[发明专利]一种基于石英音叉探针的原子力显微镜的成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验仪器，更特别地说，是指一种基于石英音叉探针的原子力显微镜的成像系统。 

背景技术

1986年，Binnig和Quate发明了原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）。原子力显微镜是利用一个极细的针尖逐点探测样品表面，当针尖与样品表面的距离达到纳米级时，探针会受到样品对其产生的相互作用力，通过对这个作用力的检测获取样品的形貌信息。通过与多种现代技术的结合，原子力显微镜不仅成为世界上分辨率最高的显微镜之一，而且是可以在真空、大气和液态环境中对样品进行纳米级分辨率成像、具备纳米操纵与组装能力的、可以测量小到pN量级作用力的一种强有力的微观表面分析仪器。目前，原子力显微镜广泛应用于材料科学，生物技术以及深空探测等热点领域。 

现有的原子力显微镜的实验仪器大都只具有演示性实验内容，而且商业原子力显微镜仪器的操作比较复杂、价格昂贵。学生需要培训较长的时间才能进行独立操作，很难让学生快速理解原子力显微镜的工作原理，且实验成本也偏高。基于在原子力显微镜实验方面的空缺，以及为了让学生对原子力显微镜原理进一步学习、了解和掌握，使学生通过实际操作实验设备观察样品微观结构，并为了方便学生操作、降低实验成本等，需要对现有的原子力显微镜的实验仪进行改进。 

在专利申请号CN201110358206.8，申请日2013年11月11日，公开了发明名称为一种基于轻敲模式原子力显微镜的六次谐波成像系统。参见图1所示，该系统包括有AFM控制器1、图形显示器2、扫描器3、样品台4、悬臂5、针尖51、AFM探针激励器6、激光器7、光电四象限接收器8、锁相放大器11、第二函数发生器12和第一函数发生器13。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于石英音叉探针的原子力显微镜的成像系统，该原子力显微镜的成像系统通过改变探针的结构和扫描器扫描方式，省去了对探针的激励部分、光电四象限接收器、激光器，从而降低了本发明设计的原子力显微镜的成像系统的复杂程度。 

本发明是一种基于石英音叉探针的原子力显微镜的成像系统，该系统包括有AFM控制器（1）、图形显示器（2）、压电陶瓷管扫描器（3）、样品台（4）、石英音叉探针（5）；其特征在于：还包括有反馈信号检测电路（61）、扫描控制信号处理电路（62）和位移调节组件； 

位移调节组件包括有步进电机（51）、步进电机驱动电路、电路安装箱（52）、传动件（53）、支撑件（54）、探头限位座（55）、第一定位件（57A）、第二定位件（57B）、圆形安装台（58）；电路安装箱（52）内安装有步进电机驱动电路、反馈信号检测电路（61）、扫描控制信号处理电路（62）； 

第一定位件（57A）包括有第一丝杠（57A1）、第一丝杠套（57A2）、第一卡环（57A3）和第一点接触球体（57A4）。第一丝杠套（57A2）套接在第一丝杠（57A1）上，第一卡环（57A3）螺纹连接在第一丝杠套（57A2）的外部，第一丝杠（57A1）的底部的沉头孔内置入有第一点接触球体（57A4）。第一丝杠套（57A2）安装在探头限位座（55）的第一沉头通孔（55D）内，第一卡环（57A3）位于圆形安装台（58）的下方。 

第二定位件（57B）包括有第二丝杠（57B1）、第二丝杠套（57B2）、第二卡环（57B3）和第二点接触球体（57B4）。第二丝杠套（57B2）套接在第二丝杠（57B1）上，第二卡环57B3螺纹连接在第二丝杠套（57B2）的外部，第二丝杠（57B1）的底部的沉头孔内置入有第二点接触球体（57B4）。第二丝杠套（57B2）安装在探头限位座（55）的第二沉头通孔（55D）内，第二卡环（57B3）位于圆形安装台（58）的下方。