本發(fā)明涉及一種納米結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡領(lǐng)域，特別是一種用于濕度環(huán)境下樣品材料表面性質(zhì)研究的、穩(wěn)定性好且低噪聲的一種低噪聲的樣品相對(duì)濕度連續(xù)可調(diào)的原子力顯微鏡。

背景技術(shù)：

原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)是利用原子、分子間的相互作用力來觀察物體表面微觀形貌的儀器，其基本原理為：通過將一根納米級(jí)尺度的探針固定在可靈敏操控的微米級(jí)彈性懸臂上，當(dāng)針尖與樣品非常接近時(shí)，針尖尖端的原子與樣品表面原子之間的作用力會(huì)使所述微米級(jí)彈性懸臂彎曲，偏離原來的位置；同時(shí)，有一束激光照射到懸臂上，并反射到激光監(jiān)測(cè)器中，彈性懸臂的彎曲導(dǎo)致了激光的偏向，由此得到光斑的偏移量，根據(jù)該偏移量以及其振動(dòng)頻率、作為反饋信號(hào)，經(jīng)過特定的反饋系統(tǒng)輸入計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)能夠以此來重建三維圖像，從而獲得樣品表面的形貌及成分信息。

原子力顯微鏡可以用于不同濕度環(huán)境下樣品表面的性質(zhì)研究，例如，使用AFM以環(huán)境條件為自變量的方程來研究粘附、摩擦等類似的相互作用，展現(xiàn)出環(huán)境中相對(duì)濕度的變化而產(chǎn)生的區(qū)別。為了實(shí)施這種實(shí)驗(yàn)，樣品和掃描探針都被置于一個(gè)獨(dú)立的濕度可控的小型腔體內(nèi)，其相對(duì)濕度可控，控制濕度常用的方法有兩種：一種是飽和鹽溶液法，但是，由于需要控制飽和溶液的動(dòng)態(tài)揮發(fā)過程，實(shí)驗(yàn)中樣品的溫度會(huì)發(fā)生改變；一種是混合干濕氣體法，雖然相對(duì)濕度可以從0到飽和連續(xù)改變，其常用的起泡設(shè)計(jì)會(huì)引入機(jī)械噪聲，嚴(yán)重限制了納米尺度的測(cè)量。因此，如何做到在為原子力顯微鏡的樣品加濕的同時(shí)，不引入噪聲以及不改變樣品溫度，是迫切需要解決的問題，所述一種低噪聲的樣品相對(duì)濕度連續(xù)可調(diào)的原子力顯微鏡能解決這一問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，所述一種低噪聲的樣品相對(duì)濕度連續(xù)可調(diào)的原子力顯微鏡具有穩(wěn)定性好和低噪聲的技術(shù)特征，通過用超聲噴霧器來產(chǎn)生水飽和氣體的方法，改進(jìn)了以前基于沸騰的方法。通過使用水噴霧作為潮濕氣體源的連續(xù)流量混合增濕機(jī)，實(shí)驗(yàn)的同時(shí)改變樣品的濕度，且保持溫度不變，可以連續(xù)地?cái)?shù)據(jù)采集，能夠在實(shí)驗(yàn)過程中精確控制樣品的濕度和溫度。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

所述一種低噪聲的樣品相對(duì)濕度連續(xù)可調(diào)的原子力顯微鏡，由濕度控制器連通原子力顯微鏡組成，所述濕度控制器主要包括氣體入口I、管路三通I、干氣路流量調(diào)節(jié)器、濕氣路流量調(diào)節(jié)器、氣體入口II、氣體出口II、由防濺擋板、超聲單元、冷卻器組成的超聲噴霧器、管路三通II、氣體混合室I、氣體混合室II、氣體出口I、溫度及濕度感應(yīng)器I、溫度及濕度感應(yīng)器II、氣體入口III、氣體出口III、隔離減震器I、隔離減震器II及通氣管路，所述原子力顯微鏡主要包括掃描腔、懸臂及針尖、控制電路、樣品，其中懸臂及針尖和樣品位于所述掃描腔內(nèi)、控制電路位于所述掃描腔外并通過電纜與懸臂及針尖、樣品相連，所述氣體入口II、濕氣路流量調(diào)節(jié)器、管路三通I、干氣路流量調(diào)節(jié)器、管路三通II、氣體出口II依次連通，所述氣體入口I連通管路三通I，所述濕氣路流量調(diào)節(jié)器、干氣路流量調(diào)節(jié)器與由計(jì)算機(jī)控制的馬達(dá)連接且能夠控制氣體流速，所述氣體入口II和氣體出口II均連通入所述超聲噴霧器內(nèi)；所述管路三通II、氣體混合室I、氣體入口III依次連通，且氣體入口III通過隔離減震器I與所述掃描腔連接，所述溫度及濕度感應(yīng)器I連接于氣體混合室I；所述氣體出口I、氣體混合室II、氣體出口III依次連通，且氣體出口III通過隔離減震器II與所述掃描腔連接，所述溫度及濕度感應(yīng)器II連接于氣體混合室II。

