CN113267649B - 一种原子力显微镜长臂探针的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种原子力显微镜长臂探针的制备方法，首先，利用微电极拉丝仪拉制尺寸可控的微杆，并利用粘附力将微杆垂直固定在镊子的末端；随后，利用其余的微杆蘸取备好的紫外固化胶，借助表面张力效应在微杆末端形成微米级的紫外固化胶液滴；最后，充分利用原子力显微镜自身的光学成像系统和运动控制系统，在悬臂末端粘上紫外固化胶，将微杆与悬臂紧密粘合，从而完成探针的制备，本发明大大简化了原子力显微镜长臂探针的制备流程，操作简便快捷、实用性强。并且本发明可在比较简单的实验环境中进行，无需使用高精密的三维微动平台，极大程度上减少了其制备成本。

Description

一种原子力显微镜长臂探针的制备方法

技术领域

本发明涉及原子力显微镜应用技术领域，具体而言，尤其涉及一种原子力显微镜长臂探针的制备方法。

背景技术

原子力显微镜(AFM)是一种可通过扫描样品表面获得材料表面的二维、三维图像以及颗粒的三维尺寸等表面形貌的仪器。在检测过程中，将探针悬臂一端固定，用饰有针尖的另一端接近样品，悬臂受针尖与样品间作用力的影响而发生形变或改变运动状态。随着研究的不断深入，最近常通过原子力显微镜检测样品表面和探针之间极微弱的作用力来研究物质表面结构及性质，例如：可以利用原子力显微镜来测量流体的黏度和表面张力。而传统的原子力显微镜探针针尖仅有几微米长，远小于液体表面张力的尺度。因此，为满足实际需求，需要制备长度为几十微米的长臂探针来进行相关测量。

原子力显微镜长臂探针是指利用玻璃棒拉丝制作成微米级的长微杆，代替探针原有的针尖，来进行相关的测量。现有长臂探针的制作方法是利用精密的三维操纵平台，将所需的胶水和微杆依次粘在上面。其制备过程对三维平台的精度依赖较高，制备过程繁琐，同时，对操作人员具有较高的要求。

因此需要设计一种原子力显微镜长臂探针的制备方法。

发明内容

根据上述提出现有的制备方法存在操作过程繁琐且对操作人员具有较高要求的技术问题，而提供一种一种原子力显微镜长臂探针的制备方法。本发明利用原子力显微镜的高倍光学成像系统、高精度的运动控制系统以及探针夹持使用设备，在悬臂末端粘上胶水，再将微杆通过胶水与悬臂粘合，从而完成探针的制作，大大简化了原子力显微镜长臂探针的制备流程，操作简便快捷、实用性强、方便可靠。

本发明采用的技术手段如下：

一种原子力显微镜长臂探针的制备方法，其特征在于该制备方法步骤包括：

步骤S1：微杆的固定；

步骤S2：微胶滴的准备；

步骤S3：探针的制作。

进一步地，所述步骤S1：微杆的固定包括：

1)制作微杆，使用微电极拉丝仪，将玻璃棒拉制成细丝状的微杆；

2)拉制成功后，将所述玻璃棒从中部剪断，分成玻璃棒A和玻璃棒B两部分；

3)用洁净的镊子夹取所述玻璃棒A部分上的微杆，并利用镊子与所述微杆间的静电粘附作用将所述微杆垂直固定在镊子末端；

4)把截取好所述微杆后的镊子放在事先备好的支架上，待用；

进一步地，所述步骤S2：微胶滴的准备包括：

1)取一定量的紫外固化胶，滴在洁净的玻璃片上；

2)利用所述玻璃棒B上的微杆蘸取载玻片上的紫外固化胶，借助表面张力效应在微杆末端形成微米级的紫外固化胶液滴，待用。

3)蘸取过后，将所述玻璃棒B固定在专用的固定装置上，并将所述固定装置放在原子力显微镜的样品台，正对原子力显微镜的探针夹下方的位置。

进一步地，所述步骤S3：探针的制作包括：

1)用纯净的氮气将所述原子力显微镜夹持探针的所述探针夹上的灰尘吹净，将用于制备长臂探针的无针尖悬臂从盒子里面用干净的镊子取出，固定在所述探针夹的相应位置上，待所述探针固定稳固之后，取下所述原子力显微镜的扫描头，将固定好探针的所述探针夹紧固在所述原子力显微镜的扫描头上，调整激光，使其对准所述无针尖悬臂；

2)安装探针，运行所述原子力显微镜的contact in air模式，移动玻璃棒的固定装置，确保紫外固化胶液滴在所述无针尖悬臂前端的下方；

3)将所述探针夹上的所述无针尖悬臂靠近胶水液滴，使胶水液滴与所述无针尖悬臂紧密贴合。当胶水液滴完全吸附在所述无针尖悬臂上时，退回所述探针并移走玻璃棒的所述固定装置；

