一种透射电镜力电热原位样品杆

技术领域

本发明涉及透射电镜原位样品杆领域，尤其涉及一种透射电镜力电热原位样品杆。

背景技术

随着电镜原位技术的不断成熟和发展，透射电子显微镜(透射电镜或TEM)不再仅仅表征材料结构，还可以实现高精度的纳米加工、性能测试，将材料的结构演变和材料的各种性能(如力、电、热)变化联系起来。

完成上述功能必须借助于一系列的原位物性测试样品杆，但由于透射电子显微镜样品腔室尺寸(毫米量级)限制，透射电子显微镜中的原位技术难度在于不但要将各种物理场准确的加载在样品上，同时还要保证一系列苛刻的条件，例如保持样品极高的机械稳定度，保持电镜系统超高的真空度，不能对成像电子产生太大影响，结构必须紧凑以便适应狭小的电镜样品室的尺寸等等。因此，实现在透射电子显微镜下的力、电、热环境设置仍然是极具挑战性的课题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种透射电镜力电热原位样品杆，可通过所述样品杆直接施加力、电、热环境，简化原位测试的实验操作过程。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于透射电镜的三维力电热样品杆，包括手柄、杆身、移动杆和杆头，所述杆身的一端固定在所述手柄上，所述杆身的另一端固定有所述杆头，所述移动杆设在所述杆身内部，在所述杆身内部移动，其一端设置有样品接头；

所述杆头上设置有：力学探针、力学芯片；所述力学探针和所述样品接头接近设置，所述力学探针和所述样品接头配合，用于对样品进行挤压、加电；所述力学芯片和所述力学探针固定连接，用于给探针加电及测量来自所述力学探针的力反馈信号；

所述样品接头设置有：电加热器件，所述电加热器件用于加热样品接头，改变样品接头区域微环境的温度；同时所述样品接头能够被加电，配合加电的力学探针使用：给样品加电。

进一步的，所述样品接头是针尖或样品载台。

进一步的，所述电加热器件是电阻丝，所述电阻丝与所述样品接头绝缘设置，通过设置在所述样品接头上的两个电极引出。

进一步的，所述力学芯片包括受力部、第一电极、第二电极和第三电极，所述受力部的一端固定有所述力学探针；所述受力部通过悬臂结构设置所述力学芯片上；所述受力部的两侧设置有羽状结构的电极；所述第一电极、所述第二电极的单侧设置有羽状结构的电极，所述受力部的羽状结构电极分别和第一电极、第二电极的羽状结构电极交错设置，所述受力部沿受力方向和所述第三电极临近设置，当所述受力部在受到压力时，呈现两种状态：所述受力部的羽状结构电极和所述第一电极、所述第二电极的羽状结构电极平行接近，输出压力反馈信号；所述受力部和第三电极抵触连接，由所述第三电极给所述受力部加电。

进一步的，所述杆头还设置有：电路板、触针和压盖，所述电路板设置在杆头表面凹槽处；所述触针分别搭接在所述电路板和所述力学芯片的电极上；所述压盖用于将所述电路板和所述力学芯片固定在杆头上。

进一步的，所述手柄内设置有电动粗调模块，所述电动粗调模块和所述移动杆的一端连接，用于对所述移动杆进行微米级精度的三维移动控制。

进一步的，所述移动杆包括XY两轴压电陶瓷和Z轴压电陶瓷，所述XY两轴压电陶瓷和所述Z轴压电陶瓷用于对所述样品接头进行纳米级精度的三维移动控制。

进一步的，所述杆头内还设置有O型密封圈，所述O型密封圈套在所述样品接头连接座上，用于稳定样品接头的移动及样品杆的密封。

进一步的，所述移动杆的样品接头连接座

本发明实现了如下技术效果：

本发明的透射电镜力电热原位样品杆，通过分别设置在样品接头上的电加热器件及设置在杆头的力学芯片、力学探针，可对待检样品直接施加力、电、热环境，简化原位测试的实验操作过程。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的透射电镜力电热原位样品杆的结构图；

图2是图1的剖面图；

图3是图1的样品杆杆头部分放大图；

图4是图3的分解示意图；

图5是样品接头和力学芯片的结构示意图。

其中：

100-手柄；101-电动粗调模块；200-杆身；202-O型密封圈；300-杆头；301-压盖；302-触针；303-力学芯片；304-力学探针；305-电路板；400-移动杆；401-XY两轴压电陶瓷；402-Z轴压电陶瓷；403-样品接头连接座；404-样品接头；405-电加热组件；3031-受力部；3032-第一电极；3033-第二电极；3034-第三电极；4051-第一加热电极；4052-第二加热电极。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例1

