本發明專利技術不同定位方向的壓電片輪流疊放的壓電堆棧定位器，包括X定位壓電片，Y定位壓電片，其特征是所述X定位壓電片和Y定位壓電片交替疊放固定成堆棧結構，其中X定位壓電片之間的連接為機械串聯且電學并聯，Y定位壓電片之間的連接也為機械串聯且電學并聯。本發明專利技術也可由X定位壓電片、Y定位壓電片和Z定位壓電片三者輪流疊放固定成堆棧，構成三個定位方向的壓電片輪流疊放的壓電堆棧定位器。本發明專利技術各個一維定位壓電堆棧定位器互為負載且負載相同，所以在各個不同定位方向上定位完全對稱，從根本上消除了成像畸變、溫漂，提高了定位精度，同時保持了壓電堆棧定位器特有的優越特性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種壓電定位器，特別涉及一種不同定位方向的壓電片輪流疊放的壓電堆棧定位器，屬于壓電定位器
技術介紹
掃描探針顯微鏡(scanning probe microscope,簡稱SPM)以其原子、甚至亞原子的真實空間分辨能力而成為納米技術、原子操縱、量子調控、分子生命科學、材料和表面催化化學等眾多重要科技戰略領域的關鍵工具。其核心部件是一個能夠帶動探針相對于樣品表面做掃描運動的XY兩方向(兩維)或XYZ三方向(三維)定位的壓電定位器(piezoelectric positioner)。多年來一直流行的這種壓電定位器為外電極四象限均勻分割的壓電掃描管(piezoelectric tube scanner)。該壓電掃描管的缺點是(I)驅動力小，因為壓電掃描管的壁很薄(加厚則定位范圍就小了)，絕大部分尺寸是空的，能產生推力的 總壓電材料量很少；(2)掃描速度慢，因為尺寸較大(絕大部分尺寸是空的)，特征頻率低；不同方向的定位相互有干擾，因為不同方向的位移都是對同一整體的壓電體產生形變來獲得的，一個方向的形變會牽動另一個方向的形變。這些問題在我們不斷追逐更高掃描探針顯微鏡成像質量時變得日益重要。為了解決這些重要的問題，現今又出現了壓電堆棧(Piezo stack)定位器。對于一維定位的壓電堆棧定位器，其結構為把沿X方向定位的X定位壓電片疊放固定成堆棧結構，各X定位壓電片之間的連接為機械串聯且電學并聯。其優點為(I)雖然每個壓電片的尺寸較小，其壓電形變因而也較小，但多個壓電片機械串聯后的總形變是各壓電片形變相加，是不小的；(2)整個壓電堆棧可做成沒有空心，因而在同等外部尺寸條件下能給出更大的推力；(3)雖然整個壓電堆棧的尺寸可以較大(以獲得大推力)，但每個壓電片由于尺寸小，特征頻率很高，可以快速形變，且由于各壓電片之間是電學并聯的，同一個驅動信號被同時加到了所有壓電片上，所以每個壓電片的同時快速形變導致整個壓電堆棧的形變速度是很快的，從而實現快速掃描。通常，上述一維定位的壓電堆棧定位器是不能制成掃描探針顯微鏡的，因為表面成像至少需要兩維掃描(定位)。現有技術的二維定位壓電堆棧定位器(又稱為XY定位壓電堆棧定位器)只是簡單地由兩個一維定位壓電堆棧定位器按定位方向相互垂直來疊放構成(見附圖I)。類似地，現有技術的三維定位壓電堆棧定位器(又稱為XYZ定位壓電堆棧定位器)也簡單地由三個一維定位壓電堆棧定位器按定位方向相互垂直來疊放構成。這就出現了一個嚴重問題處在上層的一維定位壓電堆棧定位器就成了處在下層(更接近基座)的一維定位壓電堆棧定位器的負載(見附圖I)，導致各個一維定位壓電堆棧定位器的負載很不一樣，這進一步導致(I)掃描不對稱，致使圖像有畸變，(2)推力不對稱，其中有一個定位方向(在底層，最靠近基座)的負載特別大(其它定位方向的壓電堆棧定位器也為其負載)，定位能力特別差，致使總體定位精度下降，(4)不同方向的特征頻率不相等，熱漂移不能按照對稱性相抵消，致使溫漂大，不能穩定追蹤同一個原子。在本專利技術中，我們提出把不同方向定位的壓電片輪流疊放以形成均勻混合穿插的堆棧結構，且屬于同一定位方向的壓電片之間仍然保持機械串聯和電學并聯的連接，實現不同方向上定位的高度對稱性。
技術實現思路
