CN204028107U - 一种可控大长径比纳米探针的制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可控大长径比纳米探针的制备装置，通过设置腐蚀稳压电路、腐蚀电压切断电路、探针浸没判断电路，与单片机配合实现对腐蚀过程中的腐蚀电压、探针浸没深度、探针提升速度等重要参数的精确控制，能够制备大长径比、可控长径比、耐磨损、可回收、成本低的纳米探针。本实用新型还提供一种可控大长径比纳米探针的制备方法，采用探针浸入指定深度后不再停留腐蚀，而是一直不断提起探针，从而形成针尖长、针尖曲率半径平滑变化、长径比大的新型纳米探针，具有不易磨损、可回收再利用、使用成本低等显著优点，并通过对腐蚀电压、探针浸没深度、提起速度等参数的自动控制，提高纳米探针的精度和质量，并且制备方法操作简单可靠。

Description

一种可控大长径比纳米探针的制备装置

技术领域

本实用新型涉及一种纳米探针的制备装置，特别涉及一种可控大长径比纳米探针的制备装置，属于纳米技术领域。 

背景技术

目前，纳米科技发展迅速，并对当前科技研究、社会生产、日常生活产生巨大影响。纳米探针被广泛应用于纳米科技领域，例如扫描隧道显微镜、半导体测量仪、纳米操作臂等。现有技术常用的纳米探针制备方法包括超真空离子场显微镜、研磨、剪切、场致(静电)发射、电化学腐蚀等。其中，电化学腐蚀法以其制备重复性好、价格低廉、结构简单的特点而获得越来越多的青睐。 

实用新型专利申请：“一种金属钨纳米探针的制备方法及其应用”，申请公布号：CN102721832A，申请公布日：2012.10.10，公开了一种纳米探针的制备方法，利用单片机步进马达轴向位移系统实现腐蚀过程中钨丝的自动提起，通过控制浸入深度、提起速度和时间可以制备出钨纳米探针，将制得的探针用于Kleindiek Nanotechnik公司生产MM3A纳米微操纵系统，对碳纳米管进行了全新的纳米级位移、定位及控制测量。 

但是，上述实用新型专利申请公开的电化学腐蚀制备纳米探针方法存在明显的缺陷或不足： 

一是制备方法采用先将探针浸入腐蚀液后，先提起后静止在腐蚀液中进行腐蚀，因而制备的纳米探针长径比很小(文件指出长径比为3.7)且针尖很短，这种纳米探针在实际应用中，尤其是作为纳米操作臂时探针极易磨损，并且磨损后即废弃，无法回收再利用，使用成本较高。 

二是虽然上述申请也给出了腐蚀电压、探针提起速度、提起时间等制 备参数的限定，但并未揭示上述参数与探针的长径比的定量关系，所选数值范围仅凭经验选取，因而不能通过上述制备参数的调节，实现对纳米探针长径比的控制，也即是制备的纳米探针的长径比是非可控的。 

三是探针静止在腐蚀液中腐蚀纳米探针的曲率变化不能保持平缓、连续，影响探针的平滑外形。 

四是设置由电压比较器等元件组成的比较控制电路，虽然也能实现腐蚀电压的自动切断，但无法进一步同时控制改变切断腐蚀电压后的探针提起速度，不利于探针针尖的形态优化。 

五是虽然也给出了探针浸入深度的控制参数，但是单片机仅能控制步进电机的位移距离，不能精确定位探针到达腐蚀液面的位置(即深度计算的起点)，因而影响控制浸入深度的精度，进一步影响探针的长径比和形态。 

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型的第一个技术目的旨在提供一种可控大长径比纳米探针的制备装置，通过设置腐蚀稳压电路、腐蚀电压切断电路、探针浸没判断电路等控制电路，与单片机配合实现对腐蚀过程中的腐蚀电压、探针浸没深度、探针提升速度等重要参数的精确控制，能够制备大长径比、可控长径比、耐磨损、可回收、成本低的纳米探针，满足制备不同纳米探针的需要。 

