[发明专利]一种微球探针的制备方法和制备装置

说明书

本发明涉及一种微球探针的制备方法和制备装置，制备方法为：首先制备带有微球和UV胶胶滴的载玻片，然后将带有微球和UV胶胶滴的载玻片和探针悬臂上下布置，接着控制探针悬臂的尖端触碰到UV胶胶滴，接着分离载玻片和探针悬臂，控制载玻片上单个分散的微球颗粒与探针悬臂上的理想位置处的UV胶胶滴接触，最后再次分离载玻片和探针悬臂，固化UV胶制得微球探针；制备装置包括光学显微镜、载玻片I、手动三轴组合台、探针固定装置和UV固化灯。本发明的方法操作简便，装置结构简单，有效解决了现有技术的微球探针的制备方法存在的操作复杂、制备成功率较低、探针悬臂尖端胶水含量及微球所处位置不可控、平台搭建成本较高等问题。

技术领域

本发明属于AFM微球探针的制备加工领域，涉及一种微球探针的制备方法和制备装置，特别涉及一种在光学显微镜下完成在探针悬臂上粘取微球颗粒从而制得AFM微球探针的方法和装置。

背景技术

原子力显微镜(atomic force microscope；AFM)自发明以来已成为纳米摩擦领域研究的一个重要工具，用于研究纳米尺度下样品表面的相互作用，并提供准确的材料性能信息，如弹性、粘附、表面电位或表面电荷密度等。AFM最常用来量化粒子接近表面时所产生的力。AFM探针作为AFM重要的组成部分，其针尖形状通常是圆锥形或者是金字塔形，尖端的曲率半径范围在1～10nm。由于实验过程中，探针针尖存在磨损的情况，因此其针尖尖端的大小和形状将难以测量。除此之外，传统的AFM针尖只能模拟单一粗糙度接触，并且会造成一个不存在MEMS设备中的高接触压力，从而会影响摩擦、粘附、磨损及其他性能，最终导致实验结果无法运用到实际应用中。

微球探针技术自Ducker等人提出后，就成为研究二维材料表面力的一种成熟而有力的工具。微球探针是指AFM悬臂的尖端被具有明确空间尺寸和物理特性的微球粒子所取代。微球颗粒的半径一般在个位数微米的范围内，比常规传统AFM针尖的尖端半径约大2个数量级。因此，微球探针可以减少由于探针几何形状变化及高接触压力带来的实验的不确定性和数据的不准确性。此外由于微球探针有更大的相互作用面积，因此其信噪比更高，广泛的运用于微颗粒表面之间，诸如范德华力、静电力、毛细力在内的各种形式的表面力的测量。微球探针技术是一种简单、直接、高分辨率的方法，非常适合用来研究新型二维纳米材料表面力。

微球探针针尖的粘结方法大体上可以分为两种，一种是通过高温熔融烧结将微球固定在悬臂上；另一种是通过化学胶粘结的方法将微球粘在悬臂上。化学胶粘结法是将微球和探针悬臂用胶水结合，完成微球探针的制作。基于该原理的制备方法主要有双线法、悬臂移动法、双向三维移动平台粘结法。

文献1(Measurement of forces in liquids using a force microscope[J].Langmuir,1992,8(7):1831-1836.)首先使用双线法(Dual-wire technique)来制备微球探针。在光学显微镜的观察下，将探针固定在特制的夹具上，探针悬臂朝上，使用三维移动机械手移动一根很细的金属丝(光纤、微移液管等)来蘸取少量UV胶水，然后将金属丝上的UV胶水转移到探针悬臂的顶端，接下来用另外一根金属丝在毛细力的作用下拾起一个微球，把微球放置在探针悬臂上的胶点上。双线法适用于处理无针尖悬臂，因为无针尖悬臂有利于UV胶的蘸取和微球位置的确定。但这项技术有几个缺点：第一，由于微球和金属丝之间毛细力非常的薄弱，导致微球探针的制备成功率不高；第二，金属线必须保持干净，避免微球表面的污染；第三，利用双线法制备微球探针，由于金属线和悬臂的尺寸过小，很容易造成金属线和悬臂的损坏。