CN110530942B - 一种电化学实验平台微探针的夹持与固定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种电化学实验平台微探针的夹持与固定装置，包括固定模块、夹持模块和电气模块；固定模块包括固定底座；夹持模块包括夹持基座和管帽；夹持基座一侧固定连接在固定底座上，上端设置有两个顶部螺纹孔，下端设置有底部螺纹孔，下部设置有与底部螺纹孔同轴连通的微探针安装孔，顶部螺纹孔与微探针安装孔连通；管帽一端螺纹连接在底部螺纹孔中，管帽与底部螺纹孔之间夹持设置有紧固密封圈；微探针一端安装在微探针安装孔中，另一端经依次套设的紧固密封圈和管帽紧固在夹持基座上；电气模块包括一一对应的螺纹连接在顶部螺纹孔中的电气接头座，一端电连接对应的电气接头座，另一端伸入微探针内的电解液中的Ag/AgCl电极丝。

Description

一种电化学实验平台微探针的夹持与固定装置
技术领域
本发明涉及扫描探针显微技术领域，具体为一种电化学实验平台微探针的夹持与固定装置。
背景技术
电化学扫描实验平台是近些年来新兴的一种探针型显微扫描工具，主要可分为扫描离子电导显微镜(SCIM)、扫描电化学显微镜(SECM)以及扫描电化学池显微镜(SECCM)，可用于对物体表面形貌作微纳尺度的扫描成像，金属腐蚀等微观层面的电化学分析以及微纳尺度结构的电化学沉积。在扫描成像方面，该平台因其可对被测样本在生理环境下进行无接触、无损害、纳米级分辨率的成像，而得到广泛应用。同时，随着技术的不断发展，在该平台的基础上又衍生了诸如电化学沉积、物质定量投送等新的应用方向，因此，有着广泛的应用前景。
实验平台进行扫描实验时，需将探针可靠固定于压电陶瓷执行器上。压电陶瓷执行器带动探针向下运动，探针中装有电解液和参比电极，当样本与电解液接触时双电极回路导通，电路中的离子电流经过放大器放大后由控制系统采样，电流信号作为反馈驱动压电陶瓷的停止和回提。在扫描工作中，由控制系统施加线性变化的偏置电压可以得到样本化学反应的伏安特性曲线，从压电陶瓷的位置可以得到样本表面形貌的纳米级分辨率成像。电化学实验平台最大的优势在于其非接触式的扫描探针显微技术。且由于其工作原理与光无关，这使其的测量分辨率摆脱了光学衍射极限的束缚。
使用玻璃微管拉制的微探针，在内部填充着一定浓度的电解液，用于形成离子电流、定点投送物质的承载容器。因而，作为电化学扫描实验平台的重要组成部分，微探针的夹持与固定极其重要。目前，仍缺少此类将微探针可靠固定于压电陶瓷执行器上的装置。此外，电化学实验平台的检测部分一般被置于屏蔽箱内，由于屏蔽箱体内空间狭小，故探针的夹持与固定方式应尽可能简便易行，不破坏探针。
在扫描工作中，压电陶瓷的运动需要电解液中离子电流信号的实时反馈。因此，获取电解液中离子电流信号显得尤为重要。目前，电化学扫描平台的扫描方式一般可分为单管扫描方式及双管扫描方式。单管扫描方式所用微探针为单通道，双管扫描方式所用微探针为双通道，即探针内两通道分别装有电解液，相互隔离。不同的扫描方式要求获取探针内电解液离子电流信号的方式有一定的适用性，并保证在进行双管扫描方式时，两通道的离子电流信号不会产生干扰，互相独立。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种电化学实验平台微探针的夹持与固定装置，结构简单，设计合理，在电化学扫描实验平台工作过程中，装置能够可靠夹持微探针，并将其固定于压电陶瓷执行器上，方便获取微探针内电解液离子电流信号，支持单管扫描方式及双管扫描方式。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种电化学实验平台微探针的夹持与固定装置，包括固定模块、夹持模块和电气模块；
所述的固定模块包括用于连接电化学实验平台上压电陶瓷执行器的固定底座；
