[发明专利]一种基于原子力显微镜的多波段样品辐照系统

说明书

本发明公开了一种基于原子力显微镜的多波段样品辐照系统。装置系统主要由辐照装置、外部光源及光导纤维构成，其中辐照装置由外壳、点光源、透镜、遮光罩组成，使用时辐照装置部分配合原子力显微镜安装于载物台下，外部光源发出特定波段的入射光束，光束经光导纤维传导至辐照装置内部的点光源并向上呈点状扩散，发散光经透镜约束呈平行光照射材料样品表面。该装置系统独立于原子力显微镜的激光系统且不与其产生干涉，通过采用不同的外部光源或加装滤光片的方式对辐照波段进行调节，通过变更原子力显微镜扫描探针模块及软件方案的方式实现对样品力、电、磁、热学等多种性能指标的实时检测。

技术领域

本发明属于材料表面形貌及力、电、磁、热学性能测试技术领域，具体涉及一种基于原子力显微镜的多波段样品辐照装置。

背景技术

材料在不同波段辐照下表面形貌及其力、电、磁、热学性能会发生不同程度的改变。具体的，高分子材料在紫外波段(100-400nm)辐照时，由于紫外光波长短能量较为集中，可使其分子链段中的共价键发生断裂从而降低材料分子量，导致材料表面侵蚀、力学性能下降；光伏材料在可见光(400-760nm)辐照条件下由于产生光电效应或光化学效应而表现出不同的电磁学特性，如自然综述·材料杂志(Nature Reviews Materials,2016,1:15007)报道了钙钛矿在可见光辐照下具备优异的电荷传导特性；此外，一些研究如生物医学光学杂志(Journal of biomedical optics,2000,5(4):383-391)报道了波长大于760nm的近红外波段辐照对生物组织材料热传导性能的影响。

原子力显微镜能够通过分析探针尖端同检测样品表面间的相互作用力，得到样品表面形貌及基本力学特征信息。此外，结合特种探针还可以得到材料样品表面电、磁、热学等相关性能参数。相比于扫描电子显微镜，具有高分辨率、适用样品范围广、多检测指标等优势，适用于对样品材料辐照条件下相关性能变化的检测分析。

目前，针对样品材料辐照条件下相关特性的研究，例如RSC Advances期刊(RSCAdvances 7.1(2017):112-120)及中国专利CN102721601A等的报道，均采取先辐照后分析的方式。这类方法无法在辐照过程中对样品的表面性能指标变化进行实时分析，同时无法保证辐照后的样品在保存及测试阶段相关性能不发生再变化，限制了分析的准确性。因此，需要发展一种在原子力显微镜内原位辐照材料样品并实时测试其相关性能指标变化的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于原子力显微镜的多波段样品辐照装置。

本发明的目的是通过如下方式实现的：一种基于原子力显微镜的实时测量样品材料在特定波段光辐照条件下表面力、电、磁、热学性能的方法，包括以下步骤：

(1)首先将辐照装置安装到原子力显微镜样品台下，使用光导纤维连接辐照装置及外部光源；

(2)利用原子力显微镜对无辐照条件下的原始样品材料进行扫描，得到该材料在无辐照条件下的相关性能数据；

(3)使用特定波段外部光源产生入射光束，光束经光导纤维引入光辐照装置并以平行光的形式辐照被测样品，此时使用原子力显微镜对样品进行连续扫描，得到该波段辐照下材料样品表面相关性能的实时数据；

(4)从实时数据中选取多个时间点，分析比较该波段辐照下材料样品各时间点相关性能的变化情况；

(5)通过变更外部光源或滤光镜的方式改变辐照光束的波段，重复步骤(3)(4)，得到紫外、可见光、红外波段辐照对材料样品相关性能的影响；

(6)通过变更原子力显微镜扫描探针模块及软件方案的方式，重复步骤(2)(3)(4)，实现对样品表面形貌及力、电、磁、热学等多性能指标的实时检测。