一种多功能原位样品杆

技术领域

本发明涉及透射电子显微镜配件及原位测量研究技术领域，尤其涉及一种多功能原位样品杆。

背景技术

透射电子显微镜可以看到光学显微镜下无法看清的、小于0.2微米的细微结构，因此被广泛应用于材料科学、生物学、工业质量检测等领域，以获取材料的形貌、结构、位向等信息。其中，原位电子显微镜测量技术是一种通过原位样品杆对样品施加外部激励如力、热、电、磁等，并用电子显微镜实时观测样品的形貌、结构等动态变化过程的技术。但是目前的原位样品杆通常仅可对样品施加单一激励，在需要施加其它激励时则需要将原位样品杆从透射电子显微镜上进行更换，并且需要将透射电子显微镜重新进行抽真空等，这就造成使用不够便利的问题。

因此，本领域对一种便利的多功能原位样品杆存在需求。

发明内容

本发明旨在提供至少能解决上述部分技术问题的多功能原位样品杆。

根据本发明的一个方面，提供了一种多功能原位样品杆，所述多功能原位样品杆包括：杆芯；支撑框架，其套装至所述杆芯的前侧部段外周并从所述杆芯朝前方延伸出，所述支撑框架内部设有与所述杆芯前端间隔对置的样品承载件；驱动机构，其安装至所述杆芯的前端并且其前端布置有与所述样品承载件对置的探针，所述驱动机构被构造成驱动所述探针运动以对所述样品承载件上的样品施加激励；温度源，其相对于支撑框架间隔地安装至所述杆芯；减振结构，其套装至所述支撑框架的外周并且沿轴向从所述驱动机构延伸至邻近所述样品承载件。

与现有技术相比，本发明中的多功能原位样品杆可通过可运动的探针和温度源来对样品承载件上的样品施加外部压力或外部温度条件，从而观察样品在不同条件下的变化，使用便利且适用性较高。此外，本发明中的多功能原位样品杆还设有减振结构，以增强相对于杆芯悬置布置的样品承载件在不同条件下以及不同条件之间切换时的稳定性，从而增强样品分析的可靠性。

优选地，所述驱动机构被构造成能够驱动所述探针沿三个维度运动。

优选地，所述温度源包括位于所述杆芯后侧部段的冷源和相对于所述冷源间隔布置在所述杆芯的中间部段的加热器。

优选地，所述多功能原位样品杆还包括安装至所述支撑框架且与所述冷源和所述加热器电连接的温度传感器。

优选地，所述多功能原位样品杆还包括安装至所述支撑框架内侧并且从所述支撑框架延伸出以与外部控制装置电连接的引线管。

优选地，所述多功能原位样品杆还包括从所述引线管延伸出并与所述样品承载件对置的光纤。

优选地，所述驱动机构包括布置在所述杆芯前端的驱动件、布置在所述驱动件前端的基座、布置在所述基座前端的探针座。

优选地，所述样品承载件由导电材料构成，并且所述多功能原位样品杆还包括沿所述引线管布置并分别连接至所述样品承载件和所述基座的电导线。

优选地，所述探针座可拆卸安装至所述基座。

优选地，所述支撑框架和所述样品承载件之间设有绝缘层。

本发明的其它特征和优点的一部分将会是本领域技术人员在阅读本申请后显见的，另一部分将在下文的具体实施方式中结合附图描述。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1是根据本发明的实施例的多功能原位样品杆的第一示意图，其中多功能原位样品杆的后侧部段未示出；

图2是根据本发明的实施例的多功能原位样品杆的第二示意图，其中多功能原位样品杆的中间部位未示出；

图3是根据本发明的实施例的多功能原位样品杆的第三示意图，其中仅示出多功能原位样品杆的前侧部段。

附图标记：

1-多功能原位样品杆；11-杆芯；12-支撑框架；13-样品承载件；14-驱动机构；141-驱动件；142-基座；143-探针座；15-探针；16-温度源；161-冷源；162-加热器；17-减振结构；18-温度传感器；19-引线管；20-光纤；21-电导线；22-绝缘层；23-接头；24-外壳。

具体实施方式

现参考附图，详细说明本发明所公开的多功能原位样品杆的示意性方案。尽管提供附图是为了呈现本发明的一些实施方式，但附图不必按具体实施方案的尺寸绘制，并且某些特征可被放大、移除或局剖以更好地示出和解释本发明的公开内容。附图中的部分构件可在不影响技术效果的前提下根据实际需求进行位置调整。在说明书中出现的短语“在附图中”或类似用语不必参考所有附图或示例。

在下文中被用于描述附图的某些方向性术语，例如“内”、“外”、“上方”、“下方”和其它方向性术语，将被理解为具有其正常含义并且指正常看附图时所涉及的那些方向。除另有指明，本说明书所述方向性术语基本按照本领域技术人员所理解的常规方向。其中，在本实施例中将靠近样品的一端称为前端，而将远离样品的一端称为后端。

本发明所使用的术语“第一”、“第一个”、“第二”、“第二个”及其类似术语，在本发明中并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个部件与其它部件进行区分。

参照图1至图3，以实施例方式示出了根据本发明的多功能原位样品杆，其包括杆芯11、支撑框架12、驱动机构14、温度源16和减振结构17，以至少在不同温度条件和不同压力条件下对置于原位样品杆上的样品进行分析，同时可经由减振结构17来提升该样品分析的稳定性。

图1示出了多功能原位样品杆1的后侧部段，图2未示出多功能样品杆的大致中间部段，而图3仅示出了多功能样品杆的前侧部段。需要理解的是，为了便于理解，此处所指的多功能样品杆的前侧、中间和后侧方向可大致沿图1至图3的水平方向从左到右布置，并且多功能样品杆的前侧部段、中间部段和后侧部段仅说明彼此之间的相互位置关系。