如图1至图5所示，本发明公开了一种透射电镜力电热原位样品杆，主要包括手柄100、杆身200、杆头300和移动杆400，杆身200的一端固定在手柄100上，杆身200的另一端固定有杆头300，移动杆400设在杆身200内部，在杆身200内部移动，其一端设置有样品接头404，具体的，样品接头404为样品接头或样品载台等不同形式，可根据应用场景进行更换。

具体的，杆头300上设置有：力学探针304、力学芯片303；力学探针304和样品接头404接近设置，力学探针304和样品接头404配合用于对样品进行挤压、加电；力学芯片303和力学探针304固定连接(具体为力学探针304固定在力学芯片303的端部)，用于给力学探针304加电及测量来自力学探针304传回的力反馈信号。

具体的，样品接头404设置有：一电加热器件405。在本实施例中，该电加热器件405具体为电阻丝，该电阻丝可以采用如电路板丝印的方式设置于样品接头404上，在样品接头404上并设置第一加热电极4051和第二加热电极4052，当样品接头404安装在样品接头插座403时，可通过该两电极直接建立加热回路。电加热器件405上电加热样品接头404，可改变样品接头404区域微环境的温度。电阻丝结构简单、尺寸小，易于生产制造和加热控制，可快速地对样品接头进行加热。

在本实施例中，力学芯片303包括受力部3031、第一电极3032、第二电极3033和第三电极3034，所述受力部3031的一端固定有力学探针304；受力部3031通过悬臂结构设置所述力学芯片上，该悬臂结构提供一个弹性连接，使受力部3031在受压时可以移动，由于该悬臂结构很细，我们可以认为该悬臂结构为高阻态。受力部3031的两侧设置有羽状结构的电极；第一电极3032、第二电极3033的单侧设置有羽状结构的电极，受力部3031的羽状结构电极分别和第一电极3032、第二电极3033的羽状结构电极交错设置，受力部3031沿受力方向和第三电极3034临近设置，当受力部3031在第一压力的作用下，受力部3031的羽状结构电极和所述第一电极3032、所述第二电极3033的羽状结构电极平行接近，产生压力反馈信号；当受力部3031在第二压力的作用下，受力部3031还和第三电极3034抵触连接，由第三电极3034给受力部3031加电。

更具体的，在杆头300上设置有压盖301、触针302和电路板305，触针302有三个电极，压盖301用于通过触针302将力学芯片303和电路板305的电连接，用于通过力学芯片给力学探针加电及采集力反馈信号。

移动杆400设置在杆身200内，其一端和设置于手柄100内的电动粗调模块101连接，由电动粗调模块101对其进行微米级精度的三维移动控制。

具体的，电动粗调模块101包括三个电机模组，三个电机模组分别运行于XYZ三个维度，控制移动杆400在XYZ三轴上的移动。

在本实施例中，优选的，移动杆400包括XY两轴压电陶瓷401、Z轴压电陶瓷402、样品接头连接座403、样品接头404及其它一些连接件组成。其中XY两轴压电陶瓷401、Z轴压电陶瓷402用于对样品接头404进行纳米级精度的三维移动控制。从而实现样品接头404和力学探针304对准，稳定夹持样品，进行挤压、加电等操作。

由于整个样品杆采用电动控制，通过电动粗调模块101、XY两轴压电陶瓷401、Z轴压电陶瓷402的电动控制，从而使样品接头404的位置停留在指定位置或自动回归原点。

在本实施例中，优选的，杆头300内还设置有O型密封圈202，O型密封圈202套在样品接头连接座403上，用于稳定样品接头404的移动及杆身200的真空密封。

在本实施例中，优选的，样品接头连接座403为可拆装设计，通过螺钉连接，为此在杆头300的侧壁和样品接头连接座403的固定孔的对应位置设置有一个通孔306，以方便样品接头连接座403的拆卸和安装。进而实现样品接头404的快捷更换，以满足样品力学拉伸、力学挤压和电化学实验等不同应用的操作要求，提供加热环境，并进行样品力、电数据的读取。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。