[发明专利]一种原子力显微镜样品应力施加装置

说明书

本发明提供了一种原子力显微镜样品应力施加装置，包括固定底座、中轴柱和样品台，所述样品台中部和所述固定底座之间通过所述中轴柱连接，所述固定底座与原子力显微镜的测试台可拆卸连接；所述样品台远离中轴柱的表面为弧面，用以放置样品以使样品保持与样品台表面相同的曲率。该样品应力施加装置结构简单、施加应力的工艺和材料成本低廉，且可以直接集成到原子力显微镜内，操作方便，适用于对柔性衬底的薄膜样品进行应力状态下的微观表征。

技术领域

本发明属于原子力测试技术领域，尤其涉及一种原子力显微镜样品应力施加装置。

技术背景

目前，在原子力显微镜测试中，受仪器设备限制，在测试中不能对薄膜样品施加应力，无法进行其在应力状态下的微观表征，极大的限制了应力工程在材料领域的进一步发展。

针对于无法在原子力测试中，无法对样品进行应力的施加的问题，现有技术中常见的做法是在样品薄膜材料的制作中，直接在薄膜材料底部额外增加如形状记忆合金、压电材料等衬底，利用记忆效应或者逆压电效应作为应力源，在外部激励下(如温度，电压)，形状记忆合金或压电材料制成的衬底发生形变，从而产生应力，应力向上传递给目标薄膜材料，从而获得稳定的应力源，再在原子力显微镜下进行测试。

这类薄膜样品应力施加方法普遍工艺复杂，且成本较高。以用磁控溅射制作多层膜体系为例，无论用压电材料还是形状记忆合金，都需要在高真空的情况下，用高能离子源去溅射靶材，必须在提供应力源的衬底上制作多层膜，工艺成本较高。同时，形状记忆合金与性能优异的的压电材料单价也较为昂贵，材料成本也较高，不适合广泛使用。

基于此，如果可以直接在原子力显微镜下对薄膜样品施加应力，就可以避免外加压电材料或形状记忆合金的引入，降低工艺要求与样品成本。

发明内容

本发明的目的在于一种原子力显微镜样品应力施加装置，旨在解决现有技术中对进行原子力测试的薄膜样品施加应力的方法工艺要求高且成本较高的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种原子力显微镜样品应力施加装置，包括固定底座、中轴柱和样品台，所述样品台中部和所述固定底座之间通过所述中轴柱连接，所述固定底座与原子力显微镜的测试台可拆卸连接；所述样品台远离中轴柱的表面为弧面，用以放置样品以使样品保持与样品台表面相同的曲率。

相比现有技术，本发明的原子力显微镜样品应力施加装置，将原子力显微镜原本平坦的样品台改进为弯曲度可按需要灵活定制的弧面结构，在对薄膜样品进行测试时，可以根据需要施加的应力大小，选择不同曲率半径的样品台。测试时将薄膜样品紧贴固定在样品台表面，使薄膜样品与样品台表面保持相同的曲率，从而产生应力，即可直接进行微观表征，无需其他外部激励源来来保持应力状态。因此将本发明的原子力显微镜样品应力施加装置替换原子力显微镜原有的样品台，可以方便快捷地在应力状态下进行原子力显微镜下的微观性能测试。该装置结构简单、施加应力的工艺和材料成本低廉，且可以直接集成到原子力显微镜内，适用于对柔性衬底的薄膜样品进行应力状态下的微观表征。

在一实施例中，所述样品台与所述中轴柱之间可拆卸连接。将样品台与中轴柱之间可拆卸连接，可方便地替换不同曲率的样品台，以对样品施加不同大小的应力。

在一实施例中，所述样品台与所述中轴柱、所述中轴柱与所述底座均通过粘结剂固定连接。该连接方式使得样品台与中轴柱、底座连为一体结构，可以根据需要同时定制多个样品台曲率不同的原子力显微镜样品应力施加装置，测试时样品固定在样品台后，形成整体结构，通过将多个样品分别固定在不同曲率的样品台上，测试时根据施加应力的大小需要将不同的“样品-原子力显微镜样品应力施加装置”安装到原子力显微镜的测试台上即可。

进一步地，所述固定底座上开设有螺丝孔位，所述固定底座通过螺丝孔位与原子力显微镜的测试台螺纹连接。