所述的夹持模块包括夹持基座和管帽；夹持基座一侧固定连接在固定底座上，上端设置有两个顶部螺纹孔，下端设置有底部螺纹孔，下部设置有与底部螺纹孔同轴连通的微探针安装孔，顶部螺纹孔与微探针安装孔连通；管帽一端螺纹连接在底部螺纹孔中，管帽与底部螺纹孔之间夹持设置有紧固密封圈；微探针一端安装在微探针安装孔中，另一端经依次套设的紧固密封圈和管帽紧固在夹持基座上；
所述的电气模块包括一一对应设置的电气接头座和Ag/AgCl电极丝，电气接头座分别一一对应的螺纹连接在顶部螺纹孔中，Ag/AgCl电极丝一端电连接对应的电气接头座，另一端伸入微探针内的电解液中。
优选的，所述的固定底座包括顶面板和侧面板，顶面板和侧面板呈L型板设置。
进一步，顶面板上设置有用于螺钉连接压电陶瓷执行器的连接通孔，中间设置有压电陶瓷执行器的出线通孔；侧面板与夹持基座固定连接。
优选的，固定底座和夹持基座的连接面上分别对应设置有长方形磁块。
优选的，夹持基座呈圆柱体设置，圆柱体向一侧下部延伸出一长方形连接板用于连接固定底座。
优选的，电气接头座和顶部螺纹孔之间夹持设置有密封圈，Ag/AgCl电极丝经套设的密封圈紧固。
优选的，当设置两个Ag/AgCl电极丝时，微探针内部有一隔板，将管内分割成两互相隔离的通道，两个Ag/AgCl电极丝分别伸入到两个通道内的电解液中。
优选的，管帽的自由端设置为径向增大的凸台。
优选的，电气接头座的自由端呈为螺栓状设置。
优选的，顶部螺纹孔底部分别通过连接通道与微探针安装孔上端连通。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的电化学扫描实验平台微探针夹持与固定装置具有结构紧凑、集成度高的特点，实现了微探针与压电陶瓷执行器之间的可靠固定，且装拆简便，可以实时获取微探针内电解液离子电流信号，并同时支持单管及双管两种扫描方式。该装置对于优化电化学扫描实验平台结构具有重要作用。
附图说明
图1是电化学扫描实验平台微探针夹持与固定装置的三维结构示意图。
图2是夹持模块的三维示意图。
图3a是夹持模块与电气模块的主视图。
图3b为图3a的A-A剖视图。
图4是进行双管扫描方式电气模块的局部放大图。
图5是固定模块的三维示意图。
图6是固定模块的主视图
图6b为图6a的A-A剖视图。
图中：1—微探针；2—夹持基座；3—第一Ag/AgCl电极丝；4—第一密封圈；5—第一电气接头座；6—管帽；7—紧固密封圈；8—第二Ag/AgCl电极丝；9—第二密封圈；10—第二电气接头座；11—第一长方形磁块；12—第二长方形磁块；13—固定底座；14—压电陶瓷执行器；15—螺钉。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种电化学实验平台微探针的夹持与固定装置，用于微纳领域形貌扫描、电化学分析及物质沉积实验平台的玻璃微探针夹持与固定；包括夹持微探针的夹持模块、与压电陶瓷执行器相连的固定模块及获取电解液离子电流信号的电气模块构成。
夹持模块包括夹持基座2、通过螺纹与夹持基座2下端相连的管帽6、安装在夹持基座2内部与管帽6相接的紧固密封圈7。夹持基座2底部有一底部螺纹孔，内有螺纹，与管帽6相接。孔内衬有与管帽6相接的紧固密封圈7，支持基座2内部还设置有与底部螺纹孔同轴的微探针安装孔。在使用时，微探针1从夹持基座2的底部螺纹孔插入微探针安装孔，拧紧管帽6，通过管帽6对紧固密封圈7的挤压夹紧微探针1，实现对微探针1的可靠夹持。
固定模块包括固定底座13和两块分别嵌于夹持基座2及固定底座13中的第一、二长方形磁块11、12。夹持基座2与固定底座13均有一长方形槽，各嵌有一块长方形磁块。固定底座13上有四个通孔，压电陶瓷执行器14上有相对应的四个螺纹孔，通过螺钉连接可将固定底座13固定在压电陶瓷执行器14上。在使用时，将固定底座13通过螺钉固定于压电陶瓷执行器14上，依靠夹持基座2与固定底座13嵌有的长方形磁块之间的磁力，即可将夹有微探针1的夹持基座2与固定底座13相接，实现了微探针1与压电陶瓷执行器14之间的固定。由于磁铁磁力的自动对位特性，使固定底座与夹持基座之间的装拆简便。