具体地，杆芯11可呈细长构造并且沿杆芯11的轴向设有相对于彼此间隔布置的支撑框架12和温度源16。支撑框架12可套接至杆芯11的前侧部段外周并从杆芯11朝前方延伸出，使得支撑框架12悬置安装至杆芯11。杆芯11的外周上还可设有外壳20，支撑框架12可从杆芯11和外壳20之间延伸出。支撑框架12内部可设有与杆芯11的前端间隔对置的样品承载件13，样品承载件13可为样品夹以夹持样品或为样品台以放置有样品。驱动机构14可位于支撑框架12内并安装至杆芯11的前端，驱动机构14的前端可进一步设有朝向前方延伸的探针15，探针15与样品承载件13对置。驱动机构14可驱动探针15方向运动，从而对样品承载件13上的样品施加外部激励，进而可通过透射电子显微镜观察样品在该外界激励下的动态变化过程。

杆芯11和支撑框架12可由导热材料制成，并且温度源16可相对于支撑框架12间隔地安装至杆芯11。由此，温度源16与样品承载件13之间的距离可布置成使得来自温度源16的热量经由杆芯11和支撑框架12传导后达到所需的平衡温度，从而观察样品承载件13上的样品在该平衡温度下的变化。

可以理解地，驱动机构14和温度源16均可与外部控制装置电连接，以控制驱动机构14的运动和温度源16的温度，从而可观察样品承载件13上的样品在不同压力条件下和不同温度条件下的变化。可选地，驱动结构和温度源16等结构可经由安装在支撑框架12内侧并且从支撑框架12延伸出的引线管19与设于杆芯11后端的接头23连接来与外部控制装置连接。通过将所需导线均布置在引线管19内，可便于对本发明的多功能样品杆进行密封并且可简化本发明的多功能原位样品杆1的结构布置。

考虑到杆芯11的细长构造和相对于杆芯11悬置的支撑框架12，在支撑框架12的外周上设有如卡接有减振结构17。该减振结构17可沿轴向从大致驱动机构14的位置延伸至样品承载件13的后方，以改进样品承载件13的刚性和稳定性而极大减小从杆芯11传递至样品的振动。减振结构17可被设计为镂空状并且镂空形状成三角形布置，由此借助于三角形相较于其它多边形的稳定性可更好地抵抗从杆芯11传来的振动，从而提高多功能原位样品杆1抵抗振动的能力。此外，减振结构17的镂空构造也可减少从杆芯11到减振结构17的热传导。

可选地，驱动机构14可包括安装至杆芯11前端的驱动件141、布置在驱动件141前端的基座142和布置在基座142前端的探针座143。探针15布置在探针座143的前端以与样品承载件13对置。探针座143可拆卸地连接如经由弹性勾爪固定至基座142的前方球状结构上，从而在需要更换探针15时，可将探针座143与探针15一起从基座142上拆除，随后再通过松开螺丝来更换安装至探针座143上的探针15。以此方式，避免了在更换探针15时对本发明的多功能原位样品杆1的影响。可选地，探针15也可直接固定至驱动件141。此外，驱动件141可为压电陶瓷或压电电机等，从而可经由基座142和探针座143对探针15进行纳米级别的三维控制，进而对样品承载件13上的样品进行纳米级别的三维操作。

可选地，温度源16可包括沿杆芯11轴向间隔布置的冷源161如液氮罐或液氦罐等和加热器162。冷源161可大致位于杆芯11的后侧部段，而加热器162可大致位于杆芯11的中间部段。结合图1和图2可知，冷源161和加热器162均位于支撑框架12外，从而在利用冷源161降温后再经由加热器162升温，以经过一段距离达到平衡温度。可选地，支撑框架12的外周上可设有温度传感器18，从而可检测传导至支撑框架12的温度传感器18所在处的温度是否为平衡温度。温度传感器18可径向延伸穿过支撑框架12至引线管19进而沿轴向从支撑框架12穿出与加热器162和冷源161电连接，从而在检测温度不是平衡温度时可反馈给外部控制装置对加热器162和冷源161进行控制，以实现平衡温度。

其中，考虑到样品承载件13、探针15和温度传感器18邻近彼此布置，因此温度传感器18所检测到的温度可被视为样品承载件13上的样品和探针15的温度。

可选地，多功能原位样品杆1还可包括光纤20，光纤20从引线管19延伸出并与样品承载件13对置，从而可对样品承载件13上的样品进行光照控制。光纤20沿引线管19延伸的布置进一步简化了多功能样品杆的结构布置。可选地，光纤20所引入的光照可以是任意波长的普通光波，也可是经过处理得到的聚焦光或倏逝波等。

可选地，样品承载件13、探针15、探针座143以及基座142可由导电材料制成，由此可布置从引线管19延伸出以分别连接至样品承载件13和基座142的电导线21。以此方式，可经由外部控制装置利用探针15对样品施加偏压。若样品本身导电或可响应电信号，则可经由外部控制装置对样品施加不同的电激励条件，以观察样品的变化。在实际应用中，为了防止信号干扰，前端框架和样品承载件13之间可设有绝缘层22。

在另一可选实施例中，样品承载件13被设计为样品夹，则样品夹上可加盖U形片以适配于标准透射电镜样品和金丝。此外，样品夹上还可夹装附带各类传感器如温度传感器18的芯片如加热芯片和电路芯片等，从而借助加热芯片对样品夹上的样品进行温度控制和电激励控制。

应当理解，虽然本说明书是按照各实施例来描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非想要限定本发明的范围。任何本领域的技术人员在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合均应属于本发明保护的范围。