本發(fā)明屬于微納操作裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種體積小、精度高、運動范圍大、適用性廣的微納操作裝置。

背景技術(shù)：
利用光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡可以觀察到材料的表面形貌，其分辨率可達到微米、納米級別。在研究材料表面形貌的同時，近年來材料研究者越來越關(guān)注對于所觀察到的微納米材料，利用微操作手進行操控和力學(xué)、電學(xué)性能等的測試和研究。用于掃描電鏡的微操作裝置在國際上市場上只有幾個公司的產(chǎn)品，KleindickKanorochnik，KlockeNanotechnik，Omiprobe和Zyvex等公司，其步長達到納米級；國內(nèi)也有研制，如蘭州大學(xué)(CN201210045621.2)、蘇州納米所的納米操控器等。在光學(xué)顯微鏡上的微操控器，其步長一般是微米級或亞微米級，生產(chǎn)和研制的廠家或用戶較多，此類微操作器一般尺寸較大。為實現(xiàn)微操控器的納米操控，通常采用壓電陶瓷驅(qū)動技術(shù)。早期的壓電陶瓷驅(qū)動驅(qū)動結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體型較大、運動尺度大、漂移較大，現(xiàn)在壓電陶瓷線性馬達體積小、精度高、運動范圍大，故采用壓電陶瓷馬達驅(qū)動的納米操控器是實現(xiàn)納米操控的最便捷方式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種微納操作裝置。該裝置的X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5，X向壓電陶瓷線性馬達6，第三連接件7，Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8，Z向壓電陶瓷線性馬達9，第四連接件10，Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達旋轉(zhuǎn)盤11、Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達12和固定件13從上到下依次布置，且相鄰部件之間為剛性連接，延長桿3的一端通過第二連接件4與X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5剛性連接，操作器1通過第一連接件2與延長桿3的另一端剛性連接；操作器1上連接操作器電源20；X向壓電陶瓷線性馬達6和X向驅(qū)動電源17之間連接X向壓電陶瓷線性馬達控制器16；Z向壓電陶瓷線性馬達9和Z向驅(qū)動電源18之間連接Z向壓電陶瓷線性馬達控制器15；Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達12和Y向驅(qū)動電源19之間連接Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達控制器14；X向壓電陶瓷線性馬達控制器16、Z向壓電陶瓷線性馬達控制器15和Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達控制器14分別連接至計算機控制系統(tǒng)21。X向壓電陶瓷線性馬達6由X向壓電陶瓷線性馬達控制器16控制，驅(qū)動X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5的運動，通過X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5與操作器1之間的部件，帶動操作器1發(fā)生X向步進移動；Z向壓電陶瓷線性馬達9由Z向壓電陶瓷線性馬達控制器15控制，驅(qū)動Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8的運動，通過Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8與操作器1之間的部件，帶動操作器1發(fā)生Z向步進移動；Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達12由Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達控制器14控制，驅(qū)動Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達旋轉(zhuǎn)盤11的轉(zhuǎn)動，通過Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達轉(zhuǎn)盤11與操作器1之間的部件，帶動操作器1發(fā)生Y向步進移動；實現(xiàn)操作器1的X向、Y向和Z向三自由度的單獨或同時步進移動。優(yōu)選地，手動控制X向壓電陶瓷線性馬達控制器16、Z向壓電陶瓷線性馬達控制器15和Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達控制器14中的一個或多個，實現(xiàn)X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5、Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8和Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達旋轉(zhuǎn)盤11中的一個或多個發(fā)生運動，實現(xiàn)操作器1的X向、Y向和Z向三自由度的單獨或同時步進移動。優(yōu)選地，通過計算機控制系統(tǒng)21精準控制X向壓電陶瓷線性馬達控制器16、Z向壓電陶瓷線性馬達控制器15和Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達控制器14中的一個或多個，實現(xiàn)X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5、Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8和Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達旋轉(zhuǎn)盤11中的一個或多個發(fā)生運動，實現(xiàn)操作器1的X向、Y向和Z向三自由度的單獨或同時精準步進移動。上述X向和Z向步進移動的范圍是0.1nm～(5～10)mm，Y向步進移動的范圍是1nm～(5～10)mm。進一步地，通過改變X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5、Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8或延長桿3的長度改變操作器1的空間運動范圍。所述操作器1為微納探針，對材料進行探測；或所述操作器1為微納注入針，對材料進行注入；或所述操作器1為電信號施加針，對材料施加電壓、電流信號；或所述操作器1為微納刀具，對材料進行微納尺度切割。