国产自产21区,亚洲97,免费毛片网,国产啪视频,青青青国产在线观看,国产毛片一区二区三区精品

一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù)的裝置制造方法
【專利摘要】本申請公開了一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù)的裝置，該裝置進(jìn)一步包括：一原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加溫模塊，用于實現(xiàn)原子力顯微鏡導(dǎo)電探針的原位加熱以及與其相互接觸的納米熱電材料微區(qū)加熱；一納米塞貝克系數(shù)原位檢測模塊，用于提供發(fā)展原位表征納米塞貝克系數(shù)裝置的原子力顯微鏡平臺，并原位實現(xiàn)所述納米熱電材料納米塞貝克電壓信號的原位激發(fā)和原位檢測，并進(jìn)而獲得納米塞貝克系數(shù)的原位定量表征結(jié)果。本申請將原子力顯微鏡納米檢測功能、焦耳熱效應(yīng)、熱傳導(dǎo)效應(yīng)和熱電材料塞貝克物理效應(yīng)相結(jié)合，建立起基于原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位定量表征納米塞貝克系數(shù)的新裝置。
【專利說明】一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝 克系數(shù)的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及信號檢測儀器領(lǐng)域，一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征 納米塞貝克系數(shù)的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在原子力顯微鏡（Atomic force microscope)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的掃描探針顯微 鏡（Scanning Probe Microscopy, SPM)已成為當(dāng)前開展納米科學(xué)與技術(shù)研究的重要手段之 一，目前商用SPM功能模式主要包括掃描隧道顯微鏡（STM)、掃描近場光學(xué)顯微鏡、原子力 顯微鏡、靜電力顯微鏡及磁力顯微鏡等。SPM不僅具有極高的空間分辨率（納米級甚至原子 級），可實現(xiàn)物質(zhì)表面高分辨率的結(jié)構(gòu)成像；而且可探測納米尺度微結(jié)構(gòu)與外場互作用的 功能響應(yīng)，從而可原位、無損、高分辨率獲得與材料納米尺度結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的、電、磁、光等性 能。因此在AFM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的SPM技術(shù)給納米結(jié)構(gòu)的超高分辨顯微成像、結(jié)構(gòu)操縱以 及有關(guān)納米性能的原位表征等方面帶來了革命性突破。隨著納米材料和器件的深入發(fā)展， 研究與納米熱學(xué)相關(guān)的物理性能顯得日愈重要。由此，迫切需要發(fā)展一種能夠?qū)崿F(xiàn)納米尺 度原位加熱的技術(shù)，以更好地能夠開展與納米熱學(xué)密切關(guān)聯(lián)的納米物理功能響應(yīng)的本質(zhì)研 究。針對該急需性，本申請基于AFM平臺，希望發(fā)展一種能夠?qū)崿F(xiàn)AFM導(dǎo)電探針原位加熱的 方法和裝置，并進(jìn)而實現(xiàn)該方法和裝置應(yīng)用于納米熱電材料微區(qū)熱電物理性能表征，以獲 得微區(qū)塞貝克系數(shù)物理參量的超高分辨原位定量表征結(jié)果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 基于目前納米材料物理性能表征之迫切需求，本申請基于AFM納米平臺發(fā)展了一 種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱裝置，并成功應(yīng)用納米熱電材料微區(qū)塞貝克系數(shù)的超高 分辨原位定量表征，為納米材料有關(guān)與熱學(xué)相關(guān)的物理功能響應(yīng)深入研究及有關(guān)納米器件 的物性評價提供了一種原理簡單、測試直接的原位納米表征技術(shù)。
[0004] 本申請目的在于提供一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克 系數(shù)的方法，該方法將原子力顯微鏡納米檢測功能、焦耳熱效應(yīng)、熱傳導(dǎo)效應(yīng)和熱電材料塞 貝克物理效應(yīng)相結(jié)合，建立起基于原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位定量表征納米塞 貝克系數(shù)的新技術(shù)。該新型納米方法具有納米尺度原位加熱、原位同步表征的獨特功能，且 具有納米級超高分辨率、高靈敏度、高信噪比、測試直接等優(yōu)點。本申請所述的關(guān)鍵技術(shù)裝 置結(jié)構(gòu)簡單、兼容性強，適與不同商用AFM系統(tǒng)相結(jié)合，是一項易于推廣和應(yīng)用的新技術(shù)。
[0005] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開了一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原 位表征納米塞貝克系數(shù)的裝置，用于原位加熱原子力顯微鏡導(dǎo)電探針、原位定量表征納米 熱電材料納米塞貝克系數(shù)，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括：
