[发明专利]一种测量透射电镜中微气体束引起的局部等效压强的装置

说明书

一种测量透射电镜中微气体束引起的局部等效压强的装置具体涉及到环境透射电子显微镜(ETEM)领域，本发明针对在样品附近局部空间微气体束喷射引起的等效压强的原位测量的技术问题提出的装置。所述装置是利用所述环境透射电镜样品台同时集成安装了所述原位气体微束喷头和所述纳米压痕仪系统，所述原位气体微束喷头和所述纳米压痕仪系统含有所述纳米尺寸原位测力探头。所述纳米压痕仪测力探头可以在所述微气体束喷射区域。所述纳米压痕仪测力探头在样品附近区域三维精确移动，同时可以精确测量气体喷射产生的微小反作用力。所述气体微束喷射时电镜内外平均压强、气体种类(分子量)、纳米压痕仪测力探头截面积，通过测量得到的反作用力，可计算获得所述纳米压痕仪探头所处的纳米尺寸局部空间的等效压强，本发明具有简便快捷和准确度高的特征。

技术领域

本发明涉及一种环境透射电子显微镜(ETEM)中安装的，用于原位测量在电镜样品附近纳米尺寸局部空间由于微气体束喷射引起的等效压强的装置，具体涉及到一种测量透射电镜中微气体束引起的局部等效压强的装置。

背景技术

环境透射电子显微电镜(ETEM，也称为气氛原位透射电镜)技术，是指将一种或多种气氛通过外接微型管路进入电镜样品室，并以气体微束形式在样品室的高真空环境进行喷射，从而观测研究气-固界面的原位电镜技术。进入样品室的气体将通过安装在另一侧的差分真空系统被抽出，从而保证电镜高真空环境不受影响。

目前在ETEM中还未见报道对微气体束在电镜样品附近局部纳米尺寸空间引起的等效压强进行原位测量的装置。目前的ETEM是通过在电镜中多个固定位置内置真空度探头(宏观尺寸，远离样品，)测量电镜中多个位置的平均真空数值，间接反映出微气体束喷射引起的压强(其引起的真空变化情况。)在本发明中，我们将透射电镜纳米压痕仪与气氛原位样品台进行了集成，利用可以三维精确移动的纳米压痕仪测力探头，在样品附近的局部空间，原位精确测量微气体束喷射引起的微小反作用力，进一步通过计算给出微气体束喷射在纳米尺寸的局部空间引起的等效压强。等效压强概念是基于该局部空间单位时间经过单位截面积的气体分子数量：电镜内气体为非平衡态，若气体微束在局部引起的该物理量与另一平衡态气体相当，则认为两者具有相同的等效压强。

然而，发展到目前为止，现有的环境透射电镜是采用在电镜内固定位置安装真空探头进行探测压强，从而只能测试某个固定位置(离样品较远)的平均压强，这对于了解气氛原位实验中的样品表面(气-固界面)的具体状况是不够的。极少存在可以准确原位测量在样品附近局部空间微量气体束喷射引起的等效压强的装置。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出了一种在环境透射电子显微镜中安装的，可以原位测量在样品附近局部空间微气体束喷射引起的等效压强的装置。

本发明所述的在环境透射电子显微镜中安装的测量微气体束喷射引起的在样品附近纳米尺寸局部空间的等效压强的装置，能够实现的功能是原位地测量环境透射电镜中样品附近多个纳米尺度局部空间的等效压强，所述等效压强是环境透射电镜实验的最重要的参数之一；所述装置主要由所述集成于环境透射电镜样品台的原位微气体束喷头和所述同样集成于环境透射电镜样品台的纳米压痕仪系统组成；所述纳米压痕仪系统的测力探头可以在所述微气体束喷射的区域三维精确移动，所述精确度为100皮米量级精度，通过所述精确测量气体喷射产生的微小反作用力，所述精确度为100皮牛量级精度，获得所述纳米尺寸局部空间的由微气体束产生的所述等效压强。

进一步的，所述等效压强概念是基于该局部空间单位时间经过单位截面积的气体分子数量。

进一步的，所述电镜内为非平衡态，若气体微束在局部产生的该物理量与另一平衡态气体相当，则认为两者具有相同的等效压强。实验中，已知气所述体微束喷射的电镜内外平均压强、气体种类(分子量)、纳米压痕仪测力探头截面积，通过测量得到反作用力，即可计算获得纳米压痕仪测力探头所在局部空间中单位时间到达单位截面积的气体分子数量。

更进一步的，所述纳米压痕仪测力探头完成测试后能够移动出所述气体束喷射空间，不影响后续气氛原位电镜实验。