电气模块包括通过螺纹与夹持基座2上端相连的电气接头座、安装在夹持基座2内部与电气接头座相接的密封圈、与电气接头座相接的Ag/AgCl电极丝构成。电气接头座、密封圈及Ag/AgCl电极丝均成对。夹持基座2顶部有相互对称的两个顶部螺纹孔，与底部螺纹孔相通，内有螺纹，与电气接头座相接。顶部螺纹孔内衬有与电气接头座相接的密封圈，Ag/AgCl电极丝从密封圈孔内穿过，拧紧电气接头座，通过电气接头座与密封圈的挤压作用，将Ag/AgCl电极丝固定。Ag/AgCl电极丝一端与电气接头座相接并固定，另一端从夹持基座2下端管帽6的孔中穿出。电气接头座使用导电材料，与Ag/AgCl电极丝之间形成通路。在使用时，Ag/AgCl电极丝插入微探针1中电解液中，电解液、Ag/AgCl电极丝及电气接头座之间形成通路，即可从电气接头座10中将电解液内离子电流信号引出。若是采用双管扫描方式，则需将两根Ag/AgCl电极丝分别插入微探针两个通道内，互相隔离。
具体的，如图1、图2、图5，本发明所述的是一种用于电化学扫描实验平台的微探针夹持与固定装置，由夹持模块、固定模块及电气模块构成。
图2、图3a和图3b描述了夹持模块及电气模块的实施结构。夹持基座2底部有一底部螺纹孔，用与管帽6相接，顶部有一对顶部螺纹孔，用与第一、二电气接头座5、10相接，三孔相通。夹持基座2圆柱体向一侧延伸出一平面，该平面挖有一长方形槽，以镶嵌第一长方形磁块11。夹持基座2底部螺纹孔内衬有与管帽6相接的紧固密封圈7，微探针1可从紧固密封圈7中间孔中穿过插入微探针安装孔。拧紧管帽6，管帽6挤压紧固密封圈7，使紧固密封圈7中间孔径变小，挤压探针1并夹紧。管帽6上端有螺纹，用与夹持基座2相接，下端为一凸台，方便拿持。管帽6内部有一通孔，第一、二Ag/AgCl电极丝3、8自上而下穿出。在使用时，将第一、二Ag/AgCl电极丝3、8插入探针1相对隔离的两个并列通道中，探针1则自下而上插入管帽6，管帽6拧入夹持基座2并拧紧，实现探针1的可靠夹持。夹持基座2顶部一对螺纹孔内均衬有与电气接头座相接的第一、二密封圈4、9，第一、二密封圈4、9中部有一孔，第一、二Ag/AgCl电极丝3、8从其中穿过。第一、二Ag/AgCl电极丝3、8一端从底部管帽6中穿出，一端夹在第一、二电气接头座5、10与第一、二密封圈4、9之间，拧紧第一、二电气接头座5、10，第一、二电气接头座5、10与第一、二密封圈4、9挤压第一、二Ag/AgCl电极丝3、8实现固定。第一、二电气接头座5、10为螺栓状，下端有螺纹，用与夹持基座2相接，上端为六角螺帽状，方便拧紧，顶部有一凹槽，可连接导线接头将离子电流信号导出。第一、二电气接头座5、10整体用导电材料制成，与第一、二Ag/AgCl电极丝3、8之间形成通路。第一、二Ag/AgCl电极丝3、8插入微探针1电解液中，离子电流信号经过第一、二Ag/AgCl电极丝3、8传导至第一、二电气接头座5、10，利用导线导出。
图4描述了电化学扫描实验平台进行双管扫描方式时，第一、二Ag/AgCl电极丝3、8与微探针1的结合情况。双管扫描方式中所用微探针1内部有一隔板，将管内分割成两通道，两通道互相隔离。向双管探针两通道注入电解液，第一、二Ag/AgCl电极丝3、8分别插入双管探针隔板两侧，将微探针1插入夹持基座2至顶部，第一、二Ag/AgCl电极丝3、8互相隔离，分别获取探针两通道内的离子电流信号。拧紧管帽6，使微探针1可靠夹持，即可进行下一步操作。
图5、图6a和图6b描述了固定模块的实施结构。固定底座13为一“L”型板，顶面四角对称分布有四个小通孔，用于螺钉连接，中间有一较大通孔，方便压电陶瓷执行器接线，侧面板有一长方形槽，用以镶嵌第二长方形磁条12。压电陶瓷执行器14上有对应四个螺纹孔，通过四个螺钉15，将固定底座13固定于压电陶瓷上。固定底座13侧面镶嵌第二长方形磁块12，与夹持基座2侧面镶嵌第一长方形磁块11相对应，通过磁块磁力作用，固定底座与夹持基座相连接。
