[实用新型]电子显微镜下微纳样本的无线操作机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种操作机构，具体涉及一种在电子显微镜下操控微纳样本执行各类操作的操作机构。

背景技术

电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器，其分辨能力以它所能分辨的相邻两点的最小间距来表示。现代电子显微镜最大放大倍率超过300万倍，而光学显微镜的最大放大倍率约为2000倍(这是受到该显微镜执行工作所依据的光线波长的限制)，所以通过电子显微镜就能直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵。

现代电子显微镜一般包括：(1)一电子枪，其用于产生加速电子束；(2)一图像生成系统，该系统包括静电透镜和金属光阑，其中的金属光阑用于界限并聚焦电子束，使电子束穿过样本的表面或扫描到表面上，并形成放大的图像；(3)一图像观察及纪录系统，其通常包括照相底板或荧光屏；(4)一真空泵，其用于保持显微镜的高真空度，以避免空气分子使电子偏离其运动路线。

按结构和用途可分为透射式电子显微镜、扫描式电子显微镜、发射式电子显微镜等。透射式电子显微镜(TEM)常用于观察那些用普通显微镜所不能分辨的细微物质结构，电子穿过样本的薄切片，且在一荧光屏或照相底板上形成一个图像；扫描式电子显微镜(SEM)主要用于观察固体表面的形貌，也能与X射线衍射仪或电子能谱仪相结合，构成电子微探针，用于物质成分分析，例如用于研究各种物体表面的三维构造，从金属、陶瓷到血细胞、昆虫体等；发射式电子显微镜用于自发射电子表面的研究。

不同种类的电子显微镜通常均设置一操作机构，与显微镜配合使用，用于对被成像的样本进行操作，然而，操作机构通常都是专为某种特定的显微镜而研制的，如SEM的操作机构就不适用于TEM，甚至同一种显微镜但型号不同，操作机构也无法相互通用，缺乏与不同类型显微镜的接口互换使用的灵活性。

为此，中国发明专利公开的用于对由显微镜进行研究的试样执行操作的操作系统(CN1662838A)以及用于对由显微镜进行研究的试样执行操作的模块操作系统(CN1662839A)，通过设置适用于各类显微镜的接口及适应各类操作的多个操作模块。基本包括一操作平台、一接口和至少1个操作模块，接口用于与一显微镜进行联接，以便于由显微镜对布置在试样室内的样本执行成像，操作模块被设置于试样室内的一操作平台上，承放样本的试样载台位于操作模块中间，以便对布置在试样载台上的试样执行操作。为实现对操作机构的控制，需设置一与平台联接起来的控制系统，以便于各操作模块按照所需的方式对样本执行操作。控制系统可包括任何基于处理器的合适的系统——例如个人算机(PC)，其可执行合适的软件，以对与平台相联接的操作模块执行控制，如图1所示。控制系统的输入、输出指令均经导线穿过试样室而与操作平台上的控制电路连接，试样室侧壁上预留孔道以备配接，由此产生的问题是：①试样室内需保持真空状态(10^-7torr)，在导线穿插的孔道需设置一能保证试样室真空度的密封装置，而当操作模块越多，对应每一模块的输入、输出导线也就越多，这对密封装置的制作造成相当大的困难，而试样室内的真空度是影响显微镜成像质量的关键因素之一；②不同种类的电子显微镜上试样室侧壁上预留的孔道位置、数量不一致，当操作机构与显微镜组装时，需改装试样室，重新配接各控制电路，且需保持试样室内测试环境的一致性，因而增加了反复测试及个性化改装的麻烦；③试样室内的空间有限，尺寸如15cm×15cm×6cm，在如此有限的空间内，需设置操作机构(包括各操作模块、试样载台等)，供控制电路与输入、输出指令线接入的空间受限，故而样本执行各类复杂操作需要的指令线接入及设置操作模块数量均受限，自动化操作能力下降。

为解决上述信号输入、输出指令线对试样室真空环境破坏问题，可借助于无线传输媒介，以发射器与接收器的配合，控制操作模块运动，避免有线配接的问题。然而，又因试样室内为真空状态，接收器及操作模块的电源无法使用普通电池(电解液电池)，在真空状态下普通电池极易发生电解液泄漏，这是因为电池壳体受到的压力大于在外界大气压下受到的压力，增加了一个大气压，壳体被挤压而破裂，电解液的泄漏将腐蚀操作模块，损坏操作机构；而若采用无电解液的固体电池作为接收器的电源，则需要占用面积有限的操作平台空间，在电池含电量下降时，若不及时更换电池，将影响接收信号的能力，以及操作模块的正常运作，导致检测误差，给研究、测量工作带来麻烦。因而，电源问题是限制采用无线控制的瓶颈，需要本领域技术人员努力改进的地方。