[发明专利]一种用于原子力显微镜的气氛控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种原子力显微镜的附属设备，尤其涉及一种用于原子力显微镜的气氛控制系统。

背景技术

纳米科学技术的发展，使得微机电系统（MEMS）的开发和应用越来越广泛。微机电系统（Micro-electromechanical system,MEMS）结构为微米甚至纳米级结构，由于表面和尺寸效应，其接触副很容易因粘着、摩擦和磨损等摩擦学问题而损伤甚至失效。目前，研究纳米摩擦学最常用的设备是原子力显微镜。由于其探针的曲率半径在纳米量级，通过控制其在不同载荷下的接触移动后，并对所在样品表面产生的形变与损伤进行原位观察与分析，可以研究出微机电系统的磨损、防护机理与规律，从而为微机电系统的设计、制造与维护提供试验依据，以降低微机电系统的磨损，提高微机电系统的使用寿命。

对于工作在不同环境中的微机电系统的磨损机理研究与实验，要求原子力显微镜的针尖与样品也处于与微机电系统相同的运行环境，才能提供更可靠、准确的试验结果。现有的原子力显微镜能实现可控的温度、液相的环境；也能提供真空及气体成分固定的不可控的气氛环境。单一气体、成分固定的空气通过气氛腔的进气口进入气氛腔并将腔内气体通过出气嘴向外排出，进而使气氛腔的气氛与外接的气体成分一致。其存在的问题是：只能够实现真空和空气等成分固定的气氛环境，而无法实现对任意两种或两种以上气体组成的混合气氛及其比例的测量、调节和变化；也不能实现混合气氛中湿度或酒精蒸汽含量的测量与调节。不能满足对相应不同气体、各种比例组成的混合气氛下及其不同湿度或酒精蒸汽含量环境下的微机电系统磨损失效和防护机理的模拟试验与研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于原子力显微镜的气氛控制系统，该系统能为原子力显微镜提供不同气体、各种比例组成的可控混合气氛，从而使原子力显微镜能进行各种比例的不同气体组成的混合气氛下微机电系统的磨损失效、防护机理的模拟试验与研究，从而为相应混合气氛工作中的微机电系统的设计、制造与维护提供更准确、可靠的试验依据，以降低微机电系统的磨损，提高微机电系统的使用寿命。

本发明为解决其发明目的，所采用的技术方案是，一种用于原子力显微镜的气氛控制系统，其特征在于：气体瓶一和气体瓶二分别通过流量计一、流量计二与混合气管的进气口相连，混合气管的出气口通过进气腔与原子力显微镜上的气氛腔的进气口相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

通过调节、控制流量计一和流量计二的流量，即可实现对气体瓶一和气体瓶二的两种气体在混合气管的混合比例，从而实现原子力显微镜上的气氛腔中气氛为两种气体按任意比例组成的混合气氛，且混合比例可随时调节。从而使原子力显微镜能进行各种比例的不同气体组成的混合气氛下微机电系统的磨损失效、防护机理的模拟试验与研究，从而为相应混合气氛工作中的微机电系统的设计、制造与维护提供更准确、可靠的试验依据，以降低微机电系统的磨损，提高微机电系统的使用寿命。

上述的混合气管的进气口还与通过流量计三与气体瓶三相连。

这样，本发明可以方便的实现在原子力显微镜上的气氛腔中的气氛为三种不同气体按任意比例组成的混合气氛，以满足在三种不同气体组成的混合气氛下工作的微机电系统的磨损失效、防护机理的模拟试验与研究要求。

上述的气体瓶一与流量计一的连接管路中串接有盛装水或酒精的玻璃瓶，即玻璃瓶瓶塞的进气口与气体瓶一相连，玻璃瓶瓶塞的出气口与流量计一相连；所述的进气腔上安装有湿度测试仪和/或酒精浓度测试仪。

这样，可通过气体瓶一的气体流经玻璃瓶中的水或酒精时将水或酒精带走或雾化，使混合气氛含水汽或酒精蒸汽，并通过湿度测试仪、酒精浓度测试仪测出水汽或酒精蒸汽的含量；当气体瓶一与气体瓶二或气体瓶三的气体相同时，则可实现水汽或酒精蒸汽含量的独立调节（否则，水汽或酒精蒸汽含量的调节与气体瓶一的气体比例调节联动）。进而使原子力显微镜可以进行相应湿度或酒精蒸汽浓度的混合气氛下的微机电系统的磨损失效、防护机理的模拟试验与研究。

当上述的气体瓶二与流量计二的连接管路中串接有盛装酒精或水的副玻璃瓶，即副玻璃瓶瓶塞的进气口与气体瓶二相连，副玻璃瓶瓶塞的出气口与流量计二相连。这样，可通过气体瓶二的气体流经副玻璃瓶中的酒精或水时将水或酒精带走或雾化，使混合气氛在含有气体瓶一的水汽或酒精蒸汽的基础上，再含有酒精蒸汽或水汽，并通过酒精浓度测试仪或湿度测试仪、测出酒精蒸汽或水汽的含量；进而使原子力显微镜可以进行相应湿度与酒精蒸汽浓度的混合气氛下的微机电系统的磨损失效、防护机理的模拟试验与研究。