[发明专利]一种无线控制式微小型原子力显微成像方法及装置

说明书

本发明公开了一种无线控制式微小型原子力显微成像方法及装置。包括微小型原子力显微成像探头、微小型电路、嵌入式系统和手提电脑。微小型电路由前置放大模块、扫描与反馈控制电路、移动电源组成；嵌入式系统由DA模块、AD模块、树莓派微型电脑组成，本发明的优点是：原子力显微成像探头及装置系统整体微小型化，无需交流市电供电，也无需专用的直流低压电源和直流高压电源，在移动电源供电之下，通过WIFI无线数据传输方式，即可实现微纳米样品的原子力显微成像，克服了常规原子力显微镜的局限性，为在野外考察、隔离环境、真空条件、气体氛围环境等特殊领域中实现样品的原子力显微成像提供了新的技术及应用途径。

技术领域

本发明属微纳米技术及原子力显微成像技术领域，更特殊地，涉及一种无线控制式微小型原子力显微成像方法及装置。

背景技术

微纳米技术及微纳米显微成像技术是近年来国内外热门的前沿研究领域，而原子力显微镜(AFM)与扫描隧道显微镜(STM)等超高分辨率仪器是微纳米技术领域中不可缺少的重要工具，其中尤以AFM的应用更为普遍，因为其不受样品导电性的限制，因而在物理学、化学、生物学、医学、微电子学、微机械及微纳米技术等领域获得广泛应用。

自AFM诞生以来，国内外有关AFM技术的研究得到了长足的发展，性能也逐步完善，常规AFM在微纳米技术领域的应用也越来越广泛。但是，现有的常规AFM系统在某些方面也存在明显的局限性，例如，需要交流市电供电及专门的直流低压与高压电源，控制系统较为复杂和庞大，需要有PCI插槽或USB接口的AD&DA控制卡，与PC机或一体机之间需要通过电缆线及网络线连接，从而限制了AFM在野外考察、隔离环境、真空条件、气体氛围环境等特殊领域的应用。

综上所述，现有的常规AFM方法及装置系统，存在着需要交流市电供电，需要专门的低压直流电源与高压直流电源，计算机与控制电路及AFM探头之间需要电缆线及网络线连接，整个AFM装置系统较为复杂和庞大，无法做到便携式，也无法以无线控制方式实现原子力显微镜的扫描控制与显微成像等局限性，因此需要不断发展新的AFM技术。

本发明提出的一种无线控制式微小型原子力显微成像方法及装置，采用将嵌入式系统、WIFI无线控制模块、微小型控制电路及移动电源供电相结合的方法；整个装置由微小型原子力显微成像探头、微小型电路、嵌入式系统和手提电脑组成；原子力显微成像探头及装置系统整体实现了微小型化，无需交流市电供电，也无需专用的直流低压电源和直流高压电源，手提电脑与嵌入式系统及控制电路之间无需电缆线和网络线连接，在移动电源供电之下，通过WIFI无线数据传输方式，即可实现微纳米样品的原子力显微成像，克服了常规原子力显微镜的局限性，为在野外考察、隔离环境、真空条件、气体氛围环境等特殊领域中实现样品的原子力显微成像提供了新的技术及应用途径。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种无线控制式微小型原子力显微成像方法及装置。用于在保持纳米级扫描精度的同时，对不同尺寸、不同重量的样品实现1～100μm范围的单幅图像扫描、0.1～1mm范围的图像拼接，有效地实现各种尺寸与重量的微纳米样品的高精度、大范围、多扫描方式的微纳米扫描成像。本装置在无需交流市电、无需网络线连接等条件下，用于以无线控制的方式实现原子力显微镜的扫描控制及微纳米显微成像。

本发明的技术方案如下：

一种无线控制式微小型原子力显微成像装置包括微小型原子力显微成像探头、微小型电路、嵌入式系统和手提电脑；微小型电路由前置放大模块、扫描与反馈控制电路、移动电源组成；嵌入式系统由DA模块、AD模块、树莓派微型电脑组成，树莓派微型电脑通过WIFI无线通信模块与手提电脑实现无线数据通信；前置放大模块与扫描与反馈控制电路、DA模块、AD模块和微小型原子力显微成像探头的位敏探测器连接；扫描与反馈控制电路与微小型原子力显微成像探头的X轴压电陶瓷、Y轴压电陶瓷、Z轴压电陶瓷连接。