本申請(qǐng)公開(kāi)了一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù)的裝置，該裝置進(jìn)一步包括：一原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加溫模塊，用于實(shí)現(xiàn)原子力顯微鏡導(dǎo)電探針的原位加熱以及與其相互接觸的納米熱電材料微區(qū)加熱；一納米塞貝克系數(shù)原位檢測(cè)模塊，用于提供發(fā)展原位表征納米塞貝克系數(shù)裝置的原子力顯微鏡平臺(tái)，并原位實(shí)現(xiàn)所述納米熱電材料納米塞貝克電壓信號(hào)的原位激發(fā)和原位檢測(cè)，并進(jìn)而獲得納米塞貝克系數(shù)的原位定量表征結(jié)果。本申請(qǐng)將原子力顯微鏡納米檢測(cè)功能、焦耳熱效應(yīng)、熱傳導(dǎo)效應(yīng)和熱電材料塞貝克物理效應(yīng)相結(jié)合，建立起基于原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位定量表征納米塞貝克系數(shù)的新裝置。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù)的裝置，該裝置進(jìn)一步包括：一原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加溫模塊，用于實(shí)現(xiàn)原子力顯微鏡導(dǎo)電探針的原位加熱以及與其相互接觸的納米熱電材料微區(qū)加熱；一納米塞貝克系數(shù)原位檢測(cè)模塊，用于提供發(fā)展原位表征納米塞貝克系數(shù)裝置的原子力顯微鏡平臺(tái)，并原位實(shí)現(xiàn)所述納米熱電材料納米塞貝克電壓信號(hào)的原位激發(fā)和原位檢測(cè)，并進(jìn)而獲得納米塞貝克系數(shù)的原位定量表征結(jié)果。本申請(qǐng)將原子力顯微鏡納米檢測(cè)功能、焦耳熱效應(yīng)、熱傳導(dǎo)效應(yīng)和熱電材料塞貝克物理效應(yīng)相結(jié)合，建立起基于原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位定量表征納米塞貝克系數(shù)的新裝置。【專利說(shuō)明】一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝 克系數(shù)的裝置
本申請(qǐng)涉及信號(hào)檢測(cè)儀器領(lǐng)域，一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征 納米塞貝克系數(shù)的裝置。
技術(shù)介紹
在原子力顯微鏡（Atomic force microscope)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的掃描探針顯微 鏡（Scanning Probe Microscopy, SPM)已成為當(dāng)前開(kāi)展納米科學(xué)與技術(shù)研究的重要手段之 一，目前商用SPM功能模式主要包括掃描隧道顯微鏡（STM)、掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡、原子力 顯微鏡、靜電力顯微鏡及磁力顯微鏡等。SPM不僅具有極高的空間分辨率（納米級(jí)甚至原子 級(jí)），可實(shí)現(xiàn)物質(zhì)表面高分辨率的結(jié)構(gòu)成像；而且可探測(cè)納米尺度微結(jié)構(gòu)與外場(chǎng)互作用的 功能響應(yīng)，從而可原位、無(wú)損、高分辨率獲得與材料納米尺度結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的、電、磁、光等性 能。因此在AFM基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的SPM技術(shù)給納米結(jié)構(gòu)的超高分辨顯微成像、結(jié)構(gòu)操縱以 及有關(guān)納米性能的原位表征等方面帶來(lái)了革命性突破。隨著納米材料和器件的深入發(fā)展， 研究與納米熱學(xué)相關(guān)的物理性能顯得日愈重要。由此，迫切需要發(fā)展一種能夠?qū)崿F(xiàn)納米尺 度原位加熱的技術(shù)，以更好地能夠開(kāi)展與納米熱學(xué)密切關(guān)聯(lián)的納米物理功能響應(yīng)的本質(zhì)研 究。針對(duì)該急需性，本申請(qǐng)基于AFM平臺(tái)，希望發(fā)展一種能夠?qū)崿F(xiàn)AFM導(dǎo)電探針原位加熱的 方法和裝置，并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)該方法和裝置應(yīng)用于納米熱電材料微區(qū)熱電物理性能表征，以獲 得微區(qū)塞貝克系數(shù)物理參量的超高分辨原位定量表征結(jié)果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
