一種真空下多探針摩擦磨損測(cè)試及原位形貌探測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及真空下多探針摩擦學(xué)測(cè)試及原位形貌探測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]摩擦是物質(zhì)世界普遍存在的物理現(xiàn)象，與人類的生活和生產(chǎn)有極其密切的關(guān)系。摩擦、磨損和潤(rùn)滑是研究?jī)蓚€(gè)相互接觸、相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間行為的科學(xué)與技術(shù)。所有裝備運(yùn)動(dòng)部件都涉及摩擦、磨損和潤(rùn)滑。人們對(duì)摩擦磨損現(xiàn)象的研究由來(lái)已久，并且方興未艾。隨著科技的發(fā)展，摩擦學(xué)研究滲透到微觀世界；而微觀領(lǐng)域的摩擦磨損更有利于從分子與原子層次揭示摩擦的起源。這些研究大都依賴于相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備或儀器。
[0003]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)研制出很多種顯微鏡用來(lái)觀察微觀尺度下的摩擦表面的形貌變化，典型的顯微鏡包括掃描電子顯微鏡(SEM)、掃描探針顯微鏡(SPM)等。掃描探針顯微鏡包括掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)、摩擦力顯微鏡(FFM)等，其在微觀摩擦學(xué)的研究中發(fā)揮了極大的作用。
[0004]然而，如今商業(yè)化的掃描探針顯微鏡主要為單一探針工作模式。單一探針功能相對(duì)單一，難以實(shí)現(xiàn)一些較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)方式。特別是觀測(cè)微觀磨損實(shí)驗(yàn)中，若采用單一探針模式，在完成磨損實(shí)驗(yàn)后，需要更換曲率半徑更小的針尖方可對(duì)表面磨損區(qū)域進(jìn)行原位的高分辨形貌掃描與觀測(cè)。在更換針尖過(guò)程中，難免讓試樣暴漏在空氣中，而周圍環(huán)境復(fù)雜帶來(lái)的影響(包括氧化、電化學(xué)作用、表面污染等)不確定因素而使試驗(yàn)結(jié)果偏離真實(shí)，不利于對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)分析。
[0005]因此，有必要研發(fā)真空下多探針原位檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)探針在同一個(gè)微小區(qū)域上的原位檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種真空下多探針原位摩擦磨損測(cè)試及原位形貌探測(cè)系統(tǒng)，其能在高真空下實(shí)現(xiàn)對(duì)具有不同功能的SPM針尖切換，使微觀摩擦測(cè)試和形貌掃描可在高真空環(huán)境下相繼完成，且原位定位精度較高。由于更換針尖時(shí)無(wú)須打開腔體，確保了實(shí)驗(yàn)樣品不受外界因素干擾，使實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果更為真實(shí)可信；不僅如此，也節(jié)省了實(shí)驗(yàn)前期設(shè)備調(diào)整校準(zhǔn)時(shí)間，提尚實(shí)驗(yàn)效率。
[0007]為解決上述問題本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種真空下多探針原位摩擦磨損測(cè)試及原位形貌探測(cè)系統(tǒng)，包括主體和外部手動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置；所述主體包括腔體上蓋、安裝在腔體上蓋上面用于密封的光窗頂蓋和安裝腔體上蓋內(nèi)部的多探針組件以及連接在腔體上蓋下方的過(guò)渡模塊。
[0008]所述多探針組件包括多個(gè)探針、用于承載探針并攜其原位切換定位的運(yùn)動(dòng)平板、連接在運(yùn)動(dòng)平板一側(cè)的過(guò)渡板、用于保證針尖原位切換定位運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的導(dǎo)軌和用于驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌的連接板；所述導(dǎo)軌分別與過(guò)渡板和連接板的一端連接；所述連接板的另一端與外部手動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)部的短軸連接；所述探針設(shè)置在運(yùn)動(dòng)平板上。
