[发明专利]扫描卡西米尔力显微镜及使用方法

权利要求书

1.一种扫描卡西米尔力显微镜，包括：

扫描管，用于放置样品；

样品控制器，用于发出控制所述扫描管移动的控制信号；

计算机控制系统，用于接收所述控制信号并依此控制所述扫描管的移动；

激光器，用于发出激光；

卡西米尔力探针，包括悬臂梁和位于悬臂梁端部的球状测量针尖，所述悬臂梁上设有反射面，用于反射所述激光器发出的激光；所述测量针尖用于与所述样品产生卡西米尔效应；

四象限接收器，用于接收所述悬臂梁的反射面反射的激光以及将所述激光转换成电压信号；以及

四象限信号读出器，用于读取所述四象限接收器的电压信号从而确定卡西米尔力的大小。

2.如权利要求1所述的扫描卡西米尔力显微镜，其中，所述扫描卡西米尔力显微镜还包括：

显微镜探头，用于实时观测所述测量针尖、所述样品、所述激光斑点的位置；

显微镜底座，用于放置并固定所述扫描管；以及

计算机显示器，用于显示所述计算机控制系统接收的控制信号的程序。

3.如权利要求1所述的扫描卡西米尔力显微镜，其中，所述测量针尖为表面为金属的球；

所述表面为金属的球为表面镀金的聚苯乙烯球。

4.如权利要求3所述的扫描卡西米尔力显微镜，其中，所述聚苯乙烯球的直径在20微米至100微米之间。

5.如权利要求1所述的扫描卡西米尔力显微镜，其中，所述悬臂梁的弹性系数在0.02N/m至0.06N/m之间。

6.如权利要求1所述的扫描卡西米尔力显微镜，其中，所述悬臂梁的材料为SiN。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的扫描卡西米尔力显微镜的使用方法，包括：

将样品放置于扫描管上；

测量所述样品表面的倾斜度以进行斜面校正；

将测量针尖与扫描管上的样品接触后再脱离接触，确定施加于扫描管竖直方向上的电压值和所述测量针尖与所述样品的距离之间的关系，保持所述测量针尖的高度固定；

利用样品控制器发出控制所述扫描管的移动的信号，并作用于计算机控制系统，使所述计算机控制系统控制所述扫描管根据所述斜面倾斜度进行移动，从而使所述测量针尖对所述样品的表面上方进行扫描；

在扫描时激光器发出的激光经悬臂梁反射至四象限接收器转换成电压信号后，由四象限信号读出器读出所述电压信号，从而通过所述电压信号确定卡西米尔力的大小。

8.如权利要求7所述的使用方法，其中，所述计算机系统通过控制加在所述扫描管上的电压来控制所述扫描管的移动。

9.如权利要求7所述的使用方法，其中，对所述样品表面进行斜面校正的方法包括：

使测量针尖与样品接触后分离，得到此时所述测量针尖与所述样品的距离H₁；

使样品水平移动一段距离L，再使所述样品与所述测量针尖接触，得到样品水平移动后与所述测量针尖的距离为H₂；

所述样品表面的斜面倾斜度为(H₁-H₂)/L。

10.如权利要求7所述的使用方法，其中，所述测量针尖与所述样品之间的距离小于1000nm；

所述测量针尖对所述样品扫描的频率为0.1Hz-1Hz。