所述掃描腔為密封腔并通過氣體入口III和氣體出口III連通所述濕度控制器。所述隔離減震器I、隔離減震器II包括彈簧減震、磁阻尼減震、氣體減震等，能夠使通過氣路傳到原子力顯微鏡掃描腔的機(jī)械噪聲減小。所述冷卻器主要包括一個(gè)導(dǎo)熱槽和兩個(gè)風(fēng)扇，能夠?yàn)槌晢卧禍?，使?jié)駳饴窔怏w在通入超聲噴霧器前后溫差更小，從而使樣品溫度更穩(wěn)定。根據(jù)具體的研究需要，氣體可以是氮?dú)?、氧氣、氬氣等，所述超聲噴霧器中液體可以是水、乙醇、甲醇等。

濕度控制器的工作原理：干燥純凈的氮?dú)饬饔伤鰵怏w入口I輸入并通過所述管路三通I分成兩路，分別進(jìn)入干濕兩個(gè)氣路，濕氣路中連接有超聲噴霧器，超聲噴霧器中裝有液體，比如水，濕氣路中氣體通過氣體入口II進(jìn)入超聲噴霧器，使?jié)衤返臍饬鞅凰疂駶?rùn)，接下來氣體通過氣體出口II通出，通出的氣體通過管路三通II與干路的氣流匯合，然后匯合的氣流經(jīng)過氣體混合室I，所述溫度及濕度感應(yīng)器I能夠測(cè)量氣流的濕度和溫度，再接下來此氣流從氣體入口III通入掃描腔，然后氣體又從氣體出口III通出并通入到氣體混合室II，溫度及濕度感應(yīng)器II再次測(cè)量氣體濕度和溫度，最后，氣體由氣體出口I通出至大氣環(huán)境。一旦開啟超聲單元，所述超聲噴霧器腔體內(nèi)會(huì)充滿高密度的可見的水霧，防濺擋板能防止水濺入導(dǎo)氣管的所述氣體入口II、氣體出口II；冷卻器由一個(gè)導(dǎo)熱槽和兩個(gè)風(fēng)扇組成并用于冷卻工作中的超聲單元。當(dāng)開啟超聲單元，所述超聲噴霧器腔體內(nèi)會(huì)充滿高密度的可見的水霧，防濺擋板能防止水濺入導(dǎo)氣管的所述氣體入口II和氣體出口II，隔離減震器I和隔離減震器II能夠使通過氣路傳到原子力顯微鏡掃描腔的機(jī)械噪聲減小。

本發(fā)明的有益效果是：

所述一種低噪聲的樣品相對(duì)濕度連續(xù)可調(diào)的原子力顯微鏡通過用超聲噴霧器來產(chǎn)生水飽和氣體，相比起泡法具有的優(yōu)勢(shì)是：通入原子力顯微鏡掃描腔的氣流更平穩(wěn)，噪聲??；氣流的相對(duì)濕度和溫度在氣體混合室I和氣體混合室II中分別測(cè)量，這樣的雙感應(yīng)器設(shè)計(jì)使得氣體的濕度及溫度更容易控制，從而樣品表面的濕度及溫度更容易控制，且控制精度更高。

附圖說明

下面結(jié)合本發(fā)明的圖形進(jìn)一步說明：

圖1是本發(fā)明示意圖。

圖中，1.氣體入口I，2.管路三通I，3.干氣路流量調(diào)節(jié)器，4.濕氣路流量調(diào)節(jié)器，5.氣體入口II，6.氣體出口II，7.防濺擋板，8.超聲單元，9.冷卻器，10.超聲噴霧器，11.管路三通II，12.氣體混合室I，13.氣體混合室II，14.氣體出口I，15.溫度及濕度感應(yīng)器I，16.溫度及濕度感應(yīng)器II，17.掃描腔，18.懸臂及針尖，19.控制電路，20.樣品，21.氣體入口III，22.氣體出口III，23.隔離減震器I，24.隔離減震器II。

