CN107045074B - 一种扫描隧道显微镜针尖制备装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及扫描隧道显微镜领域，尤其涉及一种扫描隧道显微镜针尖制备装置及其制备方法。包括探针塔、溶液槽、溶液塔和可测定行进距离的驱动部件，所述驱动部件与所述探针塔连接，所述溶液槽设置在所述探针塔下方，待腐蚀银丝一端固定设置在所述探针塔上，所述待腐蚀银丝另一端可解除插设在所述溶液塔内，所述探针塔内部设置有定值电阻，所述定值电阻与待腐蚀银丝连接，所述定值电阻并联设置有微控板。驱动部件驱动探针塔向溶液塔移动，微控板检测定值电阻的电压不等于0时，驱动部件停止行进，探针塔做往复伸缩，待腐蚀银丝进行腐蚀，微控板检测定值电阻的电压小于等于最小电压值时，溶液塔和探针塔停止工作，驱动部件退回，腐蚀结束。

Description

一种扫描隧道显微镜针尖制备装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及扫描隧道显微镜领域，尤其涉及一种扫描隧道显微镜针尖制备装置及其制备方法。

背景技术

目前，根据文献“Automated electrochemical etching and polishing ofsilver scanning tunneling microscope tips”以及文献“电化学液膜法腐蚀制备STM探针及其扫描应用”的记载，人工监控的同时，还需人工不断操作，针尖与液膜接触需要手动调节旋钮来移动显微镜载物台；往复运动的过程中，每次平移距离和在水平方向的合力由于手动操作，存在很大的误差，对针尖的形状有很大影响。腐蚀开始前需用滴管仔细修整液膜厚薄；腐蚀过程中若溶液膜破裂，则需要滴管再次向溶液环上滴加溶液，由于人工操作，所以每次滴加溶液的位置、角度、质量都存在不同的可能，这在整个腐蚀过程中增加了许多不可控的因素。若溶液环没有被及时添加溶液，那么金属丝尖端可能因暴露的在大气中而被污染，对接下来的腐蚀产生影响。另外，整个装置并未重复利用残余溶液，而是用脱脂棉吸收，这样会造成不必要的浪费。

实用新型内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种扫描隧道显微镜针尖制备装置，解决人工操作及监控影响针尖质量、工作效率低及腐蚀过程溶液浪费严重的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种扫描隧道显微镜针尖制备装置，包括探针塔、溶液槽、溶液塔和可测定行进距离的驱动部件，所述驱动部件与所述探针塔连接，所述溶液槽设置在所述探针塔下方，待腐蚀银丝一端固定设置在所述探针塔上，所述待腐蚀银丝另一端可解除插设在所述溶液塔内，所述探针塔内部设置有定值电阻，所述定值电阻与待腐蚀银丝连接，所述定值电阻并联设置有微控板。

进一步，所述驱动部件包括丝杆步进电机、旋转台和旋转安装座，所述丝杆步进电机固定设置在所述旋转台上，所述旋转台下部可旋转插设在所述旋转安装座上，所述旋转安装座上设置有电机启动开关，所述旋转台侧面与所述电机启动开关可解除式相抵，所述丝杆步进电机上设置有螺旋测微器。

进一步，所述探针塔包括解除传动部件、压电陶瓷和针尖连接部件，所述解除传动部件通过转子与所述驱动部件连接，所述针尖连接部件通过所述压电陶瓷与所述解除传动部件连接。

进一步，所述解除传动部件包括轴承和连接件，所述轴承套设在所述转子外侧，所述轴承内侧与所述转子固定连接，所述连接件套设在所述轴承外侧，所述连接件内侧与所述轴承外侧固定卡接，所述压电陶瓷与所述连接件固定连接。

进一步，所述针尖连接部件包括夹持部件和夹持部件固定件，所述夹持部件固定件一侧与所述压电陶瓷固定连接，所述夹持部件固定件另一侧与所述夹持部件可拆卸连接，所述待腐蚀银丝夹设在所述夹持部件内侧。

进一步，所述溶液塔包括基座、蠕动泵、导管和环形铂铱环，所述溶液塔卡设在所述基座上，所述环形铂铱环设置在所述基座的上部，所述蠕动泵外侧设置有导管通道，所述导管设置在所述导管通道内，所述导管一端与所述溶液槽连通，所述导管另一端设置在所述环形铂铱环位置处。

