，所述拉杆的一端通过X方向压电陶瓷和YZ方向压电陶瓷与测力芯片相连。
作为本发明的一种优选方案，所述三维驱动组件还包括设置于驱动空腔内的三维移动底座，所述拉杆延伸至驱动空腔内且与三维移动底座相连，所述驱动外壳上设置有第一三维驱动、第二三维驱动和第三三维驱动，所述第一三维驱动和第二三维驱动的输出端与三维移动底座的前端接触，所述第三三维驱动的输出端与三维移动底座的后端接触。
作为本发明的一种优选方案，所述密封装置为密封轴承，所述密封轴承固定在杆身空腔内，其内部拥有两个卡槽，卡槽内分别装有第二密封圈和第三密封圈，位于密封轴承内的拉杆上设置有一卡槽，该卡槽内装有第一密封圈。
作为本发明的一种优选方案，所述测试基架上设置有接线板，所述接线板的前端设置有若干个弯曲探针，所述的弯曲探针与加热电学芯片后端大电极紧密接触，所述弯曲探针拥有弹力，用于对样品施加、测量电压/电流以及用于固定加热电学芯片。
作为本发明的一种优选方案，所述杆身空腔内设置有穿线管，所述穿线管延伸至驱动空腔内，所述驱动外壳上设置有外接头，所述样品杆内部的电线通过穿线管连接到外接头上，并通过外接头与外界设备相连。
本发明的实施方式具有如下优点：
本发明可对样品施压、测压、加热、光照、加电及测电，对样品施加不同压力和光照条件，改变样品温度，改变样品两端电势，从而在不同温度、不同光作用、不同压力及不同电激励下通过透射电镜对材料进行分析，同时本发明具备双倾功能，可以方便实验的观察。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施方式中样品杆的结构框图；
图2为本发明实施方式中双倾驱动装置的结构示意图；
图3为本发明实施方式中驱动空腔的侧视结构示意图；
图4为本发明实施方式中测试基架的结构示意图。
图中：
1-杆身；2-双倾驱动装置；3-测试装置；
101-驱动外壳；102-测试基架；103-杆身空腔；104-驱动空腔；105-穿线管；106-外接头；
201-双倾驱动电机；202-牵引线；203-样品台；204-样品台转轴；205-拨杆；206-杠杆；207-杠杆转轴；208-复位弹簧；
301-测试探针；302-光纤；303-加热电学芯片；304-测力芯片；305-电学控制电极；306-拉杆；307-密封装置；308-X方向压电陶瓷；309-YZ方向压电陶瓷；310-三维移动底座；311-第一三维驱动；312-第二三维驱动；313-第三三维驱动；314-第一密封圈；315-第二密封圈；316-第三密封圈；317-接线板；318-弯曲探针。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图4所示，本发明提供了一种可以倾转样品、给样品加热并测量力学、电学、光学性能的多场原位透射电子显微镜样品杆，包括杆身1，所述杆身1上设置有用于实现双倾功能的双倾驱动装置2和用于实现对样品进行测试的测试装置3，所述杆身1的两端分别设置有驱动外壳101和测试基架102，所述杆身1内部为中空的杆身空腔103，所述驱动外壳101内部为中空的驱动空腔104，所述驱动空腔104与杆身空腔103相通。
如图2、图3和图4所示，在本发明中，所述双倾驱动装置2包括双倾驱动电机201、牵引线202和样品台203，所述双倾驱动电机201设置于驱动空腔104内，所述牵引线202穿设于杆身空腔103内，所述样品台203通过样品台转轴204设置于测试基架102上，所述样品台转轴204沿杆身1的径向设置，且所述样品台转轴204从样品台203中间穿过，所述双倾驱动电机201的输出端连接有拨杆205，所述拨杆205连接有杠杆206，所述杠杆206连接有杠杆转轴207，所述杠杆转轴207与牵引线202相连，所述牵引线202与样品台203相连。
为了拉动牵引线202，并能用上位机自动精确控制，双倾驱动电机201为舵机，双倾驱动电机201转轴旋转一定角度，利用拨杆205带动杠杆206下端，使杠杆206绕杠杆转轴207旋转一定角度，进而将牵引线202拉动一定距离。
在本发明中，牵引线202一端连接在样品台203上，距离样品台转轴204一定距离，另一端则通过杠杆转轴207、杠杆206及拨杆205与双倾驱动电机201相连，当双倾驱动电机201工作时，可以通过牵引线202拉动样品台203绕样品台转轴204旋转一定角度，控制样品沿X轴旋转，而当控制高温力杆沿其轴向旋转时，样品台204即会沿着垂直于样品台转轴204的方向，也即是实现Y轴旋转，二者相结合，即可实现对样品的双倾调节，从而便于对实验的观察。
