[发明专利]一种基于原子力显微镜的旋转样品台装置

说明书

本发明公开一种基于原子力显微镜的旋转样品台装置，其包括：顶盖、薄环体、底座、销钉和弹簧片，底座固定于原子力显微镜置物台，多片薄环体与底座固定连接，顶盖与薄环体、底座形状配合，通过转动顶盖带动样品自由旋转，弹簧片依次拨过不同的凸齿，实现精确的小角度的转动，销钉、弹簧提供定位的辅助功能；该装置能够适用于原子力显微镜狭小低矮的样品放置空间，在尺寸、重量严格受限的情况下，给样品提供一个额外的旋转角度标尺，并具有自锁功能，在不影响显微镜正常工作的前提下，增添原子力显微镜的功能，拓展它的运用场合与研究范围。

技术领域

本发明涉及纳米科学与技术领域中的各向异性材料的测量及分析技术，涉及一种基于原子力显微镜的旋转样品台装置。

背景技术

原子力显微镜是通过固定在微悬臂末端的针尖与样品表面发生接触，由针尖与样品间产生的原子间相互作用力引起微悬臂发生弯曲或扭转变形，再利用激光传感器对悬臂变形量进行测量，经过计算机进行信号处理后得到样品表面的微观形貌和力学特征。

同时，很多晶体材料具有各向异性，即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，导致其在不同方向的物理化学特性也不同。

目前，几乎所有的原子力显微镜的初始样品台都不能进行精确的角度转动。采用原子力显微镜对各向异性晶体材料的不同晶向进行测试分析时，若通过压电陶瓷控制样品台沿不同方向运动，由于不同运动方向与悬臂的相对位置不同，导致针尖及微悬臂的受力状况不同，微悬臂系统在不同轴向的伸缩、扭转弹性系数的差异使其变形不一致，会给测量结果带来较大误差。

基于上述现状，亟待开发一种微型旋转台，在对各向异性晶体材料进行测试分析时，通过旋转台转动来改变晶体方向，以此保证测试时不同晶向与微悬臂的相对位置关系相同，消除测量误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于原子力显微镜的旋转样品台装置，其能够在尺寸、重量严格受限的情况下，给样品提供一个额外的高精度、大范围的旋转角度标尺及小角度自锁固定，实现精确的小角度转动，减小因扭转的差异带来的变形，减小测量的误差。

本发明的实施例是这样实现的：

一种基于原子力显微镜的旋转样品台装置，其包括：顶盖、薄环体、底座、销钉和弹簧片，底座固定于原子力显微镜置物台，薄环体呈环状且内侧设有均匀分布的多个相同的凸齿，多片薄环体重叠设置形成整体薄环体且位于顶盖和底座之间，顶盖、整体薄环体和底座的形状相配合且顶盖绕三者的中轴线旋转而带动样品转动，弹簧片设置于薄环体内侧并卡住顶盖以保持顶盖转过的角度，底座设置有在内部相通的深盲孔和侧孔，顶盖的底部卡入深盲孔内且与底座相互匹配，销钉通过侧孔卡住顶盖底部；旋转样品时，通过旋转顶盖，弹簧片在凸齿之间依次拨过，而进行样品的小角度旋转；拆装样品台装置时，通过销钉的旋紧和拧开，进行样品台装置的组装和拆卸。

在本发明较佳的实施例中，上述薄环体设为n片且形状与结构相同，凸齿的截面呈近似三角形，凸齿为三棱柱结构，凸齿的齿顶和齿底设置为圆角，薄环体的环外侧面刻有用于帮助定位的n条等距的刻线。

在本发明较佳的实施例中，上述凸齿的数量为k，凸齿的齿底宽占薄环体的圆周角度为i°，相邻刻线占薄环体的圆周角度为(n+1)*i°，则存在数值关系：

n*k*i＝360

其中，i为设计旋转精度，即凸齿的齿底宽占薄环体的圆周角度，n、k为整数。

在本发明较佳的实施例中，上述相邻薄环体的凸齿依次错开一条刻线并重叠为整体薄环体，刻线在整体薄环体外侧连成2n-1条，多片薄环体的凸齿之间无重合部分且完整划分薄环体的圆周。

在本发明较佳的实施例中，上述顶盖、整体薄环体和底座组装后，旋转样品台装置的高度≤20mm，直径≤40mm，质量≤100g。