本实用新型的第二个技术目的旨在提供一种可控大长径比纳米探针的制备方法，采用探针浸入、提起后不再静止腐蚀，而是浸入后一直不断提起探针，从而形成针尖长、针尖曲率半径平滑变化、长径比大的新型纳米探针，具有不易磨损、可回收再利用、使用成本低等显著优点，并通过对腐蚀电压、探针浸没深度、提起速度等参数的自动控制，提高纳米探针的精度和质量，并且制备方法操作简单可靠。 

本实用新型为实现技术目的采用的技术方案为： 

一种可控大长径比纳米探针的制备装置，所述装置包括机械位移装置、控制机和控制电路，所述机械位移装置固定纳米探针并带动纳米探针上下移动，所述控制机包括上位机和单片机，所述单片机与机械位移装置相连并控制机械位移装置移动，所述控制电路包括与单片机相连接的腐蚀电压稳压电路、腐蚀电压切断电路和探针浸没判断电路，所述腐蚀电压切断电路包括依次串联的采样电阻、电压跟随器、比例运算电路和电压比较器，所述采样电阻与腐蚀电路相连，用于采集腐蚀电路电流值并将其转换为电压值，所述电压跟随器用于跟随转换得到判断电压，所述比例运算电路用于将判断电压信号放大，所述电压比较器输出端与单片机的IO口相连，所述电压比较器用于将判断电压与阈值电压进行比较，当判断电压低于阈值电压时，电压比较器输出端由低电平变为高电平，并将电平转变信号传送至单片机，所述腐蚀电压稳压电路接收单片机发出的腐蚀电压信号指令，并按照指令输出预设的腐蚀电压并保持腐蚀电压恒定，所述探针浸没判断电路检测探针是否浸入腐蚀液面，并将探针浸入信号信号发送至单片机。 

一种可控大长径比纳米探针的制备装置，所述腐蚀电压稳压电路包括串联的稳压器和数字变阻器，所述数字变阻器的输入端与单片机的输出端相连，所述数字变阻器接收单片机发出的指令并改变自身电阻值，使稳压器输出预设的腐蚀电压并保持腐蚀电压恒定。 

一种可控大长径比纳米探针的制备装置，所述探针浸没判断电路包括三极管，所述三极管的基极与腐蚀电路相连，集电极与单片机的输入端相连，所述三极管在探针浸入腐蚀液时导通并向单片机发送探针浸入信号。 

一种可控大长径比纳米探针的制备装置，所述机械位移装置包括三相异步电动机驱动器、三相异步电动机、挠性联轴器、轴承、滚珠丝杠、固定螺母、柔性铰链、支架、移动工作板和探针夹具，所述三相异步电动机驱动器的输入端连接单片机，输出端连接三相异步电动机，所述三相异步电动机的主轴通过挠性联轴器与滚珠丝杠的固定端固定连接，所述滚珠丝 杠通过轴承固定在支架上，所述滚珠丝杠上固定有螺母，所述移动工作板通过柔性铰链与螺母固定连接，所述移动工作板上固定连接探针夹具。 

一种可控大长径比纳米探针的制备装置，所述轴承包括分别位于滚珠丝杠的上端、下端的上轴承和下轴承，所述上轴承为固定式轴承，所述下轴承为游动式轴承。 

一种可控大长径比纳米探针的制备装置，所述探针夹具包括排针和排母，所述排针固定在移动工作板上，探针安装在排母上。 

本实用新型还公开了一种制备可控大长径比纳米探针的方法，包括以下步骤： 

1)安装探针并对探针进行清洗处理； 

2)上位机输入预设的粗腐蚀电压、精腐蚀电压、探针浸没深度、探针浸没提起速度、探针脱离提起速度； 

3)单片机控制机械位移装置正转并带动探针下降，当探针接触腐蚀液瞬间，探针浸没判断电路检测到探针浸入腐蚀液并向单片机发出探针浸入信号，单片机控制腐蚀电压稳压电路输出粗腐蚀电压，探针开始粗腐蚀； 

4)探针浸入腐蚀液后，单片机控制机械位移装置继续下移，直到探针到达预设的浸没深度，然后单片机控制机械位移装置反向上升，带动探针按照预设的探针浸没提起速度向上提起探针； 

