[发明专利]一种纳米热红外显微术装置

权利要求书

1.一种纳米热红外显微术装置，用于实现样品材料红外吸光度纳米尺度高分辨显微成像，其特征在于，所述装置包括：

纳米红外光热激励模块，用于产生并控制周期性脉冲红外激光，同时原位激发热探针与所述样品材料之间纳米尺度接触微区的光热效应信号；

光热信号频域变换模块，用于实现纳米尺度接触微区光热效应诱导的周期性温度变化信号从时域向频域形式的转换，所述纳米尺度接触微区的光热效应信号的光热基频信号F₁(f)与之间的关系为：

 ，

其中，为光热基频信号，为所述热探针与所述样品材料接触处纳米尺度接触微区吸收单次脉冲红外光的瞬时升高温度，为脉冲频率，为所述样品材料的弛豫时间；

红外吸光度显微成像模块，用于实现原子力显微镜热探针原位检测纳米尺度光热基频信号，并显示所述样品材料红外吸光度微区面分布高分辨显微成像结果；

其中，所述红外吸光度的表征关系为：

，

其中，表示红外吸光度，P、分别表示红外激光单次脉冲的总功率和所述样品材料的吸收功率。

2.根据权利要求1所述的一种纳米热红外显微术装置，其特征在于，所述纳米红外光热激励模块进一步包括：

脉冲激光控制系统、红外激光器、红外光路系统、样品材料和所述热探针；其中，所述脉冲激光控制系统、所述红外激光器和所述红外光路系统依次相连；所述红外光路系统将脉冲红外激光引导并聚焦在所述样品材料表面；所述热探针与所述样品材料的纳米尺度接触微区处于红外光照射区域的中心位置。

3.根据权利要求2所述的一种纳米热红外显微术装置，其特征在于，所述光热信号频域变换模块进一步包括：

所述热探针、热学控制模块和锁相放大器；

其中，所述热探针与所述热学控制模块相连，所述热学控制模块的输出端与所述锁相放大器相连；所述热探针尖端接触所述样品材料表面红外光照射区域的中心位置，自所述中心位置产生的周期性温度变化传递至所述热探针尖端，由所述热探针检测并由所述热学控制模块输出；所述热学控制模块输出的信号为光热时域信号，与所述样品材料表面红外激光照射区域产生的温度变化相对应，通过所述锁相放大器将所述光热时域信号从时域向频域形式的傅里叶转换处理为所述光热基频信号。

4.根据权利要求3所述的一种纳米热红外显微术装置，其特征在于，

所述热探针的室温电阻值为300Ω～450Ω，激励电压为10～800mV，在其正常工作电压范围内，所述热探针的热敏电阻特性表现为：

，

其中，表示所述热探针的电阻变化量，表示所述热探针的温度变化量。

5.根据权利要求3所述的一种纳米热红外显微术装置，其特征在于，

所述锁相放大器与所述脉冲激光控制系统相连，所述锁相放大器用于频域变换的同步信号由脉冲激光控制系统提供。

6.根据权利要求4所述的一种纳米热红外显微术装置，其特征在于，

用于红外吸光度表征的最佳脉冲频率范围为1kHz～50kHz。

7.根据权利要求4所述的一种纳米热红外显微术装置，其特征在于，所述热学控制模块进一步包括：

直流稳压电源、直流电桥、减法运算模块、电压信号增益模块和电压信号限压模块，其中，所述直流稳压电源通过所述直流电桥连接所述减法运算模块，所述减法运算模块输出端连接所述电压信号增益模块，所述电压信号增益模块连接所述电压信号限压模块；其中，所述直流电桥包括两桥臂，每个桥臂从信号输入端至接地端电路中接入的元件依次是信号输入端，固定电阻、电位器、信号输出端、负载接入端和接地端；所述负载接入端分别接入所述热探针和与所述热探针的室温电阻值等阻值的线性电阻；所述减法运算模块用于计算所述直流电桥两桥臂输出端电压信号的差值；所述电压信号增益模块用于所述减法运算模块输出电压信号的放大。