[发明专利]一种隔振构型的单分子电学测量装置的设计方法

说明书

本发明提供了一种隔振构型的单分子电学测量装置的设计方法，其包括以下步骤：1)在计算机中设计几何模型；2)对几何模型填充材料；3)对于几何模型进行网格划分；4)设置物理场、边界条件、参数；5)选择求解器进行计算；6)进行实际实验验证计算机模拟结果的正确性。本发明提供了一种隔振构型的单分子电学测量装置的设计方法，降低了设计的复杂度，同时也极大缩短了设计周期，并且适用于所有小尺寸、高性能要求的悬挂隔振系统设计，特别适用于单分子电学测量装置的隔振系统设计。

技术领域

本发明涉及单分子电子学，尤其涉及到单分子电子测量装置领域。

背景技术

单分子电学是在单分子(纳米)尺度下研究单个或少数原子、分子、超分子和原子团簇电学性质的科学，主要的目的是发现和揭示单分子尺度下这些物质的基本电学性质，最终目标是以这些研究对象组装成具有逻辑功能的电路乃至分子计算机。而单分子电学测量装置是现代单分子电学研究中使用并以实现单分子原位电学性质测量为目标的一类精密仪器，典型的如机械可控裂结(MCBJ)装置、扫描隧道显微镜(STM)、原子力学显微镜(AFM)等。由于是在纳米尺度下对单分子的电学性质进行的精确测量，装置的测量精度及稳定性极易受到外界振动、电磁、气流以及噪音等环境因素干扰，因此如何减少外界的干扰信号是所有设计高精密单分子电学测量装置过程中必须面对的挑战。

在单分子测量装置的所有干扰源中，环境中的机械振动是影响单分子电学测量精度的主要干扰源之一。形成机械振动的主要因素包括不可避免的环境振动，如大地振动、气流变化以及设计不合理的机电结构共振等。当宏观尺度的机械振动通过装置或直接传递到单分子电学测量装置的精密电极对时，就可能对纳米尺度下单分子电学测量过程带来灾难性的影响，因此如何隔绝环境的机械振动以及尽量避免和减少测量装置自身形成的振动，是所有高精密单分子测量装置设计过程中需要重点考虑的问题。

目前，国际上用于隔绝和减少单分子测量装置机械振动的常用元件包括弹簧元件、阻尼元件和质量元件。弹簧元件的主要作用是存储外界传递过来的能量，通过将环境振动所携带的动能转化为弹性势能来隔绝振动对仪器测量的影响。阻尼元件的主要作用是消耗外界传递过来的能量，通过与弹簧元件的配合使用，能够有效抵消和减少振动的传递，从而避免对仪器的影响。质量元件最重要的一个作用是可以调节测量仪器的本征振动频率，从而可以避免装置与环境以及自身形成共振。利用这三种元件设计高稳定性的悬挂系统对机械振动进行隔绝，是目前国际上单分子测量装置设计中主要采用的隔振技术。由于不同的单分子测量装置具有不同的机械结构和隔振需求，因此如何在实际测量装置固有结构的基础上，利用上述三种元件设计出结构合理、隔振性能最佳的悬挂系统是单分子测量装置设计中不可缺少的一项重要任务。针对该项任务，本发明建立了一种基于计算机仿真技术的悬挂隔振系统快速设计方法，应用该方法，能够在单分子电学测量装置已有结构的基础上，实现低价位、高性能定制化隔振系统的快速设计和优化，缩短装置研发时间。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种隔振构型的单分子电学测量装置的设计方法，降低了设计的复杂度，同时也极大缩短了设计周期。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种隔振构型的单分子电学测量装置的设计方法，包括以下步骤：

1)在计算机中设计几何模型；

该几何模型包括屏蔽箱、四根弹簧、悬挂板、单分子电学测量装置；所述四根弹簧分别设置于屏蔽箱的上顶面内壁与悬挂板的上表面的四个顶角之间，使得悬挂板与屏蔽箱的上顶面平行并位于屏蔽箱内部；所述单分子电学测量装置放置于悬挂板的上表面；

2)添加材料；

对几何模型填充材料，材料为不锈钢；

3)划分网格；

对于几何模型进行网格划分，并且弹簧以及单分子电学测量装置与悬挂板的接触部分的网格密度大于其它位置的网格密度；