5)探针开始腐蚀时，腐蚀电压切断电路的采样电阻开始采集腐蚀电路的电流信号并将其转换为电压值，经过电压跟随器跟随放大后得到判断电压，再经比例运算电路放大后输出至电压比较器，电压比较器将判断电压与预设的阈值电压进行比较，当判断电压低于阈值电压时，电压比较器输出端由低电平变为高电平，单片机检测到此信号变化后切立即断腐蚀电压，腐蚀过程停止，同时单片机控制机械位移装置按照探针脱离提起速度向上提起探针，直到到达探针初始位置时停止； 

6)单片机再次控制机械位移装置正转并带动探针下降，当探针接触腐 蚀液瞬间，探针浸没判断电路检测到探针浸入腐蚀液并向并向单片机发出探针浸入信号，单片机控制腐蚀电压稳压电路输出预设的精腐蚀电压，探针开始精腐蚀； 

7)重复步骤4)-5)，完成探针制备。 

一种制备可控大长径比纳米探针的方法，所述上位机设有参数计算系统，所述参数计算系统可根据腐蚀电压、探针浸没深度和探针浸没提起速度中的任意两个值计算确定第三个值。 

一种制备可控大长径比纳米探针的方法，所述参数计算系统的计算步骤包括首先根据腐蚀电压和腐蚀速度的正比关系确定腐蚀时间，然后根据长径比和探针直径确定探针浸没深度，再根据腐蚀时间和探针浸没深度确定探针浸没提起速度。 

一种制备可控大长径比纳米探针的方法，所述粗腐蚀电压为5～12V直流电，所述精腐蚀电压为2～5V直流电。 

一种制备可控大长径比纳米探针的方法，所述探针浸没深度为1～10cm，所述探针浸没提起速度为0.01～10mm/min。 

一种制备可控大长径比纳米探针的方法，所述探针脱离提起速度大于100mm/min。 

一种制备可控大长径比纳米探针的方法，所述腐蚀电压切断电路的反应时间小于100μs。 

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为： 

1、探针浸入腐蚀液后就不停地缓慢提起探针，不再让探针在腐蚀液中静止腐蚀，从而形成具有较长的针尖段、针尖曲率半径平滑变化并且长径比大的新型纳米探针。现有技术的探针的长径比一般不超过10，对比文献中的探针长径比为3.7，而本实用新型制备的探针的长径比可以达到40-400，并且针尖段平滑、针尖长，平滑的针尖耐磨损，并且由于直径变化缓慢，在最尖端磨损后仍然可以继续使用，更重要的是，较大的长径比使得即使 尖端磨损之后，还可以回收进行精腐蚀，获得小曲率半径的探针再使用，显著降低了使用成本。 

2、根据探针的长径比要求确定探针的腐蚀深度，并进一步根据腐蚀深度与提起速度、腐蚀电压之间的闭环关系，精确计算确定提起速度、腐蚀电压，并通过腐蚀电压、提起速度的精准控制，得到具有需要长径比的纳米探针，实现探针长径比的精确可控性。 

3、通过设置腐蚀电压稳压电路，保证腐蚀过程中腐蚀电压保持恒定，实验证明本实用新型制备纳米探针装置在腐蚀过程中的腐蚀电压变化缓慢并且差值范围在0.1V之内，腐蚀电压非常恒定，因而制得的探针曲率恒定、形态标准。 

4、设置腐蚀电压切断电路，单片机接收电压变化信号，判断并控制切断腐蚀电压，在切断腐蚀电压的同时控制三相异步电动机加速提起探针脱离腐蚀液，有利于形成更优的针尖形态。 

5、设置探针浸没判断电路，在探针在接触腐蚀液的瞬间，导通三极管并触发电平变化，单片机检测到电平变化信号，确定探针起点位置，控制探针浸没至腐蚀液内预定深度，从而达到精确控制探针浸没深度的目的。 

