[发明专利]可扩展力电两场透射电子显微镜原位样品杆

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料测量领域。涉及透射电子显微镜配件及纳米材料原位测量研究领域，具体公开了一种可扩展力电两场透射电子显微镜原位样品杆。

背景技术

随着电镜原位技术的不断成熟和发展，透射电子显微镜(透射电镜或TEM)不再仅仅表征材料结构，还可以实现高精度的纳米加工、性能测试，将材料的结构演变和材料的各种性能(如力、电、热)变化联系起来。

完成上述功能必须借助于一系列的原位物性测试样品杆，但由于透射电子显微镜样品腔室尺寸(毫米量级)限制，透射电子显微镜中的原位技术难度在于不但要将各种物理场准确的加载在样品上，同时还要保证一系列苛刻的条件，例如保持样品极高的机械稳定度，保持电镜系统超高的真空度，不能对成像电子产生太大影响，结构必须紧凑以便适应狭小的电镜样品室的尺寸等等。因此，实现在透射电子显微镜下的多场调控研究仍然是极具挑战性的课题。

国内外尚无可扩展力电两场透射电子显微镜原位样品杆,目前商用原位力学或电学透射电镜样品杆功能单一，价格昂贵,存在以下问题：

1.现有商用原位力学和电学性能测试样品杆，样品杆前端的纳米探针一般采用压电陶瓷管驱动来实现对样品的接触与操纵。但是由于压电陶瓷管的的最大输出位移一般低于几十个微米，因此样品装载时必须放置在距离纳米探针几十微米的范围内，加大了实验操作的难度。

2.现有商用样品杆，前端纳米探针更换较复杂，且材料厂家限制，安装难度大。

3.现有样品杆在保证力学加载的基础上，电学功能较简单，多数仅仅满足单电极测试需求，且样品杆头与样品杆整体固化，无法实现特殊样品的更换和样品杆功能的有效扩展。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种既可以实现大范围移动，又可以实现原位力电性能测试，还能通过更换样品杆头实现更多功能的原位透射电镜样品杆。本发明的技术方案如下：

可扩展力电两场透射电子显微镜原位样品杆包括粗调器、信号转接头、样品杆外壳、粗调转接器、转接固定杆、同轴圈、传动杆、压电陶瓷固定器、样品杆头、压电陶瓷管、固定零件、针尖固定器，导电针管、传导电极、纳米针尖和测试电极；

粗调器与样品杆外壳机械连接，实现粗调器的同轴固定，粗调器与粗调转接器连接，实现旋转运动与轴向伸缩运动的转换，粗调转接器与转接固定杆连接，转接固定杆与传动杆连接，传动杆与压电陶瓷固定器连接，压电陶瓷固定器与压电陶瓷管连接，粗调转接器、转接固定杆、传动杆、压电陶瓷固定器均位于样品杆外壳内；最终实现粗调与样品杆前端的传动连接。粗调范围最大可实现轴向±15mm，径向运动范围±0.7mm，精度可以达到1μm。

同轴圈连接传动杆和样品杆外壳，实现位于前端的压电陶瓷管的同轴悬空，防止与样品杆内壁产生相对摩擦，影响运动的稳定性，缩短使用寿命；压电陶瓷管与针尖固定器连接，针尖固定器与导电针管连接，导电针管与纳米针尖连接；如此实现压电陶瓷管精确控制纳米针尖的精确移动来与样品实现原位接触。细调同轴伸缩范围为±4.5μm，径向运动范围为±35μm，精度可达到1nm，完全足够满足透射电镜原位实验要求。

样品杆头通过固定零件与样品杆外壳连接，信号转接头与传导电极通过位于样品杆内的导线实现电学连接，传导电极通过样品杆头内埋电路实现与测试电极的电学连接，测试电极直接与样品电学固定连接，最终实现样品通过信号转接头与透射电镜外部测试系统连接，满足原位力电测试及信号的实时监控。

优选的，所述的可扩展力电两场透射电子显微镜原位样品杆还包括手握柄，手握柄与样品杆外壳连接，实现样品杆的移动使用。

优选的，所述的手握柄上设有传感销，实现样品杆插入透射电镜后的传感定位。

优选的，所述的样品杆外壳上设有密封圈，用于隔绝透射电镜内外真空度，保护透射电镜内部真空。

优选的，所述的样品杆外壳上设有导向销，用于实现导向作用，旋转控制透射电镜阀门打开关闭。

优选的，样品杆内部连接线尺寸为0.1mm；样品杆内部螺丝孔尺寸为1-2mm；样品杆内部关键部分零件尺寸在毫米级别。本发明的可扩展力电两场透射电子显微镜原位样品杆具有很高的通用性，可用于同一厂家的透射电子显微镜，样品台的具体结构则可以因透射电子显微镜厂家的设计不同而不同。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1.本发明采用“粗调-细调”相结合的方式，分别可以实现毫米级别的粗移动和纳米级别的精细移动，减小了实验操作的难度。