[发明专利]三自由度纳米操纵及双轴倾转的透射电子显微镜样品杆

说明书

本发明公开了一种三自由度纳米操纵及双轴倾转的透射电子显微镜样品杆，包含：驱动杆架、驱动轴、X‑α驱动单元、Y‑Z驱动单元和β驱动单元；Y‑Z驱动单元包含：Y‑Z压电驱动件、关节球座、关节球、第一压件、第二压件和转接铜管；β驱动单元包含：β驱动基板、β压电驱动件、β驱动耐磨片、β驱动扇形动子和探针；β驱动扇形动子沿着垂直于驱动轴的轴线转动连接至第二压件；探针连接至β驱动扇形动子；β驱动耐磨片抵触β驱动扇形动子。本发明的三自由度纳米操纵及双轴倾转的透射电子显微镜样品杆，通过高度的集成化设计，使β倾转完全集成在样品杆活动端，解决了现有技术无法适用于狭小极靴场景的问题以及现有技术高分辨成像下样品漂移的问题。

技术领域

本发明属于高分辨原位表征技术领域，具体涉及一种三自由度纳米操纵及双轴倾转的透射电子显微镜样品杆。

背景技术

透射电子显微镜(以下简称：透射电镜)是一种具有高分辨率的显微表征设备，在生物、金属、电子、纳米材料等多个领域具有广泛的应用。其中，样品杆是透射电镜重要的组成部件。通过样品杆，研究者可以把样品从外界传送至透射电镜中，进一步在透射电镜的高能电子束下成像。目前，大量新兴材料科学的发展迫切需要在透射电镜中进行原位表征以揭示材料的生长机制或在外场作用下的反应机理。这便对透射电镜及其样品杆提出了更高的要求，不仅要能实现双轴倾转条件下样品多取向的高分辨观察，并能同时通过多自由度的纳米操纵施加外场作用。

通常，根据倾转方式的不同，透射电镜样品杆可分为单轴倾转和双轴倾转两类样品杆。其中，沿样品杆轴线的旋转称为α倾转，而垂直于样品杆轴线和电子束入射方向的旋转称为β倾转。而单轴倾转样品杆仅适用于样品极少取向的观察，无法满足实验中获得样品多取向高分辨率的表征需求。为此，则必须要在样品杆中加入β倾转功能。

目前，透射电镜的双倾样品杆主要体现为以下两点：

1.单独β倾转配合透射电镜测角台实现双倾功能，然而该技术方案无法满足在双倾观察的同时施加外场的原位实验需求，即缺少其余自由度的纳米操纵功能；

2.样品杆固定端β倾转配合样品杆活动端纳米操纵，该技术方案可以在一定程度上满足原位双倾表征的实验需求，但由于其β倾转多采用连杆拉线方式，稳定性差，样品漂移严重，严重影响高分辨下的成像质量。而高分辨表征是透射电镜表征技术的核心所在，为此亟需新的技术方案打破目前的应用局限。

发明内容

本发明提供了一种三自由度纳米操纵及双轴倾转的透射电子显微镜样品杆解决上述提到的技术问题，具体采用如下的技术方案：

一种三自由度纳米操纵及双轴倾转的透射电子显微镜样品杆，包含：驱动杆架、驱动轴、X-α驱动单元、Y-Z驱动单元和β驱动单元；

驱动轴可沿X方向运动的滑动设置于驱动杆架内；

X-α驱动单元设置于驱动杆架上，并连接至驱动轴以驱动驱动轴转动和使其沿X方向运动；

Y-Z驱动单元的一端连接至驱动轴且另一端连接至β驱动单元；

Y-Z驱动单元包含：Y-Z压电驱动件、关节球座、关节球、第一压件、第二压件和转接铜管；

转接铜管的一端连接至驱动轴且另一端连接Y-Z压电驱动件；

关节球座连接至Y-Z压电驱动件的另一端；

关节球设置于关节球座的球窝凹槽内；

第一压件连接至第二压件，第一压件和第二压件压接至关节球；

β驱动单元包含：β驱动基板、β压电驱动件、β驱动耐磨片、β驱动扇形动子和探针；

β驱动基板连接至第二压件的远离第一压件的一侧；

β压电驱动件连接至β驱动基板；