6、采用腐蚀电压5-12V直流电进行粗腐蚀，2-5V直流电进行精腐蚀，腐蚀电压特别是精腐蚀电压较低，探针脱离腐蚀液面时不易钝化，避免曲率半径达不到要求。 

7、探针成形脱离腐蚀液后的脱离提起速度较高，一般为通过实验获得的探针最大上升速度，探针针尖不易被钝化，有利于得到较小曲率半径的探针。 

8、采用由三向异步电机、滚珠丝杠、挠性联轴器、连接轴承等结构组成的微位移装置，连接可靠、位移精准、使用方便。 

9、本实用新型提供的纳米探针制备装置，通过上位机、单片机以及自动控制电路的设置，实现了探针制备过程的全自动控制，操作方便、控制 精准、自动化程度高。 

附图说明

图1为本实用新型的可控大长径比纳米探针的制备装置的结构示意图。 

图2是本实用新型的可控大长径比纳米探针的制备装置的探针浸没判断电路和腐蚀电压切断电路的电路图。 

图3是本实用新型的可控大长径比纳米探针制备装置的腐蚀电压稳压电路的电路图。 

图4是本实用新型的可控大长径比纳米探针制备装置的腐蚀电压稳压电路图。 

图5是现有技术制备的纳米探针的结构示意图。 

图6是本实用新型制备的纳米探针的结构示意图。 

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中： 

1-机械位移装置，11-三相异步电动机驱动器，12-三相异步电动机，13-挠性联轴器，14-轴承，15-滚珠丝杠，16-螺母，17-柔性铰链，18-支架，19--移动工作板，20-探针夹具，2-控制机，21-上位机，22-单片机，3-腐蚀电压稳压电路，31-稳压器，32-数字变阻器，4-腐蚀电压切断电路，41-采样电阻，42-电压跟随器，43-比例运算电路，44-电压比较器，5-探针浸没电路，51-三极管。 

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 

参见图1，本实用新型提供的可控大长径比纳米探针的制备装置，包括机械位移装置1、控制机2和控制电路。其中，机械位移装置1固定纳米探针并带动纳米探针上下移动，控制机包括上位机21和单片机22，单片机 22与机械位移装置1相连并控制机械位移装置移动。控制电路包括与单片机22相连接的腐蚀电压稳压电路3、腐蚀电压切断电路4和探针浸没判断电路5，其中：腐蚀电压稳压电路3用于接收单片机22发出的腐蚀电压信号指令，并按照指令输出预设的腐蚀电压并保持腐蚀电压恒定；探针浸没判断电路5用于检测探针浸入、脱离腐蚀液面，并将探针浸入信号、探针脱离信号发送至单片机22。腐蚀电压切断电路4包括依次串联的采样电阻41、电压跟随器42、比例运算电路43和电压比较器44。其中，采样电阻41用于采集腐蚀电路电流值并将其转换为电压值，电压跟随器42用于跟随转换得到判断电压，比例运算电路43用于将判断电压信号放大，电压比较器44输出端与单片机22的IO口相连，电压比较器44用于将判断电压与阈值电压进行比较，当判断电压低于阈值电压时，电压比较器44输出端由低电平变为高电平，并将电平转变信号传送至单片机22。 

腐蚀开始时，腐蚀电压切断电路4开始采集腐蚀电路的电流信号，得到腐蚀电路电流在采样电阻上的电压，即判断电压。当探针即将脱离液面、腐蚀过程即将完成时，整个腐蚀电路的电阻急剧增大，导致腐蚀电流和判断电压也急剧减小，判断电压迅速减小至低于阈值电压，电压比较器44的输出端由低电平变为高电平，单片机22检测到此信号变化后切立即断腐蚀电压，腐蚀过程停止。同时单片机22控制机械位移装置1按照探针脱离速度加速向上提起探针脱离腐蚀液。通过腐蚀切断电路4的设置，能够精确控制腐蚀过程的停止，并在停止的同时快速提起探针，有利于形成更好的探针针尖形态。 

本实用新型提供的可控大长径比纳米探针的制备装置，腐蚀电压稳压电路3包括串联的稳压器31和数字变阻器32，稳压器31优选开关型集成稳压器，数字变阻器32的输入端与单片机22的输出端相连，数字变阻器32接收单片机22发出的指令并改变自身电阻值，使稳压器31输出预设的腐蚀电压并保持腐蚀电压恒定。单片机22指令来自上位机21得到预设的 腐蚀电压值经计算得到数字变阻器32的阻值。 

