[发明专利]基于隧道磁阻效应和离子电导技术的扫描成像系统及方法

权利要求书

1.基于隧道磁阻效应和离子电导技术的扫描成像系统，其特征在于，包括上位机、主控制器、信号发生采集器、三维运动模块、微磁极探针、离子电流电路、电流放大器和TMR传感器；

三维运动模块包含有X向压电陶瓷、Y向压电陶瓷和Z向压电陶瓷以及用于驱动X向压电陶瓷、Y向压电陶瓷和Z向压电陶瓷运动的驱动系统，驱动系统与上位机连接；

微磁极探针安装于三维运动模块的Z向压电陶瓷上，微磁极探针包括外壁(1)和设置于外壁(1)内并将外壁(1)的内腔划分为第一通道(2)和第二通道(3)的隔板(4)，第二通道(3)内腔的底部设置有磁性物质；

离子电流电路的样本电极和TMR传感器均与电流放大器连接，电流放大器与信号发生采集器的AD模块连接，信号发生采集器的DA模块与离子电流电路的样本电极以及探针电极连接；

信号发生采集器与主控制器连接，主控制器和三维运动模块与上位机连接。

2.根据权利要求1所述的基于隧道磁阻效应和离子电导技术的扫描成像系统，其特征在于，所述磁性物质采用钕铁硼粉末或四氧化三铁粉末。

3.根据权利要求1所述的基于隧道磁阻效应和离子电导技术的扫描成像系统，其特征在于，所述微磁极探针为双通道玻璃管拉制而成的探针，磁性物质设置于第二通道(3)的尖端。

4.根据权利要求1所述的基于隧道磁阻效应和离子电导技术的扫描成像系统，其特征在于，所述微磁极探针的开口半径为10纳米到500纳米。

5.根据权利要求1所述的基于隧道磁阻效应和离子电导技术的扫描成像系统，其特征在于，微磁极探针上第二通道(3)一侧的外壁靠近Z向压电陶瓷，第一通道(2)设置在远离Z向压电陶瓷的一侧。

6.基于隧道磁阻效应和离子电导技术的扫描成像方法，其特征在于，采用权利要求1-5任意一项所述的基于隧道磁阻效应和离子电导技术的扫描成像系统进行，包括如下过程：

将离子电流电路的探针电极设置于第一通道(2)中，并在第一通道(2)中加入离子溶液，样本电极设置在与探针电极相对的位置；将TMR传感器设置于培养皿中样本的下方；将微磁极探针移动至Z向的初始位置；

粗定位移动：控制微磁极探针沿Z向向下移动，以TMR传感器输出的电流为反馈，使微磁极探针快速运动至距样本表面第一预设距离处，实现微磁极探针的粗定位移动；

精确定位移动：待粗定位移动完成后，以离子电流电路的离子电流为反馈，使微磁极探针低速下探、运动至距离样本表面第二预设距离处，实现微磁极探针的精确定位移动；其中，第二预设距离小于第一预设距离，粗定位移动时微磁极探针的移动速度大于精确定位移动时微磁极探针的移动速度；

记录信息：待精确定位移动完成后，记录此时的微磁极探针位置信息、离子电流信息和氧化还原电流信息；

扫描点移动：控制微磁极探针移动至下一个扫描点；

重复所述粗定位移动、精确定位移动、记录信息和扫描点移动的过程，完成所有扫描点的信息记录；

根据记录的所有扫描点的微磁极探针位置信息、离子电流信息和氧化还原电流信息，处理数据得到样本的三维形貌图及电化学信息。

7.根据权利要求6所述的基于隧道磁阻效应和离子电导技术的扫描成像方法，其特征在于，微磁极探针在Z向的初始位置由离子电流变化曲线结合样本起伏高度的先验知识确定得到。

8.根据权利要求6所述的基于隧道磁阻效应和离子电导技术的扫描成像方法，其特征在于，根据微磁极探针位置和对应的磁场强度拟合出微磁极探针位置和对应的磁场强度之间的关系曲线，根据该关系曲线控制微磁极探针快速运动至距样本表面第一预设距离处。

9.根据权利要求6或8所述的基于隧道磁阻效应和离子电导技术的扫描成像方法，其特征在于，所述第一预设距离为微磁极探针开口半径的5～10倍，所述第二预设距离为微磁极探针开口半径。

10.根据权利要求6所述的基于隧道磁阻效应和离子电导技术的扫描成像方法，其特征在于，以TMR传感器输出的电流为反馈，使微磁极探针以10μm/ms～160μm/ms的速率运动至距样本表面第一预设距离处，实现微磁极探针的粗定位移动；

待粗定位移动完成后，以离子电流电路的离子电流为反馈，使微磁极探针以0.1nm/ms～50nm/ms的速率下探、运动至距离样本表面第二预设距离处。