[实用新型]一种微纳操作装置

说明书

技术领域

本实用新型属于微纳操作装置技术领域，特别涉及一种体积小、精度高、运动范围大、适用性广的微纳操作装置。

背景技术

利用光学显微镜或电子显微镜可以观察到材料的表面形貌，其分辨率可达到微米、纳米级别。在研究材料表面形貌的同时，近年来材料研究者越来越关注对于所观察到的微纳米材料，利用微操作手进行操控和力学、电学性能等的测试和研究。

用于扫描电镜的微操作装置在国际上市场上只有几个公司的产品，KleindickKanorochnik，KlockeNanotechnik，Omiprobe和Zyvex等公司，其步长达到纳米级；国内也有研制，如兰州大学(CN201210045621.2)、苏州纳米所的纳米操控器等。在光学显微镜上的微操控器，其步长一般是微米级或亚微米级，生产和研制的厂家或用户较多，此类微操作器一般尺寸较大。

为实现微操控器的纳米操控，通常采用压电陶瓷驱动技术。早期的压电陶瓷驱动驱动结构复杂、体型较大、运动尺度大、漂移较大，现在压电陶瓷线性马达体积小、精度高、运动范围大，故采用压电陶瓷马达驱动的纳米操控器是实现纳米操控的最便捷方式。

实用新型内容

针对现有技术不足，本实用新型提供了一种微纳操作装置。

该装置的X向压电陶瓷线性马达运动杆5，X向压电陶瓷线性马达6，第三连接件7，Z向压电陶瓷线性马达运动杆8，Z向压电陶瓷线性马达9，第四连接件10，Y向压电陶瓷旋转马达旋转盘11、Y向压电陶瓷旋转马达12和固定件13从上到下依次布置，且相邻部件之间为刚性连接，延长杆3的一端通过第二连接件4与X向压电陶瓷线性马达运动杆5刚性连接，操作器1通过第一连接件2与延长杆3的另一端刚性连接；操作器1上连接操作器电源20；X向压电陶瓷线性马达6和X向驱动电源17之间连接X向压电陶瓷线性马达控制器16；Z向压电陶瓷线性马达9和Z向驱动电源18之间连接Z向压电陶瓷线性马达控制器15；Y向压电陶瓷旋转马达12和Y向驱动电源19之间连接Y向压电陶瓷旋转马达控制器14；X向压电陶瓷线性马达控制器16、Z向压电陶瓷线性马达控制器15和Y向压电陶瓷旋转马达控制器14分别连接至计算机控制系统21。

X向压电陶瓷线性马达6由X向压电陶瓷线性马达控制器16控制，驱动X向压电陶瓷线性马达运动杆5的运动，通过X向压电陶瓷线性马达运动杆5与操作器1之间的部件，带动操作器1发生X向步进移动；Z向压电陶瓷线性马达9由Z向压电陶瓷线性马达控制器15控制，驱动Z向压电陶瓷线性马达运动杆8的运动，通过Z向压电陶瓷线性马达运动杆8与操作器1之间的部件，带动操作器1发生Z向步进移动；Y向压电陶瓷旋转马达12由Y向压电陶瓷旋转马达控制器14控制，驱动Y向压电陶瓷旋转马达旋转盘11的转动，通过Y向压电陶瓷旋转马达转盘11与操作器1之间的部件，带动操作器1发生Y向步进移动；实现操作器1的X向、Y向和Z向三自由度的单独或同时步进移动。

优选地，手动控制X向压电陶瓷线性马达控制器16、Z向压电陶瓷线性马达控制器15和Y向压电陶瓷旋转马达控制器14中的一个或多个，实现X向压电陶瓷线性马达运动杆5、Z向压电陶瓷线性马达运动杆8和Y向压电陶瓷旋转马达旋转盘11中的一个或多个发生运动，实现操作器1的X向、Y向和Z向三自由度的单独或同时步进移动。

优选地，通过计算机控制系统21精准控制X向压电陶瓷线性马达控制器16、Z向压电陶瓷线性马达控制器15和Y向压电陶瓷旋转马达控制器14中的一个或多个，实现X向压电陶瓷线性马达运动杆5、Z向压电陶瓷线性马达运动杆8和Y向压电陶瓷旋转马达旋转盘11中的一个或多个发生运动，实现操作器1的X向、Y向和Z向三自由度的单独或同时精准步进移动。

上述X向和Z向步进移动的范围是0.1nm～(5～10)mm，Y向步进移动的范围是1nm～(5～10)mm。

进一步地，通过改变X向压电陶瓷线性马达运动杆5、Z向压电陶瓷线性马达运动杆8或延长杆3的长度改变操作器1的空间运动范围。

所述操作器1为微纳探针，对材料进行探测；或所述操作器1为微纳注入针，对材料进行注入；或所述操作器1为电信号施加针，对材料施加电压、电流信号；或所述操作器1为微纳刀具，对材料进行微纳尺度切割。

所述微纳操作装置放置在真空室内或空气中进行工作。

本实用新型的有益效果为：