本实用新型提供的可控大长径比纳米探针的制备装置，探针浸没判断电路5包括三极管51，三极管51的基极与腐蚀电路相连，集电极与单片机22的输入端相连。三极管51在探针浸入腐蚀液时导通并向单片机22发送探针浸入信号。使用时，探针在接触腐蚀液的瞬间，三极管51的基极有电流通过，三极管51导通，P2.2口由原来的高电平状态转为低电平状态，单片机22检测到电平的变化后，以探针此处位置为基点，控制机械位移装置1使探针向腐蚀液内再移动相应距离，从而达到精确控制探针浸没深度的目的。 

本实用新型提供的可控大长径比纳米探针的制备装置，机械位移装置1包括三相异步电动机驱动器11、三相异步电动机12、挠性联轴器13、轴承14、滚珠丝杠15、固定螺母16、柔性铰链17、支架18、移动工作板19和探针夹具20。其中，三相异步电动机驱动器11的输入端连接单片机22，输出端连接三相异步电动机12，三相异步电动机驱动器用于接收单片机22发出的指令，并按照指令驱动三相异步电动机12运转。三相异步电动机12的主轴通过挠性联轴器13与滚珠丝杠15的固定端固定连接，滚珠丝杠15通过轴承14固定在支架18上。滚珠丝杠15上固定有螺母16，移动工作板19通过柔性铰链17与螺母16固定连接，移动工作板19上固定连接探针夹具20。使用时，在单片机22的指令下，三相异步电动机驱动器11控制三相异步电动机12转动，三相异步电动机12通过挠性联轴器13带动滚珠丝杠15转动，与滚珠丝杠15咬合的螺母16沿滚珠丝杠轴向直线运动，并带动移动工作板19、探针夹具20以及探针沿滚珠丝杠轴向作直线运动。 

本实用新型提供的可控大长径比纳米探针的制备装置，优选地将机械位移装置的轴承14设为上轴承和下轴承，分别位于滚珠丝杠15的上端和下端，优选地设置上轴承为固定式轴承，下轴承为游动式轴承。 

本实用新型提供的可控大长径比纳米探针的制备装置，探针夹具20采用排针和排母结构，排针固定在移动工作板19上，探针安装在排母上。采 用排针排母结构安装固定探针，既可以实现导电连接又方便装拆，并由于探针在腐蚀过程中受到的作用力非常小，此种连接也足够牢固稳定，可靠实现探针在竖直方向上的往返直线运动。 

本实用新型提供的一种可控大长径比纳米探针的制备方法，包括以下步骤： 

1)安装探针，对探针进行清洗处理，清洗处理优选超声振荡清洗； 

2)上位机21输入预设的粗腐蚀电压、精腐蚀电压、探针浸没深度、探针浸没提起速度、探针脱离提起速度； 

3)单片机22控制机械位移装置1正转并带动探针下降，当探针接触腐蚀液瞬间，探针浸没判断电路5检测到探针浸入腐蚀液并向单片机22发出探针浸入信号，单片机22控制腐蚀电压稳压电路3输出粗腐蚀电压，探针开始粗腐蚀； 

4)当探针浸入腐蚀液后，单片机22控制机械位移装置1继续下移，直到探针到达预设的浸没深度，然后单片机22控制机械位移装置1反转，带动探针按照预设的探针浸没提起速度向上提起探针； 

5)探针开始腐蚀时，腐蚀电压切断电路4的采样电阻41开始采集腐蚀电路的电流信号并将其转换为电压值，经过电压跟随器42跟随放大后得到判断电压，再经比例运算电路43放大后输出至电压比较器44，电压比较器44将判断电压与预设的阈值电压进行比较，当判断电压低于阈值电压时，电压比较器输出端由低电平变为高电平，单片机22检测到此信号变化后切立即断腐蚀电压，腐蚀过程停止，同时单片机22控制机械位移装置1按照探针脱离提起速度向上提起探针，直到到达探针初始位置时停止，探针初始位置一般位于液面以上5cm左右； 

6)单片机22再次控制机械位移装置1正转并带动探针下降，当探针接触腐蚀液瞬间，探针浸没判断电路5检测到探针浸入腐蚀液并向单片机22发出探针浸入信号，单片机22控制腐蚀电压稳压电路3输出预设的精腐 蚀电压，探针开始精腐蚀； 