本发明提供一种扫描隧道显微镜针尖制备装置，包括探针塔、溶液槽、溶液塔和可测定行进距离的驱动部件，所述驱动部件与所述探针塔连接，所述溶液槽设置在所述探针塔下方，待腐蚀银丝一端固定设置在所述探针塔上，所述待腐蚀银丝另一端可解除插设在所述溶液塔内，所述探针塔内部设置有定值电阻，所述定值电阻与待腐蚀银丝连接，所述定值电阻并联设置有微控板。这样，驱动部件驱动探针塔向溶液塔移动，在待腐蚀银丝插入溶液一个微小深度时，回路导通，回路电流有比较大幅度的跃变，如果电流跃变是比较陡峭的，那么与待腐蚀银丝串联的定值电阻两端电压则会有明显的变化，那么就可以通过定值电阻两端电压的变化来判断银丝插入溶液的临界状态，微控板检测定值电阻的电压不等于0时，驱动部件停止行进，探针塔做往复伸缩，待腐蚀银丝进行腐蚀，微控板检测定值电阻的电压小于等于最小电压值时，溶液塔和探针塔停止工作，驱动部件退回至原位置，腐蚀结束。相对于现有技术而言具有的优点是：无需人工操作及监控，针尖质量得到有效保障、工作效率高及腐蚀过程溶液可重复利用，避免浪费，节约成本。

本发明还提供一种扫描隧道显微镜针尖制备装置制备针尖的方法，包括如下步骤：

S1：将待腐蚀银丝插入探针塔一端；

S2：驱动部件驱动探针塔向溶液塔移动；

S3：微控板检测定值电阻的电压是否等于0，电压等于0,重复步骤2；

S4：驱动部件停止行进，探针塔做往复伸缩，待腐蚀银丝进行腐蚀；

S5：微控板检测定值电阻的电压是否小于等于最小电压值，电压大于最小电压值,重复步骤4；

S6：溶液塔和探针塔停止工作，驱动部件退回至原位置，腐蚀结束。

这样，驱动部件驱动探针塔向溶液塔移动，在待腐蚀银丝插入溶液一个微小深度时，回路导通，回路电流有比较大幅度的跃变，如果电流跃变是比较陡峭的，那么与待腐蚀银丝串联的定值电阻两端电压则会有明显的变化，那么就可以通过定值电阻两端电压的变化来判断银丝插入溶液的临界状态，微控板检测定值电阻的电压不等于0时，驱动部件停止行进，探针塔做往复伸缩，待腐蚀银丝进行腐蚀，微控板检测定值电阻的电压小于等于最小电压值时，溶液塔和探针塔停止工作，驱动部件退回至原位置，腐蚀结束。

附图说明

图1为本发明一种扫描隧道显微镜针尖制备装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种扫描隧道显微镜针尖制备装置的局部结构示意图；

图3为本发明一种扫描隧道显微镜针尖制备装置的局部结构爆炸示意图；

图4为本发明一种扫描隧道显微镜针尖制备装置制备针尖的流程示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、丝杆步进电机，2、旋转台，3、旋转安装座，4、连接件，5、轴承，6、压电陶瓷，7、夹持部件固定件，8、夹持部件，9、基座，10、蠕动泵，11、环形铂铱环，12、溶液槽，13、底座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1-图4所示，本发明提供一种扫描隧道显微镜针尖制备装置，包括探针塔、溶液槽12、溶液塔和可测定行进距离的驱动部件，所述驱动部件与所述探针塔连接，所述溶液槽12设置在所述探针塔下方，待腐蚀银丝一端固定设置在所述探针塔上，所述待腐蚀银丝另一端可解除插设在所述溶液塔内，所述探针塔内部设置有定值电阻，所述定值电阻与待腐蚀银丝连接，所述定值电阻并联设置有微控板。这样，驱动部件驱动探针塔向溶液塔移动，在待腐蚀银丝插入溶液一个微小深度时，回路导通，回路电流有比较大幅度的跃变，如果电流跃变是比较陡峭的，那么与待腐蚀银丝串联的定值电阻两端电压则会有明显的变化，那么就可以通过定值电阻两端电压的变化来判断银丝插入溶液的临界状态，微控板检测定值电阻的电压不等于0时，驱动部件停止行进，探针塔做往复伸缩，待腐蚀银丝进行腐蚀，微控板检测定值电阻的电压小于等于最小电压值时，溶液塔和探针塔停止工作，驱动部件退回至原位置，腐蚀结束。