如图4所示，在本发明中，所述双倾驱动装置2还包括复位弹簧208，所述复位弹簧208一端固定在测试基架102上，另一端压在样品台203上，提供与牵引线202拉力相反的恢复力，使样品台203保持在某一角度。
如图2、图3和图4所示，在本发明中，所述测试装置3包括用于对样品施压测压的测试探针301、用于驱动测试探针301移动的三维驱动组件、用于改变样品光照的光纤302、以及用于控制样品温度和电学条件的加热电学芯片303。本发明通过测试探针301实现对样品的施压测压、通过光纤302实现对样品的光照控制、通过加热电学芯片303实现对样品的温度和电学条件进行控制，从而在不同温度条件下、不同光作用条件下、不同压力条件下和不同电激励条件下对材料进行分析，得出材料的力学、电学及光学性能。
如图4所示，在本发明中，所述测试探针301正对着样品台，所述测试探针301连接有测力芯片304，所述光纤302沿测试基架102探伸到样品前方，且所述光纤302的一端对准样品，所述加热电学芯片303固定在样品台203上，所述加热电学芯片303的两端设置有电学控制电极305。
如图4所示，在本发明中，所述测试基架102上设置有接线板317，所述接线板317的前端设置有6个弯曲探针318，接线板317可以从测试基架102上拆下或装上，装上时可用螺丝固定，其前端的6个弯曲探针318与加热电学芯片303后端大电极紧密接触，弯曲探针318拥有一定的弹力，用于对样品施加、测量电压/电流和将加热电学芯片303固定在样品台203上，拆下时则可以更换加热电学芯片303。通过控制加热电学芯片303电流大小，可以对样品施加一定的温度，而通过控制两个与样品导通的电学控制电极305的电压/电流，可对样品进行电学控制。因此本发明中的样品杆可以控制样品温度和对样品进行电学控制。
如图1所示，在本发明中，所述三维驱动组件包括穿设于杆身空腔103内的拉杆306，所述杆身空腔103内设置有用于固定拉杆306及实现密封的密封装置307，所述拉杆306的一端通过X方向压电陶瓷308和YZ方向压电陶瓷309与测力芯片304相连，所述密封装置307为密封轴承，所述密封轴承固定在杆身空腔103内，其内部拥有两个卡槽，卡槽内分别装有第二密封圈315和第三密封圈316，位于密封轴承内的拉杆306上设置有一卡槽，该卡槽内装有第一密封圈314。
如图1和图3所示，在本发明中，所述三维驱动组件还包括设置于驱动空腔104内的三维移动底座310，所述拉杆306延伸至驱动空腔104内且与三维移动底座310相连，所述驱动外壳101上设置有第一三维驱动311、第二三维驱动312和第三三维驱动313，所述第一三维驱动311和第二三维驱动312的输出端与三维移动底座310的前端接触，所述第三三维驱动313的输出端与三维移动底座310的后端接触。
通过调节第一三维驱动311、第二三维驱动312和第三三维驱动313，可使三维移动底座310的前端在XYZ方向上移动，拉杆306以第一密封圈314为支点，将左端位移量等比转换为右端反向位移量，拉杆306右端与测试探针301固定，因此可以通过上述的三维驱动组件对测试探针301针尖位置进行粗调。
为了方便控制，第一三维驱动311、第二三维驱动312和第三三维驱动313为压电位移杆，通过第一三维驱动311、第二三维驱动312的伸缩推动三维移动底座310前端在YZ方向平移，通过位移杆第三三维驱动313的伸缩推动三维移动底座301的后端，使得三维移动底座301的前端能水平前后移动，即X方向移动。
同时，本发明中的拉杆306与测试探针301之间通过X方向压电陶瓷308、YZ方向压电陶瓷309及测力芯片304相连，X方向压电陶瓷308可以在X方向伸缩，YZ方向陶瓷309由4个陶瓷片组成，可以实现前端在YZ方向偏转，因此通过X方向压电陶瓷308、YZ方向压电陶瓷309可以对测试探针301针尖位置进行微调。
通过三维驱动组件对调整测试探针301针尖位置进行粗调和微调，使其触碰到样品的某一位置并施加一定压力，然后将力反馈到测力芯片304上，这样可以对样品某点施加力并测量力。
