一种原子力显微镜探针的夹持工具

1.本发明涉及微波检测技术领域，特别是涉及原子力微波显微镜检测技术领域，具体为一种原子力显微镜探针的夹持工具。


背景技术：

2.20世纪80年代，ibm公司苏黎世研究中心的binning等人发明了第一台原子力显微镜，随着科学技术的发展和科研人员的不断改进与创新，原子力显微镜的功能得到了进一步提高。原子力显微镜的基本原理是将一个对微弱力极敏感的微悬臂探针一端固定在夹持装置上，另一端通过一微小的针尖与样品表面进行相互作用。利用光学检测法或隧道电流检测法，可测得微悬臂上针尖相对样品表面各点的位置变化，从而获得样品表面的形貌信息。在成像过程中，探针与被测样品间的距离保持在纳米量级。探针的几何尺寸为微米量级，工作模式可分为接触模式、非接触模式和敲击模式。接触模式是探针针尖始终与样品表面保持紧密的接触，而相互作用力是排斥力。扫描时，悬臂施加在针尖上的力有可能破坏试样的表面结构，因此力的大小范围在10
‑
10
～10
‑6n。非接触模式是悬臂在距离试样表面上方5～10nm的距离处振荡，样品与针尖之间的相互作用由范德华力控制，通常为10
‑
12n，样品不易被破坏。敲击模式是悬臂在试样表面上方以其共振频率振荡，针尖仅仅是周期性地短暂地接触/敲击样品表面。原子力显微镜在不同工作模式下，其检测探针的类型也不相同，因此如何快速有效地安装、更换微悬臂探针是急需解决的一个问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种原子力显微镜探针的夹持工具，结构简单，操作方便，能够将微波直接加载到探针上，减少了微波的损耗，从而可以提高了微波的传输效率，并且提高了微波传输的稳定性，降低了客观因素对实验数据的影响。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种原子力显微镜探针的夹持工具，可以用于微波检测领域，包括：探针定位块、主板、压片、转接头和压电陶瓷片。探针定位块顶面设置第二凹槽，即探针槽，用于探针的定位固定。主板顶面设置定位槽和竖直的螺丝孔，螺丝孔位于定位槽尾端后方，主板底面上设置有转接头放置腔，转接头放置腔和定位槽之间通过竖直的微波线腔连通，主板上还设置有第一凹槽，第一凹槽位于定位槽首端下方，且第一凹槽和定位槽连通，转接头放置腔通过竖直的电源线腔和第一凹槽连通；压片后半部分尾部设置有螺丝孔，压片与探针定位块、定位槽协同作用实现探针的夹持，压片底面上还设置有探针
‑
压片微波通道，转接头为块状结构，转接头上加工有微波加载端口、电源加载端口。
5.在使用探针夹持工具过程中，转接头固定在转接头放置腔，探针定位块固定在主板上定位槽的首端，压电陶瓷片固定在第一凹槽，压电陶瓷片用于起振探针，实现探针的探测作用，压电陶瓷片和探针定位块接触且位于探针定位块下方，确保将压电陶瓷片的振动能够传递到探针，探针定位块第二凹槽内放置探针，压片的前半部分首端将探针压住，压片
后半部分用螺丝固定在主板上，压片固定后位于定位槽内，电源和微波源通过转接头的电源加载端口、微波加载端口加载，电源线通过电源线腔直接连接到压电陶瓷片上，达到将振动传给探针的作用，微波线通过微波线腔与压片上探针
‑
压片微波通道与探针相接，达到微波给探针的加载的作用。本发明易于操作，能够实现高效稳定的微波加载；能够实现探针夹的快速装卸、探针的快速安装和固定，以及为探针探测提供所需的振动。
6.上述的一种原子力显微镜探针的夹持工具，探针定位块顶面为斜面，且从顶面首端斜向下倾斜，主板顶面为台阶面，上台阶面整体设置成斜面，上台阶面的倾斜度和探针定位块顶面倾斜度相同，定位槽位于上台阶面上，螺丝孔位于下台阶面上。探针在探针定位块中被夹持后，夹持工具顶面朝下使得探针与样品接触，由于探针定位块顶面为斜面，主板上台阶面为斜面，斜面与样品之间存在间隙，防止在探针工作过程中，夹持工具刮伤样品。
7.上述的一种原子力显微镜探针的夹持工具，压片后半部分斜向下倾斜且与前半部分呈一定角度，后半部分尾部设置一个螺丝孔。压片用螺丝固定后，由于后半部分斜向下倾斜且与前半部分呈一定角度，压片底面与定位槽底面存在一定间隙，不影响微波线的固定。
8.上述的一种原子力显微镜探针的夹持工具，螺丝孔包括弹簧孔、螺纹孔，弹簧孔在螺纹孔上方，弹簧孔直径大于螺纹孔直径，弹簧孔内弹簧下端抵在螺纹孔上方外沿。压片固定后，弹簧是处于压缩状态，在探针松卸时只需要拧动小位移让螺丝脱离螺纹孔，然后就可以借助弹簧恢复力将螺丝给压片的力撤掉，实现探针在松卸时压片的多种操作来满足探针的松卸需求。
9.上述的一种原子力显微镜探针的夹持工具，压片用铜材料制作，表面镀一层非金属，既保证压片的弹性，有防止微波的损耗，同时，在非金属底面再镀小区域金属，实现与探针的连接和作为微波的通道，即探针
‑
压片微波通道。
10.上述的一种原子力显微镜探针的夹持工具，压片前端底面采用弧状，可以达到更好的与探针接触的效果。
11.上述的一种原子力显微镜探针的夹持工具，压电陶瓷片用胶实现固定在第一凹槽内，探针定位块用胶固定在定位槽内。