7)重复步骤4)-5)，完成探针制备。 

本实用新型提供的可控大长径比纳米探针的制备方法，粗腐蚀电压优选范围为5～12V直流电，精腐蚀电压优选范围为2～5V直流电。由电化学动力学理论可知，腐蚀电压越大，腐蚀速率越高，腐蚀所用时间越短，但是腐蚀电压过大时，探针在脱离腐蚀液面时容易钝化，针尖曲率半径达不到要求。因此，本实用新型采用粗、精两次腐蚀的方法，腐蚀电压特别是精腐蚀电压较小，探针脱离腐蚀液面时不易钝化，使探针针尖曲率半径达到要求。 

本实用新型提供的可控大长径比纳米探针的制备方法，可根据腐蚀电压、浸入深度和腐蚀上升速度(即探针浸没提起速度)之间的定量关系，确定满足探针长径比要求的相关制备参数，实现制备纳米探针长径比的精确可控性。 

由电化学动力学理论可知，在腐蚀液浓度一定的情况下，腐蚀电压与探针腐蚀速率成正比，所以对于直径一定的探针，所需要的腐蚀时间与腐蚀电压也成正比，此正比数值关系可以由实验具体得到，因而可以根据腐蚀电压确定腐蚀时间。由长径比定义可知，长径比等于探针浸没深度除以探针直径，因此可以由探针直径和长径比确定探针浸没深度，再根据确定的腐蚀时间，进一步确定探针浸没提起速度。本实用新型提供的可控长径比纳米探针的制备方法，可以采用输入腐蚀电压、腐蚀深度和探针浸没提起速度中的任意两个值，通过前述定量关系计算确定另一个值。优选地，选择向上位机21输入腐蚀电压和腐蚀深度，计算确定探针浸没提起速度。 

本实用新型提供的可控大长径比纳米探针的制备方法，根据上述腐蚀电压、腐蚀时间、浸没深度和探针浸没提起速度之间的定量关系，以及确定的腐蚀电压、探针直径和长径比，优选地设置探针浸没深度范围为 1～10cm，进一步地根据腐蚀时间，可确定探针浸没提起速度优选范围0.01～10mm/min。 

本实用新型提供的可控大长径比纳米探针的制备方法，优选针设置探针脱离提起速度大于100mm/min。探针成形脱离腐蚀液后的上升速度即为脱离提起速度，脱离提起速度越快，探针针尖越不易被钝化，曲率半径就越小。探针脱离提起速度优选通过实验获得的探针最大上升速度100mm/min。探针脱离提起速度也可由用户自行设定，如无设定，控制机默认设定为探针最大上升速度。 

本实用新型提供的可控大长径比纳米探针的制备方法，优选地设置腐蚀电压切断电路4的反应时间小于100μs。腐蚀电压切断电路的反应时间越短，探针越不容易钝化，尖端曲率半径越小，反应时间主要由电压比较器44的反应时间、稳压器31的反应时间决定。 

本实用新型提供的可控大长径比纳米探针的制备方法，单片机22还设置有计时软件，所述步骤5)还包括当探针下降至预设的浸没深度时，腐蚀时间计时开始，当探针上升至脱离腐蚀液时，腐蚀时间计时停止。单片机22上设置计时软件，能够在探针腐蚀实验中记录腐蚀所用时间，以得到腐蚀所需时间与腐蚀电压的正比关系，以便在正式制备纳米探针时根据腐蚀电压确定腐蚀时间，并进一步确定浸没提起速度等重要参数。 

采用本实用新型的纳米探针制备装置与制备方法所制备的纳米探针与对比文献所制备探针的差别，参见图5和图6。图5为现有技术制备的纳米探针的结构示意图，探针具有明显的针尖段(针尖段与非针尖段的直径有较大差距)，针尖段长度很短，探针长径比很小(说明书指出探针的长径比为3.7)。图6为采用本实用新型的制备装置与制备方法制得的纳米探针，探针没有明显的针尖段(针尖段与非针尖段的直径没有陡然的变化)，针 尖的曲率变化平缓、连续，因而整个探针都可以作为针尖段，探针的长径比可达40-400，远远高于对比文献的3.7，并且变化范围大。对比文献的探针由于针尖短、长径比小，针尖非常容易磨损，并且针尖磨损之后即不可再使用。而本实用新型的探针针尖长，长径比大，可达40-400，这种探针在纳米操控时首先不易磨损，其次在最尖端磨损后由于其直径变化缓慢，可以继续使用，最后当磨损到不可使用时，可以回收进行精腐蚀而获得小半径的探针继续使用，显著降低探针的使用成本。 