本发明的扫描隧道显微镜针尖制备装置，如图1-图4所示，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述驱动部件包括丝杆步进电机1、旋转台2和旋转安装座3，所述丝杆步进电机1固定设置在所述旋转台2上，所述旋转台2下部可旋转插设在所述旋转安装座3上，所述旋转安装座3上设置有电机启动开关，所述旋转台2侧面与所述电机启动开关可解除式相抵，所述丝杆步进电机1上设置有螺旋测微器。这样，旋转台2在旋转一个方向可以实现丝杆步进电机1角度变化，方便安装及拆卸待腐蚀银丝，当旋转台2旋回时，旋转台2侧面与所述电机启动开关相抵，实现电源连通，丝杆步进电机1带动待腐蚀银丝行进，在丝杆步进电机1上设置有螺旋测微器，可以测得丝杆步进电机1的行进距离，根据这些测得的参数，可以判断待腐蚀银丝插入溶液的临界点。进一步优选的技术方案是：所述探针塔包括解除传动部件、压电陶瓷6和针尖连接部件，所述解除传动部件通过转子与所述驱动部件连接，所述针尖连接部件通过所述压电陶瓷6与所述解除传动部件连接。这样，待腐蚀银丝固定安装在针尖连接部件上，当压电陶瓷6加上与自发极化相同的外电场时,相当于增强了极化强度。极化强度的增大使压电陶瓷6沿极化方向伸长；相反,如果加反向电场,则压电陶瓷6沿极化方向缩短，可以实现待腐蚀银丝的往复运动，解除传动部件使得压电陶瓷6以及针尖连接部件不会跟随丝杆步进电机1的转动而转动，进而实现丝杆步进电机1驱使解除传动部件、压电陶瓷6和针尖连接部件向前移动。进一步优选的技术方案是：所述解除传动部件包括轴承5和连接件4，所述轴承5套设在所述转子外侧，所述轴承5内侧与所述转子固定连接，所述连接件4套设在所述轴承5外侧，所述连接件4内侧与所述轴承5外侧固定卡接，所述压电陶瓷6与所述连接件4固定连接。这样，在转子转动时，轴承5内侧随之转动，外圈保持静止。

本发明的扫描隧道显微镜针尖制备装置，如图1-图4所示，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述针尖连接部件包括夹持部件8和夹持部件固定件7，所述夹持部件固定件7一侧与所述压电陶瓷6固定连接，所述夹持部件固定件7另一侧与所述夹持部件8可拆卸连接，所述待腐蚀银丝夹设在所述夹持部件8内侧。这样，夹持部件固定件7另一侧与夹持部件8可拆卸连接，待腐蚀银丝夹设在所述夹持部件8内侧，实现待腐蚀银丝的安装快捷方便，大大提高了工作效率。

本发明的扫描隧道显微镜针尖制备装置，如图1-图4所示，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述溶液塔包括基座9、蠕动泵10、导管和环形铂铱环11，所述溶液塔卡设在所述基座9上，所述环形铂铱环11设置在所述基座9的上部，所述蠕动泵10外侧设置有导管通道，所述导管设置在所述导管通道内，所述导管一端与所述溶液槽12连通，所述导管另一端设置在所述环形铂铱环11位置处。这样，工作时，蠕动泵10将溶液槽12内的溶液吸到环形铂铱丝位置处，由于待腐蚀银丝一端与所述环形铂铱丝位置处所形成的溶液膜可解除式插接，进而实现对待腐蚀银丝的电解腐蚀。

本发明的扫描隧道显微镜针尖制备装置，如图1-图4所示，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：还包括底座13，所述溶液槽12设置在所述底座13中部上方，所述驱动部件和所述溶液塔设置在所述溶液槽12两侧。这样，将溶液槽12、溶液塔和驱动部件固定设置在底座13上，使得各个部件之间的固定更加稳固，而且通过底座13可以调整驱动部件和溶液塔的安装位置，使得驱动部件和溶液塔精准对位，保证腐蚀质量。

