CN206710460U - 一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及原子力显微镜领域，一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜由湿度控制器连通原子力显微镜组成，所述湿度控制器主要包括气体入口、气体出口、管路三通、干气路流量调节器、湿气路流量调节器、超声喷雾器、气体混合室、温度及湿度感应器、隔离减震器及通气管路，所述原子力显微镜主要包括扫描腔、悬臂及针尖、控制电路、样品，所述湿气路流量调节器、干气路流量调节器与由计算机控制的马达连接且能够控制气体流速。本实用新型通过用超声喷雾器来产生水饱和气体，通入原子力显微镜扫描腔的气流更平稳，噪声小；气流的相对湿度和温度在气体混合室I和气体混合室II中分别测量，使得气体及样品表面的湿度及温度更容易控制且精度更高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种纳米结构的原子力显微镜领域，特别是一种用于湿度环境下样品材料表面性质研究的、稳定性好且低噪声的一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜。
背景技术
原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)是利用原子、分子间的相互作用力来观察物体表面微观形貌的仪器，其基本原理为：通过将一根纳米级尺度的探针固定在可灵敏操控的微米级弹性悬臂上，当针尖与样品非常接近时，针尖尖端的原子与样品表面原子之间的作用力会使所述微米级弹性悬臂弯曲，偏离原来的位置；同时，有一束激光照射到悬臂上，并反射到激光监测器中，弹性悬臂的弯曲导致了激光的偏向，由此得到光斑的偏移量，根据该偏移量以及其振动频率、作为反馈信号，经过特定的反馈系统输入计算机中，计算机能够以此来重建三维图像，从而获得样品表面的形貌及成分信息。
原子力显微镜可以用于不同湿度环境下样品表面的性质研究，例如，使用AFM以环境条件为自变量的方程来研究粘附、摩擦等类似的相互作用，展现出环境中相对湿度的变化而产生的区别。为了实施这种实验，样品和扫描探针都被置于一个独立的湿度可控的小型腔体内，其相对湿度可控，控制湿度常用的方法有两种：一种是饱和盐溶液法，但是，由于需要控制饱和溶液的动态挥发过程，实验中样品的温度会发生改变；一种是混合干湿气体法，虽然相对湿度可以从0到饱和连续改变，其常用的起泡设计会引入机械噪声，严重限制了纳米尺度的测量。因此，如何做到在为原子力显微镜的样品加湿的同时，不引入噪声以及不改变样品温度，是迫切需要解决的问题，所述一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜能解决这一问题。
实用新型内容
为了解决上述问题，所述一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜具有稳定性好和低噪声的技术特征，通过用超声喷雾器来产生水饱和气体的方法，改进了以前基于沸腾的方法。通过使用水喷雾作为潮湿气体源的连续流量混合增湿机，实验的同时改变样品的湿度，且保持温度不变，可以连续地数据采集，能够在实验过程中精确控制样品的湿度和温度。
本实用新型所采用的方案是：
所述一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜，由湿度控制器连通原子力显微镜组成，所述湿度控制器主要包括气体入口I、管路三通I、干气路流量调节器、湿气路流量调节器、气体入口II、气体出口II、由防溅挡板、超声单元、冷却器组成的超声喷雾器、管路三通II、气体混合室I、气体混合室II、气体出口I、温度及湿度感应器I、温度及湿度感应器II、气体入口III、气体出口III、隔离减震器I、隔离减震器II及通气管路，所述原子力显微镜主要包括扫描腔、悬臂及针尖、控制电路、样品，其中悬臂及针尖和样品位于所述扫描腔内、控制电路位于所述扫描腔外并通过电缆与悬臂及针尖、样品相连，所述气体入口II、湿气路流量调节器、管路三通I、干气路流量调节器、管路三通II、气体出口 II依次连通，所述气体入口I连通管路三通I，所述湿气路流量调节器、干气路流量调节器与由计算机控制的马达连接且能够控制气体流速，所述气体入口II和气体出口II均连通入所述超声喷雾器内；所述管路三通II、气体混合室I、气体入口III依次连通，且气体入口III通过隔离减震器I与所述扫描腔连接，所述温度及湿度感应器I连接于气体混合室I；所述气体出口I、气体混合室II、气体出口III依次连通，且气体出口III通过隔离减震器II与所述扫描腔连接，所述温度及湿度感应器II连接于气体混合室II。
所述扫描腔为密封腔并通过气体入口III和气体出口III连通所述湿度控制器。所述隔离减震器I、隔离减震器II包括弹簧减震、磁阻尼减震、气体减震等，能够使通过气路传到原子力显微镜扫描腔的机械噪声减小。所述冷却器主要包括一个导热槽和两个风扇，能够为超声单元降温，使湿气路气体在通入超声喷雾器前后温差更小，从而使样品温度更稳定。根据具体的研究需要，所述气体是氮气或氧气或氩气等，所述超声喷雾器中液体是水或乙醇或甲醇等。