[0009]進(jìn)一步的，所述腔體上蓋的內(nèi)部設(shè)有用于安裝多探針組件的凹槽，為了使水平連接的零部件安置于其中以增大腔體內(nèi)部空間，避免在針尖原位切換定位運(yùn)動(dòng)過(guò)程中部分零部件與SPM樣品臺(tái)及下方壓電掃描器產(chǎn)生干涉；腔體上蓋的外部設(shè)有用于安裝光窗頂蓋的凸起，以減小SPM激光器到針尖距離，使光路便于調(diào)節(jié)。
[0010]進(jìn)一步的，所述過(guò)渡板的截面為“L”型，用于減小SPM激光器到針尖距離。
[0011 ] 進(jìn)一步的，所述腔體上蓋的另一面設(shè)有過(guò)渡模塊。
[0012]進(jìn)一步的，所述主體與外部手動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置之間設(shè)有用于保證動(dòng)連接密封的真空法.~~.0
[0013]進(jìn)一步的，所述探針數(shù)量為2-3。
[0014]進(jìn)一步的，所述的過(guò)渡模塊為圓柱蓋形結(jié)構(gòu)，蓋頂設(shè)有圓形通孔；過(guò)渡模塊上端設(shè)有橡膠密封圈凹槽下端開有T型孔。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016]1、由于多探針組件包括多個(gè)探針，本發(fā)明能在高真空下實(shí)現(xiàn)SPM針尖原位切換，使微觀摩擦測(cè)試和形貌掃描可在高真空環(huán)境下即相繼完成，而無(wú)須打開腔體更換不同功能針尖，且原位定位精度較高；節(jié)省實(shí)驗(yàn)前期設(shè)備調(diào)整校準(zhǔn)時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)效率且確保實(shí)驗(yàn)樣品不受外界因素干擾，使實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果更為真實(shí)的反映摩擦后的形貌狀態(tài)；該系統(tǒng)加工安裝容易，成本較低。
[0017]2、上述的腔體上蓋部分內(nèi)部采用凹槽設(shè)計(jì)，為了使水平連接的零部件安置于其中以增大腔體內(nèi)部空間，避免在針尖原位切換定位運(yùn)動(dòng)過(guò)程中部分零部件與SPM樣品臺(tái)及下方壓電掃描器產(chǎn)生干涉；外部中心安放光窗處采用凸起設(shè)計(jì)為了減小SPM激光器到針尖距離，使光路便于調(diào)節(jié)。
[0018]3、L型過(guò)渡板一端連接導(dǎo)軌，另一端連接承載針尖夾具并攜其原位切換定位的運(yùn)動(dòng)平板，進(jìn)一步減小激光器到針尖距離，方便光路調(diào)節(jié)。
[0019]4、過(guò)渡模塊為圓柱蓋形結(jié)構(gòu)，蓋頂設(shè)有圓形通孔，增大了腔體內(nèi)部空間，縮減腔體上蓋實(shí)體尺寸，減小了腔體上蓋的重量，方便上蓋的拆卸與探針的更換。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)視角的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的俯視圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的仰視圖；
[0023]圖4為E局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為A-A剖視圖；
[0025]圖6為C局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7為B-B剖視圖；
[0027]圖8為D局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]其中，腔體上蓋(1)，凹槽(1.1)，凸起(1.2)，光窗頂蓋(2)，石英玻璃(3)，運(yùn)動(dòng)平板⑷，過(guò)渡板(5)，導(dǎo)軌(6)，連接板(7)，短軸⑶，外部手動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(9)，真空法蘭(10)，過(guò)渡模塊(11)，橡膠密封圈凹槽Π(11.1)，T型孔(11.2)，探針(12)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
[0030]如圖1-8所示，本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】為:
[0031]一種真空下多探針原位摩擦磨損測(cè)試及原位形貌探測(cè)系統(tǒng)，包括主體和外部手動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置9 ;主體包括腔體上蓋1、安裝在腔體上蓋I上面的光窗頂蓋2和安裝腔體上蓋I內(nèi)部的多探針組件；主體與外部手動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置9之間設(shè)有用于保證動(dòng)連接密封的真空法蘭10。
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