如图1-图4所示，本发明还提供一种扫描隧道显微镜针尖制备装置制备针尖的方法，包括如下步骤：

S1：将待腐蚀银丝插入探针塔一端；

S2：驱动部件驱动探针塔向溶液塔移动；

S3：微控板检测定值电阻的电压是否等于0，电压等于0,重复步骤2；

S4：驱动部件停止行进，探针塔做往复伸缩，待腐蚀银丝进行腐蚀；

S5：微控板检测定值电阻的电压是否小于等于最小电压值，电压大于最小电压值,重复步骤4；

S6：溶液塔和探针塔停止工作，驱动部件退回至原位置，腐蚀结束。

这样，驱动部件驱动探针塔向溶液塔移动，在待腐蚀银丝插入溶液一个微小深度时，回路导通，回路电流有比较大幅度的跃变，如果电流跃变是比较陡峭的，那么与待腐蚀银丝串联的定值电阻两端电压则会有明显的变化，那么就可以通过定值电阻两端电压的变化来判断银丝插入溶液的临界状态，微控板检测定值电阻的电压不等于0时，驱动部件停止行进，探针塔做往复伸缩，待腐蚀银丝进行腐蚀，微控板检测定值电阻的电压小于等于最小电压值时，溶液塔和探针塔停止工作，驱动部件退回至原位置，腐蚀结束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种扫描隧道显微镜针尖制备装置，其特征在于：包括探针塔、溶液槽(12)、溶液塔和可测定行进距离的驱动部件，所述驱动部件与所述探针塔连接，所述溶液槽(12)设置在所述探针塔下方，待腐蚀银丝一端固定设置在所述探针塔上，所述待腐蚀银丝另一端可解除插设在所述溶液塔内，所述探针塔内部设置有定值电阻，所述定值电阻与待腐蚀银丝连接，所述定值电阻并联设置有微控板；

所述探针塔包括解除传动部件、压电陶瓷(6)和针尖连接部件，所述解除传动部件通过转子与所述驱动部件连接，所述针尖连接部件通过所述压电陶瓷(6)与所述解除传动部件连接；

所述解除传动部件包括轴承(5)和连接件(4)，所述轴承(5)套设在所述转子外侧，所述轴承(5)内侧与所述转子固定连接，所述连接件(4)套设在所述轴承(5)外侧，所述连接件(4)内侧与所述轴承(5)外侧固定卡接，所述压电陶瓷(6)与所述连接件(4)固定连接；

所述溶液塔包括基座(9)、蠕动泵(10)、导管和环形铂铱环(11)，所述溶液塔卡设在所述基座(9)上，所述环形铂铱环(11)设置在所述基座(9)的上部，所述蠕动泵(10)外侧设置有导管通道，所述导管设置在所述导管通道内，所述导管一端与所述溶液槽(12)连通，所述导管另一端设置在所述环形铂铱环(11)位置处。

2.根据权利要求1所述的扫描隧道显微镜针尖制备装置，其特征在于：所述驱动部件包括丝杆步进电机(1)、旋转台(2)和旋转安装座(3)，所述丝杆步进电机(1)固定设置在所述旋转台(2)上，所述旋转台(2)下部可旋转插设在所述旋转安装座(3)上，所述旋转安装座(3)上设置有电机启动开关，所述旋转台(2)侧面与所述电机启动开关可解除式相抵，所述丝杆步进电机(1)上设置有螺旋测微器。

3.根据权利要求1所述的扫描隧道显微镜针尖制备装置，其特征在于：所述针尖连接部件包括夹持部件(8)和夹持部件固定件(7)，所述夹持部件固定件(7)一侧与所述压电陶瓷(6)固定连接，所述夹持部件固定件(7)另一侧与所述夹持部件(8)可拆卸连接，所述待腐蚀银丝夹设在所述夹持部件(8)内侧。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的扫描隧道显微镜针尖制备装置，其特征在于：还包括底座(13)，所述溶液槽(12)设置在所述底座(13)中部上方，所述驱动部件和所述溶液塔设置在所述溶液槽(12)两侧。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述的扫描隧道显微镜针尖制备装置制备针尖的方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：将待腐蚀银丝插入探针塔一端；

S2：驱动部件驱动探针塔向溶液塔移动；

S3：微控板检测定值电阻的电压是否等于0，电压等于0,重复步骤2；

S4：驱动部件停止行进，探针塔做往复伸缩，待腐蚀银丝进行腐蚀；

S5：微控板检测定值电阻的电压是否小于等于最小电压值，电压大于最小电压值,重复步骤4；

S6：溶液塔和探针塔停止工作，驱动部件退回至原位置，腐蚀结束。