本專利技術的目的為了解決現有多維壓電堆棧定位器中不同定位方向上定位的不對稱性，提出一種不同定位方向的壓電片輪流疊放的壓電堆棧定位器。本專利技術實現上述目的的技術方案是本專利技術不同定位方向的壓電片輪流疊放的壓電堆棧定位器，包括X定位壓電片，Y定位壓電片，其特征是所述X定位壓電片和Y定位壓電片交替疊放固定成堆棧結構，其中X定位壓電片之間的連接為機械串聯且電學并聯，Y定位壓電片之間的連接也為機械串聯且電學并聯。所述的不同定位方向的壓電片輪流疊放的壓電堆棧定位器，其特征是所述的X定位壓電片和Y定位壓電片是切向壓電片。本專利技術不同定位方向的壓電片輪流疊放的壓電堆棧定位器，包括X定位壓電片，Y定位壓電片，Z定位壓電片，其特征是所述X定位壓電片、Y定位壓電片和Z定位壓電片三者輪流疊放固定成堆棧結構，其中X定位壓電片之間的連接為機械串聯且電學并聯，Y定位壓電片之間的連接也為機械串聯且電學并聯，Z定位壓電片之間的連接也為機械串聯且電學并聯。所述的不同定位方向的壓電片輪流疊放的壓電堆棧定位器，其特征是所述的X定位壓電片和Y定位壓電片是切向壓電片。本專利技術的工作原理為對于兩維定位的情況，由于X定位壓電片和Y定位壓電片交替疊放固定成堆棧結構，就不存在某個完整的一維定位壓電堆棧定位器是另一個完整的一維定位壓電堆棧定位器的負載問題，因為此時兩個一維定位壓電堆棧定位器是我中有你、你中有我，相互均勻穿插，互為負載且負載相同，所以在兩個不同定位方向上定位是對稱的，實現了本專利技術的目的，而其中X定位壓電片之間的連接為機械串聯且電學并聯，Y定位壓電片之間的連接也為機械串聯且電學并聯，使得各方向上的形變依舊像單獨一維壓電堆棧定位器那樣工作，保持了單獨一維壓電堆棧定位器的原有的優越特性(推力大，響應快，干擾小)。對于三維定位的情況，由于X定位壓電片、Y定位壓電片和Z定位壓電片三者輪流疊放固定成堆棧結構，就不存在某個一維定位壓電堆棧定位器是另一個一維定位壓電堆棧定位器的負載問題，因為此時三個一維定位壓電堆棧定位器是我中有你、你中有我，相互均勻穿插，互為負載且負載相同，所以在三個不同定位方向上定位是對稱的，實現了本專利技術的目的，而其中X定位壓電片之間的連接為機械串聯且電學并聯，Y定位壓電片之間的連接也為機械串聯且電學并聯，Z定位壓電片之間的連接也為機械串聯且電學并聯，使得各方向上的形變依舊像單獨一維壓電堆棧定位器那樣工作，保持了單獨一維壓電堆棧定位器原有的優越特性。根據上述原理可以看出，本專利技術的有益效果體現在各個一維定位壓電堆棧定位器互為負載且負載相同，所以在各個不同定位方向上定位完全對稱，從根本上消除了成像畸變、溫漂，提高了定位精度，同時保持了壓電堆棧定位器特有的優越特性。附圖說明圖I是傳統兩維定位的XY定位壓電堆棧定位器結構示意圖。圖2是本專利技術兩個不同方向定位的壓電片輪流疊放的壓電堆棧定位器結構示意圖。圖3是本專利技術三個不同方向定位的壓電片輪流疊放的壓電堆棧定位器結構示意圖。圖中標號1X定位壓電片、2Y定位壓電片、3Z定位壓電片、4機械串聯且電學并聯連接。 以下通過具體實施方式和結構附圖對本專利技術作進一步的描述。具體實施例方式實施例I :兩個不同方向定位的壓電片輪流疊放的壓電堆棧定位器參見附圖2，本實施例兩個不同方向定位的壓電片輪流疊放的壓電堆棧定位器，包括X定位壓電片1，Y定位壓電片2，其特征是所述X定位壓電片I和Y定位壓電片2交替疊放固定成堆棧結構，其中X定位壓電片I之間的連接為機械串聯且電學并聯4，Y定位壓電片2之間的連接也為機械串聯且電學并聯I。本實施例的工作原理為由于X定位壓電片I和Y定位壓電片2交替疊放固定成堆棧結構，就不存在某個完整的一維定位壓電堆棧定位器是另一個完整的一維定位壓電堆棧定位器的負載問題，因為此時兩個一維定位壓電堆棧定位器是我中有你、你中有我，相互均勻穿插，互為負載且負載相同，所以在兩個不同定位方向上定位是對稱的，實現了本專利技術的目的，而其中X定位壓電片I本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種不同定位方向的壓電片輪流疊放的壓電堆棧定位器，包括X定位壓電片，Y定位壓電片，其特征是所述X定位壓電片和Y定位壓電片交替疊放固定成堆棧結構，其中X定位壓電片之間的連接為機械串聯且電學并聯，Y定位壓電片之間的連接也為機械串聯且電學并聯。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：陸輕鈾，
申請(專利權)人：中國科學院合肥物質科學研究院，
類型：發明
國別省市：
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