所述微納操作裝置放置在真空室內(nèi)或空氣中進行工作。本發(fā)明的有益效果為：1.本發(fā)明通過一個壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達和兩個壓電陶瓷線性馬達的結(jié)合，可實現(xiàn)納米級精度、納米級到厘米級大范圍的微納操作，實現(xiàn)三自由度單獨或同時操控，精度高，解決了微納操作裝置操作范圍小、適用性單一的問題，可以用于電子顯微鏡、光學(xué)顯微鏡等的精細操作，進行對準、注入、切割等微納操作，裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積小。還可以通過改變X向壓電陶瓷線性馬達運動桿、Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿或延長桿的長度改變操作器的空間運動范圍。2.可以把操作器迅速移出材料，不影響顯微鏡等的其他工作，同時便于保護微納操作裝置。3.可直接手動控制操作器空間上的運動，也可通過計算機控制系統(tǒng)進行操控，控制操作器空間上的精準位移，解決了操作便利性的問題。附圖說明圖1為本發(fā)明一種微納操作裝置結(jié)構(gòu)示意圖；標號說明：1-操作器，2-第一連接件，3-延長桿，4-第二連接件，5-X向壓電陶瓷線性馬達運動桿，6-X向壓電陶瓷線性馬達，7-第三連接件，8-Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿，9-Z向壓電陶瓷線性馬達，10-第四連接件，11-Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達旋轉(zhuǎn)盤，12-Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達，13-固定件，14-Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達控制器，15-Z向壓電陶瓷線性馬達控制器，16-X向壓電陶瓷線性馬達控制器，17-X向驅(qū)動電源，18-Z向驅(qū)動電源，19-Y向驅(qū)動電源，20-操作器電源，21-計算機控制系統(tǒng)具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明，以下實施方式僅僅是示例性的，并不用于限制本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明提供的一種微納操作裝置，其X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5，X向壓電陶瓷線性馬達6，第三連接件7，Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8，Z向壓電陶瓷線性馬達9，第四連接件10，Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達旋轉(zhuǎn)盤11、Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達12和固定件13從上到下依次布置，且相鄰部件之間為剛性連接，延長桿3的一端通過第二連接件4與X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5剛性連接，操作器1通過第一連接件2與延長桿3的另一端剛性連接；操作器1上連接操作器電源20；X向壓電陶瓷線性馬達6和X向驅(qū)動電源17之間連接X向壓電陶瓷線性馬達控制器16；Z向壓電陶瓷線性馬達9和Z向驅(qū)動電源18之間連接Z向壓電陶瓷線性馬達控制器15；Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達12和Y向驅(qū)動電源19之間連接Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達控制器14；X向壓電陶瓷線性馬達控制器16、Z向壓電陶瓷線性馬達控制器15和Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達控制器14分別連接至計算機控制系統(tǒng)21。實施例1將微納操作裝置通過固定件13用螺栓固定在光學(xué)顯微鏡的樣品基板上，其中，第一連接件2、第二連接件4、第三連接件7、第四連接件10和固定件13選用不銹鋼材質(zhì)。開啟電源，手動控制X向壓電陶瓷線性馬達控制器16、Z向壓電陶瓷線性馬達控制器15和Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達控制器14中的一個或多個，實現(xiàn)X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5、Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8和Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達旋轉(zhuǎn)盤11中的一個或多個發(fā)生運動，實現(xiàn)操作器1的X向、Y向和Z向三自由度的單獨或同時步進運動，其中，X向和Z向步進移動的范圍是0.1nm～(5～10)mm，Y向步進移動的范圍是1nm～(5～10)mm。所述操作器1為微納探針，完成對材料的探測。不使用時，可以通過Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達12把探針旋轉(zhuǎn)90°或180°，使其遠離光學(xué)顯微鏡的工作區(qū)域，避免影響光學(xué)顯微鏡的其他正常工作。實施例2將微納操作裝置通過固定件13用螺栓固定在掃描電鏡的樣品臺架上，其中，第一連接件2、第二連接件4、第三連接件7、第四連接件10和固定件13優(yōu)選鈦或鈦合金材質(zhì)。開啟電源，通過計算機控制系統(tǒng)21精準控制X向壓電陶瓷線性馬達控制器16、Z向壓電陶瓷線性馬達控制器15和Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達控制器14中的一個或多個，實現(xiàn)X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5、Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8或Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達旋轉(zhuǎn)盤11中的一個或多個發(fā)生運動，實現(xiàn)操作器1的X向、Y向和Z向三自由度的單獨或同時精準步進運動，其中，X向和Z向精準步進移動的范圍是0.1nm～(5～10)mm，Y向精準步進移動的范圍是1nm～(5～10)mm。所述操作器1為電信號施加針，對材料施加電壓、電流信號，完成對材料的掃描。不使用時，可以通過Y向壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)馬達12把探針旋轉(zhuǎn)90°，使其遠離掃描電鏡的工作區(qū)域，避免影響掃描電鏡的其他正常工作。