4)将镊子连同支架放在样品台上，确保镊子上的所述微杆正对所述无针尖悬臂上胶水液滴的下方，向下移动所述无针尖悬臂，使所述无针尖悬臂与所述微杆通过胶水的作用紧密贴合在一起；

5)确保所述无针尖悬臂与所述微杆已经紧密贴合后，用紫外光照射，使其固化。照射一段时间之后，将紫外光光源撤去，此时所述微杆和所述无针尖悬臂已经紧密地粘附在一起，退回所述无针尖悬臂，所述微杆与镊子分离，此时，便得到了原子力显微镜长臂探针。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明利用原子力显微镜的高倍光学成像系统、高精度的运动控制系统以及探针夹持使用设备，在悬臂末端粘上胶水，再将微杆通过胶水与悬臂粘合，从而完成探针的制作，大大简化了原子力显微镜长臂探针的制备流程，操作简便快捷、实用性强、方便可靠。

而且采用本发明，可减少特殊仪器的购买花销，极大程度上减少了其制备成本，可用于实验室批量生产，为科研工作的开展提供了极大的便利。

基于上述理由本发明可在原子力显微镜应用技术等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种原子力显微镜长臂探针的制备方法的流程图Ⅰ。

图2为本发明一种原子力显微镜长臂探针的制备方法的流程图Ⅱ。

图3为本发明一种原子力显微镜长臂探针的制备方法的流程图Ⅲ。

图4为本发明一种原子力显微镜长臂探针的制备方法的微杆示意图。

图中：1、玻璃棒；2、拉丝之后的玻璃棒；3、玻璃棒A；4、玻璃棒B；5、镊子；6、微杆；7、固定装置；8、紫外固化胶；9、玻璃片；10、紫外固化胶液滴；11、无针尖悬臂。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-4所示，本发明提供了一种原子力显微镜长臂探针的制备方法，该制备方法步骤包括：

步骤S1：微杆6的固定；

步骤S2：微胶滴的准备；

步骤S3：探针的制作；

所述步骤S1：微杆6的固定包括：

1)制作微杆6，使用微电极拉丝仪，将玻璃棒1拉制成细丝状的微杆6；

2)拉制成功后，将所述玻璃棒1从中部剪断，分成玻璃棒A3和玻璃棒B7两部分；

3)用洁净的镊子5夹取所述玻璃棒A3部分上的微杆6，并利用镊子5与所述微杆6间的静电粘附作用将所述微杆6垂直固定在镊子5末端；

4)把截取好所述微杆6后的镊子5放在事先备好的支架上，待用；

所述步骤S2：微胶滴的准备包括：

1)取一定量的紫外固化胶8，滴在洁净的玻璃片9上；

2)利用所述玻璃棒B上的微杆蘸取载玻片上的紫外固化胶8，借助表面张力效应在微杆末端形成微米级的紫外固化胶液滴10，待用；

3)蘸取过后，将所述玻璃棒B固定在专用的固定装置7上，并将所述固定装置7放在原子力显微镜的样品台，正对原子力显微镜的探针夹下方的位置；

所述步骤S3：探针的制作包括：

1)用纯净的氮气将所述原子力显微镜夹持探针的所述探针夹上的灰尘吹净，将用于制备长臂探针的无针尖悬臂11从盒子里面用干净的镊子取出，固定在所述探针夹的相应位置上，待所述探针固定稳固之后，取下所述原子力显微镜的扫描头，将固定好探针的所述探针夹紧固在所述原子力显微镜的扫描头上，调整激光，使其对准所述无针尖悬臂11；

2)安装探针，运行所述原子力显微镜的contact in air模式，移动玻璃棒的固定装置7，确保紫外固化胶8液滴在所述无针尖悬臂11前端的下方；

3)将所述探针夹上的所述无针尖悬臂11靠近胶水液滴，使胶水液滴与所述无针尖悬臂11紧密贴合。当胶水液滴完全吸附在所述无针尖悬臂11上时，退回所述探针并移走玻璃棒的所述固定装置7；

4)将镊子5连同支架放在样品台上，确保镊子5上的所述微杆6正对所述无针尖悬臂11上胶水液滴的下方，向下移动所述无针尖悬臂11，使所述无针尖悬臂11与所述微杆6通过胶水的作用紧密贴合在一起；

5)确保所述无针尖悬臂11与所述微杆6已经紧密贴合后，用紫外光照射，使其固化。照射一段时间之后，将紫外光光源撤去，此时所述微杆6和所述无针尖悬臂11已经紧密地粘附在一起，退回所述无针尖悬臂11，所述微杆6与镊子5分离，此时，便得到了原子力显微镜长臂探针。