湿度控制器的工作原理：干燥纯净的氮气流由所述气体入口I输入并通过所述管路三通I分成两路，分别进入干湿两个气路，湿气路中连接有超声喷雾器，超声喷雾器中装有液体，比如水，湿气路中气体通过气体入口II进入超声喷雾器，使湿路的气流被水湿润，接下来气体通过气体出口II通出，通出的气体通过管路三通II与干路的气流汇合，然后汇合的气流经过气体混合室I，所述温度及湿度感应器I能够测量气流的湿度和温度，再接下来此气流从气体入口III通入扫描腔，然后气体又从气体出口III通出并通入到气体混合室II，温度及湿度感应器II再次测量气体湿度和温度，最后，气体由气体出口I通出至大气环境。一旦开启超声单元，所述超声喷雾器腔体内会充满高密度的可见的水雾，防溅挡板能防止水溅入导气管的所述气体入口II、气体出口II；冷却器由一个导热槽和两个风扇组成并用于冷却工作中的超声单元。当开启超声单元，所述超声喷雾器腔体内会充满高密度的可见的水雾，防溅挡板能防止水溅入导气管的所述气体入口II和气体出口II，隔离减震器I和隔离减震器II 能够使通过气路传到原子力显微镜扫描腔的机械噪声减小。
本实用新型的有益效果是：
所述一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜通过用超声喷雾器来产生水饱和气体，相比起泡法具有的优势是：通入原子力显微镜扫描腔的气流更平稳，噪声小；气流的相对湿度和温度在气体混合室I和气体混合室II中分别测量，这样的双感应器设计使得气体的湿度及温度更容易控制，从而样品表面的湿度及温度更容易控制，且控制精度更高。
附图说明
下面结合本实用新型的图形进一步说明：
图1是本实用新型示意图。
图中，1.气体入口I，2.管路三通I，3.干气路流量调节器，4.湿气路流量调节器，5.气体入口II，6.气体出口II，7.防溅挡板，8.超声单元，9.冷却器，10.超声喷雾器， 11.管路三通II，12.气体混合室I，13.气体混合室II，14.气体出口I，15.温度及湿度感应器I，16.温度及湿度感应器II，17.扫描腔，18.悬臂及针尖，19.控制电路，20.样品， 21.气体入口III，22.气体出口III，23.隔离减震器I，24.隔离减震器II。
具体实施方式
如图1是本实用新型示意图，所述一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜，由湿度控制器连通原子力显微镜组成，所述湿度控制器主要包括气体入口I1、管路三通I2、干气路流量调节器3、湿气路流量调节器4、气体入口II5、气体出口II6、由防溅挡板7、超声单元8、冷却器9组成的超声喷雾器10、管路三通II11、气体混合室I12、气体混合室II13、气体出口I14、温度及湿度感应器I15、温度及湿度感应器II16、气体入口III 21、气体出口III22、隔离减震器I23、隔离减震器II24及通气管路，所述原子力显微镜主要包括扫描腔17、悬臂及针尖18、控制电路19、样品20，其中悬臂及针尖18和样品20位于所述扫描腔17内、控制电路19位于所述扫描腔17外并通过电缆与悬臂及针尖18、样品20 相连，所述气体入口II5、湿气路流量调节器4、管路三通I2、干气路流量调节器3、管路三通II11、气体出口II6依次连通，所述气体入口I1连通管路三通I2，所述湿气路流量调节器4、干气路流量调节器3与由计算机控制的马达连接且能够控制气体流速，所述气体入口 II5和气体出口II6均连通入所述超声喷雾器10内；所述管路三通II11、气体混合室I12、气体入口III21依次连通，且气体入口III21通过隔离减震器I23与所述扫描腔17连接，所述温度及湿度感应器I15连接于气体混合室I12；所述气体出口I14、气体混合室II13、气体出口III22依次连通，且气体出口III22通过隔离减震器II24与所述扫描腔17连接，所述温度及湿度感应器II16连接于气体混合室II13。
所述扫描腔17为密封腔并通过气体入口III21和气体出口III22连通所述湿度控制器。所述隔离减震器I23、隔离减震器II24包括弹簧减震、磁阻尼减震、气体减震等，能够使通过气路传到原子力显微镜扫描腔17的机械噪声减小。所述冷却器9主要包括一个导热槽和两个风扇，能够为超声单元8降温，使湿气路气体在通入超声喷雾器10前后温差更小，从而使样品温度更稳定。根据具体的研究需要，所述气体是氮气或氧气或氩气等，所述超声喷雾器 10中液体是水或乙醇或甲醇等。
湿度控制器的工作原理：干燥纯净的氮气流由所述气体入口I1输入并通过所述管路三通I2分成两路，分别进入干湿两个气路，湿气路中连接有超声喷雾器，超声喷雾器中装有液体，比如水，湿气路中气体通过气体入口II5进入超声喷雾器10，使湿路的气流被水湿润，接下来气体通过气体出口II6通出，通出的气体通过管路三通II11与干路的气流汇合，然后汇合的气流经过气体混合室I12，所述温度及湿度感应器I15能够测量气流的湿度和温度，再接下来此气流从气体入口III21通入扫描腔17，然后气体又从气体出口III22通出并通入到气体混合室II13，温度及湿度感应器II再次测量气体湿度和温度，最后，气体由气体出口I14通出至大气环境。当开启超声单元8，所述超声喷雾器10腔体内会充满高密度的可见的水雾，防溅挡板7能防止水溅入导气管的所述气体入口II5和气体出口II6。
Claims (6)
