[发明专利]一种拉曼原子力显微检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种拉曼原子力显微检测装置及方法。用于实时在线地进行样品的微纳米形貌结构和显微拉曼光谱的观察和测量。

背景技术

随着微纳米技术的快速发展，对实现微纳米结构检测及性能表征的微纳米检测设备也提出了更高要求。原子力显微镜（AFM）技术及仪器，是微纳米技术领域应用最广泛的工具之一，包括常规原子力，液相/电化学原子力，接触模式原子力，轻敲模式原子力，大样品原子力等。但原子力只能探测到样品表面的形貌信息而不能判断样品的成分，而拉曼光谱技术能够提供分子结构信息，可以对样品的化学成分给出定性识别，且具有信息丰富、制样简单、水的干扰小等独特的优点。因此，近年来，国外研究者致力于将原子力微纳米扫描成像与拉曼光谱显微探测相结合的拉曼 原子力技术，拓展了原子力及拉曼光谱技术的应用范畴。但是，此类拉曼 原子力技术，总体上被国外大公司所垄断，其价格通常在数十万美元以上，而且操作相当复杂，这些因素都在很大程度上制约了拉曼 原子力技术的普及，特别是在我国的推广应用。而另一方面，国内外对可实现原子力显微成像与拉曼光谱同步检测的拉曼 原子力有着越来越迫切的需求。为此，本发明旨在研发可用于微纳米结构与拉曼光谱同步检测的原子力显微镜（原子力）系统，操作简单，应用范围广；同时，这一集原子力和显微拉曼光谱于一体的特种高端技术设备，可打破国外技术的垄断，在光学与光子学、材料学、物理学、化学、高分子科学、生物医学、石化、地质科学及微纳米技术等诸多重要领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种拉曼原子力显微检测装置及方法。

拉曼原子力显微检测装置包括原子力显微探头、拉曼光谱显微探测头、光学显微镜、滑动块、光学平台、Y向步进电控平移台、样品台、待测样品、第一固定块、第二固定块、第一支撑柱、第二支撑柱、支撑横梁、 X向步进电控平移台、L型固定块、Z向移动轨道、原子力显微探头横梁；光学平台上一侧从上到下顺次设有第一支撑柱、第一固定块，光学平台上另一侧从上到下顺次设有第二支撑柱、第二固定块，第一支撑柱、第二支撑柱上端固定有支撑横梁，支撑横梁上方设有X向步进电控平移台，X向步进电控平移台上设有滑动块，滑动块下端设有Z向移动轨道，在Z向移动轨道上设有L型固定块，在L型固定块上设有原子力显微探头横梁，在原子力显微探头横梁上设有原子力显微探头，在原子力显微探头的两侧分别设有拉曼光谱显微探测头和光学显微镜，光学平台上从下到上顺次设有Y向步进电控平移台、样品台、待测样品。

所述的原子力显微探头包括X向压电陶瓷管压、Y向压电陶瓷管压、Z向压电陶瓷管压、第一激光器、光电探测筒、第三固定块、第四固定块、微悬臂探针、第一小透镜、第二小透镜、光电探测器、前置放大器、信号处理与控制放大模块、 A/D&D/A接口卡、计算机、图像显示屏；在原子力显微探头横梁上安装有Z向压电陶瓷管、第一激光器、光电探测筒，Z向压电陶瓷管下端顺次安装有第三固定块、第四固定块、微悬臂探针，第三固定块上安装X向压电陶瓷管、Y向压电陶瓷管、第一小透镜，光电探测筒内安装有第二小透镜和光电探测器，光电探测器、前置放大器、 信号处理与控制放大模块、A/D&D/A接口卡、计算机、图像显示屏顺次相连，由X向压电陶瓷管压、Y向压电陶瓷管压、Z向压电陶瓷管压构成的压电扫描器同时通过导线和信号处理与控制放大模块相连，扫描器控制信号由计算机产生，通过A/D&D/A接口卡再到信号处理与控制放大模块。

所述的拉曼光谱显微探测头包括第二激光器、第一光纤、拉曼探测器、第二光纤、显微物镜、第三光纤、第四光纤、光谱仪模块；第二激光器、拉曼探测器、显微物镜顺次通过第一光纤和第二光纤相连接，显微物镜同时顺次通过第三光纤、第四光纤与拉曼探测器和光谱仪模块相连接，最后通过USB接口和计算机相连接，进行数据处理和分析。