[实用新型]一种用于原子力显微镜的扫描探针夹持装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于原子力显微镜的扫描探针夹持技术，具体地说是一种扫描探针的夹持装置，主要用于为构建倒置式原子力显微镜提供一种有效的探针夹持装置。

技术背景

目前，原子力显微镜是材料、生命科学、纳米技术等科学领域中的重要研究工具。通过原子力显微镜不但可以对样品表面的纳米形貌进行观测，同时也可以对样品表面的三维纳米结构参数进行检测。目前，原子力显微镜主要有两种结构，一种是正置式，即样品放置于压电陶瓷驱动器上，由压电陶瓷驱动器实现样品的三维运动，从而实现探针在样品表面的三维扫描检测，在这种结构下，探针夹持装置是固定的，因此结构相对简单，容易实现，但是能够承载的样品尺寸小；另一种是倒置式，此时探针和压电陶瓷驱动器固定在一起，并跟随压电陶瓷实现一维或三维运动，由于探针是消耗品，需要经常更换，需要设计方便装卸的探针夹持装置，而且质量要小，尽可能的减少压电陶瓷负载，并且设计的探针夹要能够为探针施加一定幅值和频率的激励振动，以实现轻敲扫描模式的观测成像。

实用新型内容

对于构建倒置式原子力显微镜，对探针夹要求尺寸要小，质量要轻，探针夹与原子力显微镜本体要方便装卸，探针更换容易，并且探针要能够在一定幅值和频率下受控振动。本实用新型目的在于提供一种能够满足上述需求的简单实用的探针夹持装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于原子力显微镜的扫描探针夹持装置，包括固定夹具、探针夹连接器和探针夹；所述探针夹连接器固定于固定夹具上，并与探针夹连接。

所述固定夹具为一个折弯的金属片，包括侧板和底板；侧板上设有多个螺丝孔和侧面板重孔，底板设有多个侧板减重孔，与探针夹连接器螺栓连接；侧板的外表面与底板的外表面成100～105度角。

所述探针夹连接器包括电路主板、信号电缆和插针；电路主板上固定有多个插针，其中两个插针与两根信号电缆相连。

所述探针夹包括探针夹电路主板、压电陶瓷片、探针定位块、弹簧片和冠簧插孔；

所述探针夹电路主板上设有多个冠簧插孔和两个过孔；冠簧插孔与插针对应且数量相等；其中两个冠簧插孔通过两个插针的插入与探针夹连接器上的两根信号线缆电连接；探针夹电路主板上还设有第一凹槽，第一凹槽内固定有压电陶瓷片；压电陶瓷片上固定有探针定位块；

所述弹簧片的一端通过一个过孔与探针夹电路主板螺栓连接，另一端依靠弹簧片的预紧力夹住探针使其固定于探针定位块上。

所述第一凹槽的高度小于或等于压电陶瓷片的厚度。

所述探针定位块为长方体，上表面有用于定位探针的第二凹槽。

所述第二凹槽高度小于探针的厚度。

一种用于原子力显微镜的扫描探针夹持装置还包括探针夹底座，由固定块和固定圆柱构成；固定块上表面设有固定圆柱；所述固定圆柱与探针夹电路主板上的另一过孔对应；探针夹底座在更换探针时置于探针夹电路主板下部、通过固定圆柱插入探针夹实现探针的装卸。

本实用新型具有如下优点：

1.本装置结构简单，容易实现，成本低，探针夹装卸方便，探针更换容易，质量小，减小压电陶瓷驱动器的负荷。

2.本实用新型探针夹体积小、质量轻，能够固定到压电陶瓷驱动器上，可以应用于倒置式原子力显微镜扫描头的结构设计中；

3.本实用新型能够实现探针夹的快速装卸、探针的快速安装和固定，以及为探针提供纳米级位移的振动。

4.探针夹体积小、质量轻，能够固定到纳米定位平台类的压电陶瓷驱动器上，可以应用于倒置式原子力显微镜扫描头的结构设计中。

5.探针夹可通过插针和插孔件固定在探针夹连接器上，探针夹安装有压电陶瓷片、探针定位块和弹簧片，能够实现探针的定位、固定，并可通过压电陶瓷片为探针提供振源。

6.探针夹底座用于固定探针夹及辅助安装探针。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图一；

图2为本实用新型的结构示意图二；

图3为探针夹连接器结构图；

图4为探针夹连接器印刷电路板图；

图5为探针夹结构图一；

图6为探针夹结构图二；

图7为探针夹主板结构图；

图8为探针夹主板印刷电路板图；

图9为探针定位块结构图；

图10为探针夹底座结构图；

图11为固定夹具结构图一；

图12为固定夹具结构图二；

图13为固定夹具结构图三；