掃描(miao)探針顯微(wei)鏡是目前一種用途廣(guang)泛的表面分析(xi)儀器,它(ta)不僅廣(guang)泛應(ying)用于物理、化學、生物、醫學等(deng)基礎研(yan)究(jiu)領(ling)域,還在微(wei)納制造和微(wei)電子等(deng)的應(ying)用研(yan)究(jiu)領(ling)域中發揮著(zhu)越來越重(zhong)要的作用。然而,目前(qian)商業化的掃描探針(zhen)顯微鏡主要為單一(yi)探針(zhen)的工作(zuo)模式,其功能相(xiang)對單一(yi),難以實現一(yi)些較為復(fu)雜的實驗及檢測功能。

    例(li)如,在(zai)特殊(shu)環境(jing)下(如真(zhen)空或輻射環境(jing))的(de)微觀(guan)磨(mo)(mo)損實(shi)驗中(zhong)(zhong),若采(cai)用(yong)單一探(tan)針(zhen)模式,在(zai)完成磨(mo)(mo)損實(shi)驗后,需(xu)要更(geng)換(huan)曲率半徑更(geng)小的(de)針(zhen)尖才(cai)能(neng)對(dui)表面(mian)磨(mo)(mo)損區域進行(xing)原(yuan)位的(de)高(gao)分(fen)辨形貌掃描與觀(guan)測(ce)。然(ran)而,在(zai)更(geng)換(huan)針(zhen)尖的(de)過程中(zhong)(zhong),微觀(guan)磨(mo)(mo)損的(de)實(shi)驗環境(jing)勢必(bi)會遭(zao)到破壞,使試樣暴露在(zai)大氣中(zhong)(zhong),由(you)此(ci)引(yin)發的(de)氧化、電化學作用(yong)、表面(mian)污染等將可(ke)能(neng)造成試驗結果偏離真(zhen)實(shi),不利于對(dui)實(shi)驗結果的(de)科(ke)學分(fen)析。因此(ci),亟需(xu)研發可(ke)用(yong)于原(yuan)位實(shi)驗和觀(guan)測(ce)的(de)掃描探(tan)針(zhen)顯微鏡多探(tan)針(zhen)原(yuan)位檢測(ce)系統,實(shi)現不同功能(neng)探(tan)針(zhen)的(de)協同檢測(ce)與分(fen)析。

    基(ji)于上(shang)述需求,本(ben)論文(wen)在(zai)掃(sao)描探(tan)針顯微鏡的(de)平臺(tai)上(shang),通過設計高(gao)(gao)精度的(de)移(yi)動定(ding)位(wei)平臺(tai)、可長距離移(yi)動的(de)多(duo)探(tan)針裝夾裝置、光學窗口(kou)以及系統各部(bu)分密封(feng)裝置,開發出(chu)了一套(tao)低成(cheng)本(ben)、高(gao)(gao)效率(lv)、穩定(ding)性好的(de)手動式(shi)多(duo)探(tan)針原位(wei)檢測系統；在(zai)此基(ji)礎(chu)上(shang),進(jin)一步提出(chu)了具有更高(gao)(gao)探(tan)針定(ding)位(wei)精度、高(gao)(gao)自動化程度、集(ji)成(cheng)拉曼光譜的(de)多(duo)功能組合(he)探(tan)針系統結構的(de)設計方案。

基于上述(shu)研(yan)究,本文(wen)的主(zhu)要工作及創(chuang)新(xin)點如(ru)下：

(1)研(yan)制出(chu)了(le)一套低成本、高(gao)(gao)效率、穩(wen)定(ding)性好的手動(dong)式(shi)多(duo)功(gong)能組(zu)合(he)探(tan)針(zhen)(zhen)(zhen)原(yuan)位(wei)檢測(ce)(ce)系(xi)統(tong)。通過(guo)設計手動(dong)高(gao)(gao)精(jing)度定(ding)位(wei)平臺、探(tan)針(zhen)(zhen)(zhen)支(zhi)撐結構、光學(xue)窗口以(yi)及系(xi)統(tong)綜合(he)密封(feng),實現了(le)多(duo)功(gong)能組(zu)合(he)探(tan)針(zhen)(zhen)(zhen)系(xi)統(tong)與掃描探(tan)針(zhen)(zhen)(zhen)顯微鏡的有效匹(pi)配(pei)；在此基礎上,設計和加工了(le)手動(dong)式(shi)多(duo)功(gong)能組(zu)合(he)探(tan)針(zhen)(zhen)(zhen)原(yuan)位(wei)檢測(ce)(ce)系(xi)統(tong)。

(2)研(yan)制了(le)一(yi)套簡(jian)易(yi)的適用于(yu)真空(kong)(kong)長(chang)距離、復(fu)雜結(jie)構、大溫差跨(kua)度(du)(du)的溫度(du)(du)測(ce)(ce)量系(xi)統。針對(dui)SPI3800N掃描探(tan)針顯微鏡真空(kong)(kong)腔體結(jie)構特點,選擇了(le)鉑熱電阻(zu)傳(chuan)感(gan)器(qi)和XMT806型智能PID溫控(kong)儀,并(bing)通過三線制接法消除由于(yu)導線自身(shen)電阻(zu)產生的溫度(du)(du)測(ce)(ce)量誤差。該系(xi)統適用于(yu)中低真空(kong)(kong)環境,具有結(jie)構簡(jian)單,測(ce)(ce)量精準(zhun),成本較低等優點。

(3)為實現掃(sao)描探針(zhen)(zhen)技(ji)(ji)術-微(wei)區拉曼兩種技(ji)(ji)術的(de)(de)聯用,提出兩種集成(cheng)拉曼光(guang)譜的(de)(de)自動式多功能(neng)組合(he)探針(zhen)(zhen)系(xi)統(tong)初步結(jie)(jie)構設(she)(she)(she)計方案(an)。根據設(she)(she)(she)備的(de)(de)工作要求,選擇(ze)合(he)適的(de)(de)壓電定(ding)位(wei)器,并通過探針(zhen)(zhen)載動圓盤結(jie)(jie)合(he)探針(zhen)(zhen)夾具(ju)設(she)(she)(she)計出探針(zhen)(zhen)定(ding)位(wei)平(ping)臺；在此基礎上(shang),進(jin)(jin)一(yi)步給出拉曼物鏡“外置式”和“內置式”兩種多功能(neng)組合(he)探針(zhen)(zhen)系(xi)統(tong)的(de)(de)設(she)(she)(she)計方案(an)。以(yi)上(shang)設(she)(she)(she)備的(de)(de)研(yan)(yan)制,將有(you)利于(yu)增強特定(ding)測試工況(kuang)下微(wei)觀摩擦磨損實驗結(jie)(jie)果的(de)(de)真(zhen)實性(xing)和可信度。相關的(de)(de)研(yan)(yan)究成(cheng)果不(bu)僅(jin)有(you)助于(yu)豐(feng)富納米(mi)摩擦學的(de)(de)基礎理論體系(xi),還(huan)有(you)望(wang)促進(jin)(jin)掃(sao)描探針(zhen)(zhen)技(ji)(ji)術應用的(de)(de)進(jin)(jin)一(yi)步拓(tuo)展(zhan)。