配有本发明的电化学扫描实验平台，在进行实验时的典型过程如下：
当利用电化学扫描实验平台进行实验时，通过四根螺钉，将固定底座固定于压电陶瓷执行器上。向玻璃微管拉制的玻璃微探针内注入适当浓度的离子溶液，将两根Ag/AgCl电极丝分别插入微探针内(若采用双管扫描方式，则两根Ag/AgCl电极丝需分别插入微探针两通道内)。然后将微探针穿过管帽中间孔，从夹持基座底部孔插入至顶部。拧紧管帽，管帽挤压紧固密封圈使密封圈内孔径变小，挤压探针并夹紧。最后依托嵌于夹持基座和固定底座之间磁块的磁力作用，将固定底座与夹持基座相固定。完成上述步骤后，实现了微探针的夹持与固定，同时可在实验过程中实时获取探针内离子电流信号。
本发明提供的电化学扫描实验平台微探针夹持与固定装置结构紧凑、集成度高的特点，实现了微探针与压电陶瓷执行器之间的可靠固定，且装拆简便，可以实时获取微探针内电解液离子电流信号，并同时支持单管及双管两种扫描方式。本发明是一种微探针的通用夹持与固定装置，即可用于电化学扫描实验平台，也可拓展适应其余各领域方向。

Claims (7)

1.一种电化学实验平台微探针的夹持与固定装置，其特征在于，包括固定模块、夹持模块和电气模块；
所述的固定模块包括用于连接电化学实验平台上压电陶瓷执行器（14）的固定底座（13）；
所述的夹持模块包括夹持基座（2）和管帽（6）；夹持基座（2）一侧固定连接在固定底座（13）上，上端设置有两个顶部螺纹孔，下端设置有底部螺纹孔，下部设置有与底部螺纹孔同轴连通的微探针安装孔，顶部螺纹孔与微探针安装孔连通；管帽（6）一端螺纹连接在底部螺纹孔中，管帽（6）与底部螺纹孔之间夹持设置有紧固密封圈（7）；微探针（1）一端安装在微探针安装孔中，另一端经依次套设的紧固密封圈（7）和管帽（6）紧固在夹持基座（2）上；
所述的电气模块包括一一对应设置的电气接头座和Ag/AgCl电极丝，电气接头座分别一一对应的螺纹连接在顶部螺纹孔中，Ag/AgCl电极丝一端电连接对应的电气接头座，另一端伸入微探针（1）内的电解液中；
所述的固定底座（13）包括顶面板和侧面板，顶面板和侧面板呈L型板设置；
夹持基座（2）呈圆柱体设置，圆柱体向一侧延伸出一平面，该平面挖有一长方形槽，以镶嵌第一长方形磁块（11），
固定底座（13）的侧面板有一长方形槽，用以镶嵌第二长方形磁条（12），与夹持基座（2）侧面镶嵌第一长方形磁块（11）相对应，通过磁力作用，固定底座与夹持基座（2）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种电化学实验平台微探针的夹持与固定装置，其特征在于，顶面板上设置有用于螺钉连接压电陶瓷执行器（14）的连接通孔，中间设置有压电陶瓷执行器（14）的出线通孔；侧面板与夹持基座（2）固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种电化学实验平台微探针的夹持与固定装置，其特征在于，电气接头座和顶部螺纹孔之间夹持设置有密封圈，Ag/AgCl电极丝经套设的密封圈紧固。
4.根据权利要求1所述的一种电化学实验平台微探针的夹持与固定装置，其特征在于，当设置两个Ag/AgCl电极丝时，微探针（1）内部有一隔板，将管内分割成两互相隔离的通道，两个Ag/AgCl电极丝分别伸入到两个通道内的电解液中。
5.根据权利要求1所述的一种电化学实验平台微探针的夹持与固定装置，其特征在于，管帽（6）的自由端设置为径向增大的凸台。
6.根据权利要求1所述的一种电化学实验平台微探针的夹持与固定装置，其特征在于，电气接头座的自由端呈为螺栓状设置。
7.根据权利要求1所述的一种电化学实验平台微探针的夹持与固定装置，其特征在于，顶部螺纹孔底部分别通过连接通道与微探针安装孔上端连通。
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