具體實(shí)施方式

如圖1是本發(fā)明示意圖，所述一種低噪聲的樣品相對(duì)濕度連續(xù)可調(diào)的原子力顯微鏡，由濕度控制器連通原子力顯微鏡組成，所述濕度控制器主要包括氣體入口I 1、管路三通I 2、干氣路流量調(diào)節(jié)器3、濕氣路流量調(diào)節(jié)器4、氣體入口II 5、氣體出口II 6、由防濺擋板7、超聲單元8、冷卻器9組成的超聲噴霧器10、管路三通II 11、氣體混合室I 12、氣體混合室II 13、氣體出口I 14、溫度及濕度感應(yīng)器I 15、溫度及濕度感應(yīng)器II 16、氣體入口III 21、氣體出口III 22、隔離減震器I 23、隔離減震器II 24及通氣管路，所述原子力顯微鏡主要包括掃描腔17、懸臂及針尖18、控制電路19、樣品20，其中懸臂及針尖18和樣品20位于所述掃描腔17內(nèi)、控制電路19位于所述掃描腔17外并通過電纜與懸臂及針尖18、樣品20相連，所述氣體入口II 5、濕氣路流量調(diào)節(jié)器4、管路三通I 2、干氣路流量調(diào)節(jié)器3、管路三通II 11、氣體出口II 6依次連通，所述氣體入口I 1連通管路三通I 2，所述濕氣路流量調(diào)節(jié)器4、干氣路流量調(diào)節(jié)器3與由計(jì)算機(jī)控制的馬達(dá)連接且能夠控制氣體流速，所述氣體入口II 5和氣體出口II 6均連通入所述超聲噴霧器10內(nèi)；所述管路三通II 11、氣體混合室I 12、氣體入口III 21依次連通，且氣體入口III 21通過隔離減震器I 23與所述掃描腔17連接，所述溫度及濕度感應(yīng)器I 15連接于氣體混合室I 12；所述氣體出口I 14、氣體混合室II 13、氣體出口III 22依次連通，且氣體出口III 22通過隔離減震器II 24與所述掃描腔17連接，所述溫度及濕度感應(yīng)器II 16連接于氣體混合室II 13。

所述掃描腔17為密封腔并通過氣體入口III 21和氣體出口III 22連通所述濕度控制器。所述隔離減震器I 23、隔離減震器II 24包括彈簧減震、磁阻尼減震、氣體減震等，能夠使通過氣路傳到原子力顯微鏡掃描腔17的機(jī)械噪聲減小。所述冷卻器9主要包括一個(gè)導(dǎo)熱槽和兩個(gè)風(fēng)扇，能夠?yàn)槌晢卧?降溫，使?jié)駳饴窔怏w在通入超聲噴霧器10前后溫差更小，從而使樣品溫度更穩(wěn)定。根據(jù)具體的研究需要，氣體可以是氮?dú)?、氧氣、氬氣等，所述超聲噴霧器10中液體可以是水、乙醇、甲醇等。

濕度控制器的工作原理：干燥純凈的氮?dú)饬饔伤鰵怏w入口I 1輸入并通過所述管路三通I 2分成兩路，分別進(jìn)入干濕兩個(gè)氣路，濕氣路中連接有超聲噴霧器，超聲噴霧器中裝有液體，比如水，濕氣路中氣體通過氣體入口II 5進(jìn)入超聲噴霧器10，使?jié)衤返臍饬鞅凰疂駶?rùn)，接下來氣體通過氣體出口II 6通出，通出的氣體通過管路三通II 11與干路的氣流匯合，然后匯合的氣流經(jīng)過氣體混合室I 12，所述溫度及濕度感應(yīng)器I 15能夠測(cè)量氣流的濕度和溫度，再接下來此氣流從氣體入口III 21通入掃描腔17，然后氣體又從氣體出口III 22通出并通入到氣體混合室II 13，溫度及濕度感應(yīng)器II再次測(cè)量氣體濕度和溫度，最后，氣體由氣體出口I 14通出至大氣環(huán)境。當(dāng)開啟超聲單元8，所述超聲噴霧器10腔體內(nèi)會(huì)充滿高密度的可見的水霧，防濺擋板7能防止水濺入導(dǎo)氣管的所述氣體入口II 5和氣體出口II 6。