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种可控大长径比纳米探针的制备装置，其特征在于：所述装置包括机械位移装置(1)、控制机(2)和控制电路，所述机械位移装置(1)固定纳米探针并带动纳米探针上下移动，所述控制机包括上位机(21)和单片机(22)，所述单片机(22)与机械位移装置(1)相连并控制机械位移装置(1)移动，所述控制电路包括与单片机(22)相连接的腐蚀电压稳压电路(3)、腐蚀电压切断电路(4)和探针浸没判断电路(5)；

所述腐蚀电压切断电路(4)包括依次串联的采样电阻(41)、电压跟随器(42)、比例运算电路(43)和电压比较器(44)，所述采样电阻(41)与腐蚀电路相连，用于采集腐蚀电路电流值并将其转换为电压值，所述电压跟随器(42)用于跟随转换得到判断电压，所述比例运算电路(43)用于将判断电压信号放大；所述电压比较器(44)输出端与单片机(22)的IO口相连，所述电压比较器(44)用于将判断电压与阈值电压进行比较，当判断电压低于阈值电压时，电压比较器(44)输出端由低电平变为高电平，并将电平转变信号传送至单片机(22)；

所述腐蚀电压稳压电路(3)接收单片机(22)发出的腐蚀电压信号指令，并按照指令输出预设的腐蚀电压并保持腐蚀电压恒定；

所述探针浸没判断电路(5)检测探针浸入腐蚀液面，并将探针浸入信号信号发送至单片机(22)。

2.根据权利要求1所述的一种可控大长径比纳米探针的制备装置，其特征在于：所述腐蚀电压稳压电路(3)包括串联的稳压器(31)和数字变阻器(32)，所述数字变阻器(32)的输入端与单片机(22)的输出端相连，所述数字变阻器(32)接收单片机(22)发出的指令并改变自身电阻值，使稳压器(31)输出预设的腐蚀电压并保持腐蚀电压恒定。

3.根据权利要求1所述的一种可控大长径比纳米探针的制备装置，其特征在于：所述探针浸没判断电路(5)包括三极管(51)，所述三极管(51)的基极与腐蚀电路相连，集电极与单片机(22)的输入端相连，所述三极管(51)在探针浸入腐蚀液时导通并向单片机(22)发送探针浸入信号。

4.根据权利要求1所述的一种可控大长径比纳米探针的制备装置，其特征在于：所述机械位移装置(1)包括三相异步电动机驱动器(11)、三相异步电动机(12)、挠性联轴器(13)、轴承(14)、滚珠丝杠(15)、固定螺母(16)、柔性铰链(17)、支架(18)、移动工作板(19)和探针夹具(20)，所述三相异步电动机驱动器(11)的输入端连接单片机(22)，输出端连接三相异步电动机(12)，所述三相异步电动机(12)的主轴通过挠性联轴器(13)与滚珠丝杠(15)的固定端固定连接，所述滚珠丝杠(15)通过轴承(14)固定在支架(18)上，所述滚珠丝杠(15)上固定有螺母(16)，所述移动工作板(19)通过柔性铰链(17)与螺母(16)固定连接，所述移动工作板(19)上固定连接探针夹具(20)。

5.根据权利要求4所述的一种可控大长径比纳米探针的制备装置，其特征在于：所述轴承(14)包括分别位于滚珠丝杠(15)的上端、下端的上轴承和下轴承，所述上轴承为固定式轴承，所述下轴承为游动式轴承。

6.根据权利要求4所述的一种可控大长径比纳米探针的制备装置，其特征在于：所述探针夹具(20)包括排针和排母，所述排针固定在移动工作板(19)上，探针安装在排母上。