实施例1

如图1-4所示一种原子力显微镜长臂探针的制备方法，包括下列步骤：

第一阶段：微杆的固定

1)制作微杆，本次制作的是直径为5微米的玻璃材质微杆。使用微电极拉丝仪，将直径为1毫米玻璃棒，拉制成直径为5微米的细丝状微杆；

2)拉制成功后，将玻璃棒从中部剪断，分成A、B两部分；

3)用洁净的镊子夹取A部分上的微杆(长度为30微米)，并利用镊子与微杆间的静电粘附作用将微杆垂直固定在镊子末端；

4)把截取好微杆后的镊子放在事先备好的支架上，待用；

第二阶段：微胶滴的准备

5)取一定量的紫外固化胶，滴在洁净的玻璃片上；

6)利用B部分玻璃棒上的微杆蘸取载玻片上的紫外固化胶，借助表面张力效应在微杆末端形成微米级的紫外固化胶液滴，待用；

7)蘸取过后，将玻璃棒固定在专用的固定装置上，并将固定装置放在原子力显微镜的样品台，正对探针夹下方的位置。

第三阶段：探针的制作

8)用纯净的氮气将原子力显微镜夹持探针的探针夹上的灰尘吹净。将用于制备长臂探针的无针尖悬臂从盒子里面用干净的镊子取出，固定在原子力显微镜探针夹的相应位置上。待探针固定稳固之后，取下原子力显微镜的扫描头，将固定好探针的探针夹紧固在原子力显微镜的扫描头上。调整激光，使其对准悬臂(选用弹性系数k＝0.35N/m的悬臂)。

9)安装探针，运行AFM(contact in air模式)，移动玻璃棒的固定装置，确保紫外固化胶液滴在悬臂前端的下方。

10)将探针夹上的悬臂靠近胶水液滴，使胶水液滴与悬臂紧密贴合。当胶水液滴完全吸附在悬臂上时，退回探针并移走玻璃棒的固定装置。

11)将镊子连同支架放在样品台上，确保镊子上的微杆正对悬臂上胶水液滴的下方，向下移动悬臂，使悬臂与微杆通过胶水的作用紧密贴合在一起。

12)确保悬臂与微杆已经紧密贴合后，用紫外光照射，使其固化。照射15分钟之后，将紫外光光源撤去，此时微杆和悬臂已经紧密地粘附在一起，退回悬臂，微杆与镊子分离，此时，便得到了原子力显微镜长臂探针。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种原子力显微镜长臂探针的制备方法，其特征在于该制备方法步骤包括：

步骤S1：微杆的固定；

步骤S2：微胶滴的准备；

步骤S3：探针的制作；

所述步骤S1：微杆的固定包括：

1)制作微杆，使用微电极拉丝仪，将玻璃棒拉制成细丝状的微杆；

2)拉制成功后，将所述玻璃棒从中部剪断，分成玻璃棒A和玻璃棒B两部分；

3)用洁净的镊子夹取所述玻璃棒A部分上的微杆，并利用镊子与所述微杆间的静电粘附作用将所述微杆垂直固定在镊子末端；

4)把截取好所述微杆后的镊子放在事先备好的支架上，待用；

所述步骤S2：微胶滴的准备包括：

1)取一定量的紫外固化胶，滴在洁净的玻璃片上；

2)利用所述玻璃棒B上的微杆蘸取载玻片上的紫外固化胶，借助表面张力效应在微杆末端形成微米级的紫外固化胶液滴，待用；

3)蘸取过后，将所述玻璃棒B固定在专用的固定装置上，并将所述固定装置放在原子力显微镜的样品台，正对原子力显微镜的探针夹下方的位置；

所述步骤S3：探针的制作包括：

1)用纯净的氮气将原子力显微镜夹持探针的探针夹上的灰尘吹净，将用于制备长臂探针的无针尖悬臂从盒子里面用干净的镊子取出，固定在所述探针夹的相应位置上，待探针固定稳固之后，取下原子力显微镜的扫描头，将固定好探针的所述探针夹紧固在原子力显微镜的扫描头上，调整激光，使其对准无针尖悬臂；

2)安装探针，运行原子力显微镜的contactin air模式，移动玻璃棒的所述固定装置，确保紫外固化胶液滴在所述无针尖悬臂前端的下方；

3)将所述探针夹上的所述无针尖悬臂靠近胶水液滴，使胶水液滴与所述无针尖悬臂紧密贴合，当胶水液滴完全吸附在所述无针尖悬臂上时，退回探针并移走玻璃棒的所述固定装置；

4)将镊子连同支架放在样品台上，确保镊子上的微杆正对所述无针尖悬臂上胶水液滴的下方，向下移动所述无针尖悬臂，使所述无针尖悬臂与所述微杆通过胶水的作用紧密贴合在一起；

5)确保所述无针尖悬臂与所述微杆已经紧密贴合后，用紫外光照射，使其固化，照射一段时间之后，将紫外光光源撤去，此时所述微杆和所述无针尖悬臂已经紧密地粘附在一起，退回所述无针尖悬臂，所述微杆与所述镊子分离，此时，便得到了原子力显微镜长臂探针。

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