[发明专利]电化学体系中工件的水平检测装置、调平装置及调平方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种电化学体系中工件的水平检测装置、调平装置及调平方法。

背景技术

自从1989年巴德课题组发表关于扫描电化学显微镜(ScanningElectro-Chemical Microscope，简称SECM)研究论文以来，扫描电化学显微镜已经成为一种非常重要的电化学研究技术手段。其在高分辨率电化学成像、多相均相反应、细胞成像以及微纳加工领域获得了长足的发展。

关于扫描电化学显微镜硬件，主要包括针尖制备，针尖操纵以及电化学调制。针尖制备有超微电极，纳米电极，微纳米管。针尖操作仪器主要包括X-Y-Z步进电机、Z方向压电陶瓷及其控制器。针尖位置信息反馈主要通过针尖电流实现，另外也可以通过剪切力、原子力等实现针尖位置反馈。扫描电化学显微镜几乎应用到了所有传统电化学技术的研究，包括计时电流、计时电位、交流伏安、电化学阻抗等。另外，除了商用扫描电化学显微镜仪器，如今已发展大量的实验室自制扫描电化学显微镜仪器用于特殊研究。

工件调平对于获得高质量的渐近曲线，电化学成像，微纳加工等非常重要。目前主要使用三点调平法来调节工件水平并用气泡水平仪来检测工件水平度，其误差非常大。其中一种三点调平法包含以下几个步骤：分别在工件的三个位置做渐近曲线，并根据渐近曲线呈现的针尖在三个点的Z轴位置信息差别手动调节，使最终在三点位置得到的渐近曲线基本重合。

千分表是常用的水平测量工具，可应用于大部分场合的工件水平检测。但是，千分表为机械式输出，其精度较低，无法进行高精度的工件水平检测；此外，在电化学领域中，工件通常是位于电解液内，在这种情况下，将千分表的探头伸入电解液中通常会污染电解液，从而影响实验的正常开展。此外，如何寻找一种适合在电化学体系中检测工件水平度的装置及方法成为一项亟待解决的课题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种电化学体系中工件的水平检测装置、调平装置及调平方法，以提高电解液中工件水平检测的精度。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种电化学体系中工件的水平检测装置。该水平检测装置包括：宏微位移平台；位移台，固设于宏微位移平台确定的X-Y平面上，可在该X-Y平面上进行位移，电解池与该位移台相对静止，可随位移台的运动而运动；探针电极，固设于宏微位移平台确定的Z方向上，其检测端垂直向下浸入电解池内的电解液中，距离电解池内的工件预设距离；以及电化学工作站，其工作电极连接至探针电极，其辅助电极和参比电极均连接浸入电解池内的电解液中，控制工作电极电位恒定，检测该工作电极随位移台的运动而变化的电流信号，获得电流信号曲线，由电流信号曲线的起伏幅度获知电解池内工件的倾斜程度。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种包括上述水平检测装置的电化学体系中工件的调平装置，其还包括：可调倾斜台，固设于位移台上，可随位移台的运动而运动，电化学体系中的电解池固设于该可调倾斜台上。

根据本发明的再一个方面，又提供了一种利用上述调平装置的电化学体系中工件的调平方法，该方法包括：步骤A，将工件固定于电化学体系中电解池底部；步骤B，通过宏微位移平台移动探针电极至距离工件上方预设距离的位置；步骤C，注入电解液至电解池中；步骤D，将电化学工作站的工作电极，辅助电极和参比电极连接至电化学工作站本体，将探针电极连接至工作电极，辅助电极和参比电极浸入电解液中；步骤E，将探针电极不断向工件逼近；步骤F，启动电化学工作站；步骤G，启动位移台，使工件相对于探针电极做运动，采集探针电极的电流，获得电流信号曲线；步骤H，调节可调倾斜台，使由探针电极采集的电流信号曲线振幅不断下降，直至其电流信号曲线振幅最小，此时工件调节至水平。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明电化学体系中工件的水平检测装置、调平装置及调平方法具有以下有益效果：

(1)通过电化学工作站的电流来反馈工件水平度，使水平检测装置的精度大为提高，并且，随着电化学工作站精度的提高，该水平检测装置的检测精度存在进一步提升的空间；

(2)利用电化学显微镜的位移部分作为宏微位移平台，最大限度的节约了成本；利用电化学显微镜的探针作为工作电极来进行工件水平度检测，不会在电化学体系中引入污染；

(3)由于检测精度的提高，从而利用该水平检测装置进行工件调平的工件调平装置的精度也大大提高；