基于目前納米材料物理性能表征之迫切需求，本申請(qǐng)基于AFM納米平臺(tái)發(fā)展了一 種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱裝置，并成功應(yīng)用納米熱電材料微區(qū)塞貝克系數(shù)的超高 分辨原位定量表征，為納米材料有關(guān)與熱學(xué)相關(guān)的物理功能響應(yīng)深入研究及有關(guān)納米器件 的物性評(píng)價(jià)提供了一種原理簡(jiǎn)單、測(cè)試直接的原位納米表征技術(shù)。 本申請(qǐng)目的在于提供一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克 系數(shù)的方法，該方法將原子力顯微鏡納米檢測(cè)功能、焦耳熱效應(yīng)、熱傳導(dǎo)效應(yīng)和熱電材料塞 貝克物理效應(yīng)相結(jié)合，建立起基于原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位定量表征納米塞 貝克系數(shù)的新技術(shù)。該新型納米方法具有納米尺度原位加熱、原位同步表征的獨(dú)特功能，且 具有納米級(jí)超高分辨率、高靈敏度、高信噪比、測(cè)試直接等優(yōu)點(diǎn)。本申請(qǐng)所述的關(guān)鍵技術(shù)裝 置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、兼容性強(qiáng)，適與不同商用AFM系統(tǒng)相結(jié)合，是一項(xiàng)易于推廣和應(yīng)用的新技術(shù)。 為了實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)公開(kāi)了一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原 位表征納米塞貝克系數(shù)的裝置，用于原位加熱原子力顯微鏡導(dǎo)電探針、原位定量表征納米 熱電材料納米塞貝克系數(shù)，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括： -原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加溫模塊，用于實(shí)現(xiàn)原子力顯微鏡導(dǎo)電探針的原位 加熱以及與其相互接觸的納米熱電材料微區(qū)加熱； -納米塞貝克系數(shù)原位檢測(cè)模塊，用于提供發(fā)展原位表征納米塞貝克系數(shù)裝置的 原子力顯微鏡平臺(tái)，并原位實(shí)現(xiàn)所述納米熱電材料納米塞貝克電壓信號(hào)的原位激發(fā)和原位 檢測(cè)，并進(jìn)而獲得納米塞貝克系數(shù)的原位定量表征結(jié)果。 比較好的是，本專利技術(shù)所揭示的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納 米塞貝克系數(shù)的裝置，其特征在于， 所述原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加溫模塊進(jìn)一步包括： 一 AFM探針支架，一絕緣底座，一探針底座，一發(fā)熱體支架，一發(fā)熱體，一激勵(lì)源和 一 AFM導(dǎo)電探針，所述AFM導(dǎo)電探針包括一導(dǎo)電探針微懸臂和一導(dǎo)電探針針尖，其中，所述 AFM探針支架、所述絕緣底座、所述發(fā)熱體支架、所述發(fā)熱體依次相連，所述探針底座與所述 發(fā)熱體支架獨(dú)立平行置于所述絕緣底座上并與所述導(dǎo)電探針微懸臂相連，實(shí)現(xiàn)所述AFM導(dǎo) 電探針?lè)€(wěn)定安置；所述發(fā)熱體置于剛性薄層結(jié)構(gòu)狀的發(fā)熱體支架上并與激勵(lì)源相連，實(shí)現(xiàn) 發(fā)熱體發(fā)熱并對(duì)置于其上并緊密連接的所述導(dǎo)電探針微懸臂進(jìn)行加熱，該熱量經(jīng)所述導(dǎo)電 探針微懸臂傳導(dǎo)于與其一體化連接的所述導(dǎo)電探針針尖，從而實(shí)現(xiàn)所述導(dǎo)電探針針尖原位 加熱。 比較好的是，本專利技術(shù)所揭示的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納 米塞貝克系數(shù)的裝置，其特征在于， 所述發(fā)熱體具熱敏電阻特性，其表面覆裹一絕緣漆層，可高效傳熱而不導(dǎo)通。 