12.上述的一种原子力显微镜探针的夹持工具，转接头一侧设置线路集中板，电源加载线和微波线由电源加载端口、微波加载端口引入后再集中到线路集中板上，由线路集中板将电源加载线和微波线引出到电源线腔和微波线腔，线路集中，达到更好的加载电源、微波源的效果。
13.本发明的有益效果是：首先，相比于普通的原子力显微镜探针夹持工具，本发明采用了操作简单的结构，降低了操作的复杂程度，对学习该设备的人员降低了门槛，同时降低了可能造成的实验成本。除此之外，结构简单，易于加工，进一步降低了采购成本。其次，在在原来的基础上增加了微波加载的结构，丰富了原子力显微镜的工作范围，可以进一步拓宽实验的探索深度。本结构，采用了将微波加载到探针的设计，有效降低了微波在传输过程中的损耗，以及辐射损耗。
附图说明
14.图1是本发明一种原子力显微镜探针的夹持工具示意图。
15.图2是本发明探针定位块示意图1。
16.图3是本发明探针定位块示意图2。
17.图4是本发明主板示意图1。
18.图5是本发明主板示意图2。
19.图6是本发明主板示意图3。
20.图7是压片示意图。
21.图8是本发明转接头示意图1。
22.图9是本发明转接头示意图2。
23.图10是本发明螺丝孔示意图。
24.附图中各部件的标记如下：1
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压片、2
‑
螺丝、3
‑
螺丝孔、3.1
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弹簧孔、3.2
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螺纹孔、4
‑
转接头、5
‑
压电陶瓷片、6
‑
探针定位块、7
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第二凹槽、8
‑
主板、9
‑
微波线腔、10
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电源线腔、11
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第一凹槽、12
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转接头放置腔、13
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微波加载端口、14
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电源加载端口、15
‑
探针
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压片微波通道。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
26.图1所示的是一种原子力显微镜探针的夹持工具结构图。
27.包括探针定位块6，探针定位块6夹持探针一面为斜面，并在该斜面设置一定深度的凹槽，称为第二凹槽7，即探针槽，用于探针的定位。
28.主板8，主板8顶面为台阶面，上台阶面整体设置成斜面，且设置一定深度的凹槽，称为定位槽，下台阶面上设置有竖直的螺丝孔3，主板8底面上设置有转接头放置腔12，转接头放置腔12和定位槽之间通过竖直的微波线腔9连通，主板8上还设置有第一凹槽11，第一凹槽11位于定位槽首端下方，且第一凹槽11和定位槽连通，转接头放置腔12通过竖直的电源线腔和第一凹槽11连通。
29.压片1，压片1前半部分前端底面呈弧状，前半部分底面上还设有探针
‑
压片微波通道15，后半部分斜向下倾斜且与前半部分呈7
°
角，后半部分尾部设置一个螺丝孔。
30.转接头4，转接头4为块状结构，转接头4上加工有微波加载端口13、电源加载端口14，固定在转接头放置腔12。
31.压电陶瓷片5，固定在第一凹槽11，并通过电源线腔10实现压电陶瓷片的电源加载。
32.图1所示的是一种原子力显微镜探针的夹持工具结构图。在探针夹持的过程中，先用镊子将探针放在探针定位块6的第二凹槽7，然后再用压片1将其压紧，同时通过压片尾部的螺丝2与螺丝孔3的配合将压片1紧紧的夹住探针，进一步的紧固以达到更好的夹持效果，此时弹簧孔3.1中的弹簧处于压缩状态；在探针松卸的过程中，先松动螺丝2，当螺丝2脱离螺纹孔3.2时，螺丝2会在弹簧的作用下更好的脱离压片1，这样就卸掉了螺丝2施加到压片1上的力，此时，只需要将压片1根据实际需要，进行左右旋转或者撤掉都可创造出用镊子夹离探针所需的空间。
33.图1所示的是一种原子力显微镜探针的夹持工具结构图。在使用探针夹持工具过程中，电源和微波源通过转接头4的电源加载端口14、微波加载端口13加载。电源线通过电
源线腔10直接连接到压电陶瓷片5上，达到将振动传给探针的作用。微波线通过微波线腔9与压片1上探针
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压片微波通道15相接，达到微波给探针的加载的作用。
34.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。