1.一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜，由湿度控制器连通原子力显微镜组成，所述湿度控制器主要包括气体入口I(1)、管路三通I(2)、干气路流量调节器(3)、湿气路流量调节器(4)、气体入口II(5)、气体出口II(6)、由防溅挡板(7)、超声单元(8)、冷却器(9)组成的超声喷雾器(10)、管路三通II(11)、气体混合室I(12)、气体混合室II(13)、气体出口I(14)、温度及湿度感应器I(15)、温度及湿度感应器II(16)、气体入口III(21)、气体出口III(22)、隔离减震器I(23)、隔离减震器II(24)及通气管路，所述原子力显微镜主要包括扫描腔(17)、悬臂及针尖(18)、控制电路(19)、样品(20)，其中悬臂及针尖(18)和样品(20)位于所述扫描腔(17)内、控制电路(19)位于所述扫描腔(17)外并通过电缆与悬臂及针尖(18)、样品(20)相连，其特征是：所述气体入口II(5)、湿气路流量调节器(4)、管路三通I(2)、干气路流量调节器(3)、管路三通II(11)、气体出口II(6)依次连通，所述气体入口I(1)连通管路三通I(2)，所述湿气路流量调节器(4)、干气路流量调节器(3)与由计算机控制的马达连接且能够控制气体流速，所述气体入口II(5)和气体出口II(6)均连通入所述超声喷雾器(10)内；所述管路三通II(11)、气体混合室I(12)、气体入口III(21)依次连通，且气体入口III(21)通过隔离减震器I(23)与所述扫描腔(17)连接，所述温度及湿度感应器I(15)连接于气体混合室I(12)；所述气体出口I(14)、气体混合室II(13)、气体出口III(22)依次连通，且气体出口III(22)通过隔离减震器II(24)与所述扫描腔(17)连接，所述温度及湿度感应器II(16)连接于气体混合室II(13)。
2.根据权利要求1所述的一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜，其特征是：所述扫描腔(17)为密封腔并通过气体入口III(21)和气体出口III(22)连通所述湿度控制器。
3.根据权利要求1所述的一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜，其特征是：所述隔离减震器I(23)、隔离减震器II(24)包括弹簧减震、磁阻尼减震、气体减震，能够使通过气路传到原子力显微镜扫描腔(17)的机械噪声减小。
4.根据权利要求1所述的一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜，其特征是：所述冷却器(9)主要包括一个导热槽和两个风扇，能够为超声单元(8)降温，使湿气路气体在通入超声喷雾器(10)前后温差更小，从而使样品温度更稳定。
5.根据权利要求1所述的一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜，其特征是：所述气体是氮气或氧气或氩气。
6.根据权利要求1所述的一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜，其特征是：所述超声喷雾器(10)中液体是水或乙醇或甲醇。
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| CN201720211685.3U CN206710460U (zh) | 2017-02-24 | 2017-02-24 | 一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜 |
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| CN201720211685.3U CN206710460U (zh) | 2017-02-24 | 2017-02-24 | 一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜 |
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| CN (1) | CN206710460U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106771374A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-05-31 | 金华职业技术学院 | 一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜 |
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2017
- 2017-02-24 CN CN201720211685.3U patent/CN206710460U/zh active Active
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| CN106771374A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-05-31 | 金华职业技术学院 | 一种低噪声的样品相对湿度连续可调的原子力显微镜 |
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