比較好的是，本專利技術(shù)所揭示的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納 米塞貝克系數(shù)的裝置，其特征在于， 所述導(dǎo)電探針具有微區(qū)加熱源、信號(hào)檢測(cè)源的功能，其工作模式為原子力顯微鏡 接觸模式。 比較好的是，本專利技術(shù)所揭示的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納 米塞貝克系數(shù)的裝置，其特征在于， 所述AFM導(dǎo)電探針與被測(cè)納米熱電材料樣品互作用接觸面積為10-30nm，所述AFM 導(dǎo)電探針的作用力為3nN-100nN，所述AFM導(dǎo)電探針的加熱電壓為0. 5V-10V。 比較好的是，本專利技術(shù)所揭示的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納 米塞貝克系數(shù)的裝置，其特征在于， 所述一納米塞貝克系數(shù)原位檢測(cè)模塊進(jìn)一步包括： - AFM平臺(tái)，一納米熱電材料樣品，一磁性金屬墊層，一低信號(hào)引出端，一高信號(hào) 引出端，一高靈敏電壓計(jì)，一數(shù)據(jù)處理顯示模塊；其中，所述一納米熱電材料與所述導(dǎo)電探 針針尖相互接觸時(shí)，將由于加熱所述導(dǎo)電探針針尖在被測(cè)納米熱電材料樣品和所述導(dǎo)電探 針針尖相接觸的納米尺度加熱區(qū)與非接觸的未加熱區(qū)之間原位激發(fā)納米尺度塞貝克電壓 信號(hào)；所述一低信號(hào)引出端和一高信號(hào)引出端共同輸出納米塞貝克電壓信號(hào)，并與所述高 靈敏度電壓計(jì)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米尺度塞貝克電壓信號(hào)的原位檢測(cè)，進(jìn)而獲得納米尺度塞貝 克系數(shù)原位定量表征結(jié)果。 本申請(qǐng)的原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù)的裝置只需 直接加熱并直接檢測(cè)納米熱電材料微區(qū)塞貝克電壓信號(hào)即可直接獲得納米塞貝克系數(shù)的 獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。該方法拓展了現(xiàn)有商用原子力顯微鏡所不具有的導(dǎo)電探針原位加熱和原位評(píng)價(jià) 熱電物性功能，為有關(guān)AFM技術(shù)的深入發(fā)展以及納米材料相關(guān)納米尺度熱物性研究提供了 重要的原位納米表征新方法。 【專利附圖】【附圖說(shuō)明】 下面，參照附圖，對(duì)于熟悉本
的人員而言，從對(duì)本申請(qǐng)的詳細(xì)描述中，本 申請(qǐng)的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。 圖1示意出本申請(qǐng)的AFM導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù)的原理 圖； 圖2示意出本申請(qǐng)的原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù) 的裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù)的裝置，用于原位加熱原子力顯微鏡導(dǎo)電探針、原位定量表征納米熱電材料納米塞貝克系數(shù)，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括：一原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加溫模塊，用于實(shí)現(xiàn)原子力顯微鏡導(dǎo)電探針的原位加熱以及與其相互接觸的納米熱電材料微區(qū)加熱；一納米塞貝克系數(shù)原位檢測(cè)模塊，用于提供發(fā)展原位表征納米塞貝克系數(shù)裝置的原子力顯微鏡平臺(tái)，并原位實(shí)現(xiàn)所述納米熱電材料納米塞貝克電壓信號(hào)的原位激發(fā)和原位檢測(cè)，并進(jìn)而獲得納米塞貝克系數(shù)的原位定量表征結(jié)果。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曾華榮，徐琨淇，陳立東，趙坤宇，李國(guó)榮，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31
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