CN1715988A - 微操作探针 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于显微镜的零部件范围的涉及适用于光学显微镜和电子显微镜下的微操作工作，同时向被观察体加载力、电、磁信号的一种微操作探针。在真空室外部的机械螺旋传动装置X/Y调节和Z调节轮通过密封圈和滑动杆密封连接，滑动杆通过密封圈和滑动腔密封连接，滑动腔通过密封圈和真空室连接；在滑动杆的前端头和串联连接的Z向压电陶瓷管、压电陶瓷管连接器、X/Y向压电陶瓷管及探针、探针连接器连接。本发明同时解决信号传输、真空密封、操作运动、机械稳定性问题。实现四自由度上对微小物体的操控，机械部分操作完全手动，精度达微米量级，通过调节加在压电陶瓷管上的电压实现纳米级操作。解决了纳米操控与信号施加的不协调的矛盾。
Description
技术领域
本发明属于显微镜的零部件范围，特别涉及适用于光学显微镜和电子显微镜下的微操作工作，同时向被观察体加载力、电、磁信号的一种微操作探针。
背景技术
利用电子显微镜可以观察到材料的表面形貌，其分辨率达到纳米级，在研究材料表面形貌的同时，关心纳米材料的力学性能、电学性能等，进行这些性能的测试是研究探索的目标。
在文献“压电与声光Vol24 No03”的“压电陶瓷管驱动三自由度微操作手的研究与应用”中报导，一般操控探针在大气下操作只有三个自由度；在CN1418761“面向生物医学工程的微操作机械人系统”和CN1409186“操作杆”中报导，用机械方法精度达到微米量级，操控范围可达毫米—厘米量级范围，或者在CN1562729“宏/微双重驱动的微小机器人移动平台”中报导，其操作精度达到纳米级，但只有两个自由度。在文献“Three-dimensional manipulation of carbonnanotubes under a scanning electron microscope Nanotechnology 10(1999)244-252”和“Measuring physical and mechanical properties of individualcarbon nanotubes by in situ TEM Physics and Chemistry of solids 61(2000)1025-1030”等中描述了操控装置全部放入样品真空腔中的电子显微镜下的压电陶瓷驱动装置，存在操作系统体积大、精度低、不能在真空中工作、电磁干扰大或振动大等，并且都不能在操作杆上施加多种信号，引起高倍显微操作困难等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种微操作探针，其特征在于：在真空室外部的机械螺旋传动装置X/Y调节3和Z调节轮4通过密封圈13、调节垫6和滑动杆2密封连接，滑动杆2通过密封圈11和滑动腔1密封连接，滑动腔1通过其大圆盘上的密封圈12直接和真空室连接；密封插头15通过密封圈16和Z调节轮4的端口封5密封连接；在滑动杆2的前端头和串联连接的Z向压电陶瓷管7、压电陶瓷管连接器10、X/Y向压电陶瓷管8及探针连接器9连接，探针14固定探针连接器9的中央孔内。
本发明的有益效果是1.本发明是通过机械装置与压电陶瓷管的连接，可在真空腔外部直接操控，实现真空内纳米精度、毫米量级范围的微操作装置，解决了背景技术中的适用单一性问题。2.本装置的机加工容易实现，只要把压电陶瓷与机械部分刚性绝缘粘接，就可实现纳米与微米两种操作功能；3.除可以定位外，还可以施加力、电信号，在显微镜的可视范围内，利用本发明可以实现四自由度上对材料或微小物体的操控，并可以施加电信号(电压、电流、电场等)，解决了纳米操控与信号施加的不协调的矛盾。
附图说明
图1为微操作探针的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种微操作探针。在图1所示的微操作探针的结构示意图中，在真空室外部的机械螺旋传动装置X/Y调节3和Z调节轮4通过密封圈13、调节垫6和滑动杆2密封连接，滑动杆2通过密封圈11和滑动腔1密封连接，滑动腔1通过其大圆盘上的密封圈12直接和真空室连接；密封插头15通过密封圈16和Z调节轮4的端口封5密封连接；在滑动杆2的前端头和串联连接的Z向压电陶瓷管7、压电陶瓷管连接器10、X/Y向压电陶瓷管8及探针连接器9连接，探针14固定探针连接器9的中央孔内。
本发明的工作原理是通过调节Z调节轮4使滑动杆2作Z向移动，同时调节X/Y调节3使滑动杆2作X、Y方向移动。滑动杆2通过滑动的密封圈11在滑动腔1内滑动，实现真空内外隔离。滑动杆2前端头固定有串联连接的Z向压电陶瓷管7、压电陶瓷管连接器10、X/Y向压电陶瓷管8及探针连接器9，在Z向压电陶瓷管7和X/Y向压电陶瓷管8上施加电压，产生微位移，实现陶瓷管前端探针14的三维移动。通过旋转滑动杆2实现探针14的四自由度运动。实现在高真空下的微米级机械操作，实现机械微米量级精度的四自由度(x，y，z，旋转)传动，并且由于滑动杆2前顶端的压电陶瓷管压电效应实现的位移，实现了纳米量级的微操作。因此本发明同时解决信号传输、真空密封、操作运动、机械稳定性问题。机械部分操作完全手动，精度达微米量级，通过调节加在压电陶瓷管上的电压实现纳米级操作。
Claims (1)
1.一种微操作探针，其特征在于：在真空室外部的机械螺旋传动装置X/Y调节(3)和Z调节轮(4)通过密封圈(13)、调节垫(6)和滑动杆(2)密封连接，滑动杆(2)通过密封圈(11)和滑动腔(1)密封连接，滑动腔(1)通过其大圆盘上的密封圈(12)直接和真空室连接；密封插头(15)通过密封圈(16)和Z调节轮(4)的端口封(5)密封连接；在滑动杆(2)的前端头和串联连接的Z向压电陶瓷管(7)、压电陶瓷管连接器(10)、X/Y向压电陶瓷管(8)及探针连接器(9)连接，探针(14)固定探针连接器(9)的中央孔内。
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