如图2和图3所示，在本发明中，所述杆身空腔103内设置有穿线管105，所述穿线管105延伸至驱动空腔104内，所述驱动外壳101上设置有外接头106，所述样品杆内部的电线通过穿线管105连接到外接头106上，并通过外接头106与外界设备相连。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (4)
1.一种多场原位透射电子显微镜样品杆，其特征在于，包括杆身（1），所述杆身（1）上设置有用于实现双倾功能的双倾驱动装置（2）和用于实现对样品进行测试的测试装置（3），所述杆身（1）的两端分别设置有驱动外壳（101）和测试基架（102），所述杆身（1）内部为中空的杆身空腔（103），所述驱动外壳（101）内部为中空的驱动空腔（104），所述驱动空腔（104）与杆身空腔（103）相通；
所述双倾驱动装置（2）包括双倾驱动电机（201）、牵引线（202）和样品台（203），所述双倾驱动电机（201）设置于驱动空腔（104）内，所述牵引线（202）穿设于杆身空腔（103）内，所述样品台（203）通过样品台转轴（204）设置于测试基架（102）上，所述样品台转轴（204）沿杆身（1）的径向设置，且所述样品台转轴（204）从样品台（203）中间穿过，所述双倾驱动电机（201）的输出端连接有拨杆（205），所述拨杆（205）连接有杠杆（206），所述杠杆（206）连接有杠杆转轴（207），所述杠杆转轴（207）与牵引线（202）相连，所述牵引线（202）与样品台（203）相连；
所述双倾驱动装置（2）还包括复位弹簧（208），所述复位弹簧（208）一端固定在测试基架（102）上，另一端压在样品台（203）上
所述测试装置（3）包括用于对样品施压测压的测试探针（301）、用于驱动测试探针（301）移动的三维驱动组件、用于改变样品光照的光纤（302）、以及用于控制样品温度和电学条件的加热电学芯片（303），所述测试探针（301）正对着样品台，所述测试探针（301）连接有测力芯片（304），所述光纤（302）沿测试基架（102）探伸到样品前方，且所述光纤（302）的一端对准样品，所述加热电学芯片（303）固定在样品台（203）上，所述加热电学芯片（303）的两端设置有电学控制电极（305）；
所述测试基架（102）上设置有接线板（317），所述接线板（317）的前端设置有若干个弯曲探针（318），所述的弯曲探针（318）与加热电学芯片（303）后端的电极紧密接触，所述弯曲探针（318）拥有弹力，用于对样品施加、测量电压/电流以及用于固定加热电学芯片（303）；
所述三维驱动组件包括穿设于杆身空腔（103）内的拉杆（306），所述杆身空腔（103）内设置有用于固定拉杆（306）及实现密封的密封装置（307），所述拉杆（306）的一端通过X方向压电陶瓷（308）和YZ方向压电陶瓷（309）与测力芯片（304）相连。
2.根据权利要求1所述的一种多场原位透射电子显微镜样品杆，其特征在于，所述三维驱动组件还包括设置于驱动空腔（104）内的三维移动底座（310），所述拉杆（306）延伸至驱动空腔（104）内且与三维移动底座（310）相连，所述驱动外壳（101）上设置有第一三维驱动（311）、第二三维驱动（312）和第三三维驱动（313），所述第一三维驱动（311）和第二三维驱动（312）的输出端与三维移动底座（310）的前端接触，所述第三三维驱动（313）的输出端与三维移动底座（310）的后端接触。
3.根据权利要求1所述的一种多场原位透射电子显微镜样品杆，其特征在于，所述密封装置（307）为密封轴承，所述密封轴承固定在杆身空腔（103）内，其内部拥有两个卡槽，卡槽内分别装有第二密封圈（315）和第三密封圈（316），位于密封轴承内的拉杆（306）上设置有一卡槽，该卡槽内装有第一密封圈（314）。
4.根据权利要求1所述的一种多场原位透射电子显微镜样品杆，其特征在于，所述杆身空腔（103）内设置有穿线管（105），所述穿线管（105）延伸至驱动空腔（104）内，所述驱动外壳（101）上设置有外接头（106），所述样品杆内部的电线通过穿线管（105）连接到外接头（106）上，并通过外接头（106）与外界设备相连。
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