[0006] -原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加溫模塊，用于實現(xiàn)原子力顯微鏡導(dǎo)電探針的原位 加熱以及與其相互接觸的納米熱電材料微區(qū)加熱；
[0007] -納米塞貝克系數(shù)原位檢測模塊，用于提供發(fā)展原位表征納米塞貝克系數(shù)裝置的 原子力顯微鏡平臺，并原位實現(xiàn)所述納米熱電材料納米塞貝克電壓信號的原位激發(fā)和原位 檢測，并進(jìn)而獲得納米塞貝克系數(shù)的原位定量表征結(jié)果。
[0008] 比較好的是，本發(fā)明所揭示的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納 米塞貝克系數(shù)的裝置，其特征在于，
[0009] 所述原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加溫模塊進(jìn)一步包括：
[0010] 一 AFM探針支架，一絕緣底座，一探針底座，一發(fā)熱體支架，一發(fā)熱體，一激勵源和 一 AFM導(dǎo)電探針，所述AFM導(dǎo)電探針包括一導(dǎo)電探針微懸臂和一導(dǎo)電探針針尖，其中，所述 AFM探針支架、所述絕緣底座、所述發(fā)熱體支架、所述發(fā)熱體依次相連，所述探針底座與所述 發(fā)熱體支架獨立平行置于所述絕緣底座上并與所述導(dǎo)電探針微懸臂相連，實現(xiàn)所述AFM導(dǎo) 電探針穩(wěn)定安置；所述發(fā)熱體置于剛性薄層結(jié)構(gòu)狀的發(fā)熱體支架上并與激勵源相連，實現(xiàn) 發(fā)熱體發(fā)熱并對置于其上并緊密連接的所述導(dǎo)電探針微懸臂進(jìn)行加熱，該熱量經(jīng)所述導(dǎo)電 探針微懸臂傳導(dǎo)于與其一體化連接的所述導(dǎo)電探針針尖，從而實現(xiàn)所述導(dǎo)電探針針尖原位 加熱。
[0011] 比較好的是，本發(fā)明所揭示的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納 米塞貝克系數(shù)的裝置，其特征在于，
[0012] 所述發(fā)熱體具熱敏電阻特性，其表面覆裹一絕緣漆層，可高效傳熱而不導(dǎo)通。
[0013] 比較好的是，本發(fā)明所揭示的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納 米塞貝克系數(shù)的裝置，其特征在于，
[0014] 所述導(dǎo)電探針具有微區(qū)加熱源、信號檢測源的功能，其工作模式為原子力顯微鏡 接觸模式。
[0015] 比較好的是，本發(fā)明所揭示的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納 米塞貝克系數(shù)的裝置，其特征在于，
[0016] 所述AFM導(dǎo)電探針與被測納米熱電材料樣品互作用接觸面積為10-30nm，所述AFM 導(dǎo)電探針的作用力為3nN-100nN，所述AFM導(dǎo)電探針的加熱電壓為0. 5V-10V。
[0017] 比較好的是，本發(fā)明所揭示的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納 米塞貝克系數(shù)的裝置，其特征在于，
[0018] 所述一納米塞貝克系數(shù)原位檢測模塊進(jìn)一步包括：
[0019] - AFM平臺，一納米熱電材料樣品，一磁性金屬墊層，一低信號引出端，一高信號 引出端，一高靈敏電壓計，一數(shù)據(jù)處理顯示模塊；其中，所述一納米熱電材料與所述導(dǎo)電探 針針尖相互接觸時，將由于加熱所述導(dǎo)電探針針尖在被測納米熱電材料樣品和所述導(dǎo)電探 針針尖相接觸的納米尺度加熱區(qū)與非接觸的未加熱區(qū)之間原位激發(fā)納米尺度塞貝克電壓 信號；所述一低信號引出端和一高信號引出端共同輸出納米塞貝克電壓信號，并與所述高 靈敏度電壓計相連，實現(xiàn)對納米尺度塞貝克電壓信號的原位檢測，進(jìn)而獲得納米尺度塞貝 克系數(shù)原位定量表征結(jié)果。
[0020] 本申請的原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù)的裝置只需 直接加熱并直接檢測納米熱電材料微區(qū)塞貝克電壓信號即可直接獲得納米塞貝克系數(shù)的 獨特優(yōu)點。該方法拓展了現(xiàn)有商用原子力顯微鏡所不具有的導(dǎo)電探針原位加熱和原位評價 熱電物性功能，為有關(guān)AFM技術(shù)的深入發(fā)展以及納米材料相關(guān)納米尺度熱物性研究提供了 重要的原位納米表征新方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 下面，參照附圖，對于熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員而言，從對本申請的詳細(xì)描述中，本 申請的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將顯而易見。
[0022] 圖1示意出本申請的AFM導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù)的原理 圖；
[0023] 圖2示意出本申請的原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù) 的裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024] 圖3給出了不同加熱電壓下的7種熱電材料的納米尺度塞貝克電壓信號；
[0025] 圖4給出了不同加熱電壓下與探針加熱溫度之間的關(guān)系；
[0026] 圖5給出了 7種熱電材料的納米尺度塞貝克電壓與探針加熱溫度之間的關(guān)系；
[0027] 圖6給出了 7種熱電材料納米尺度塞貝克系數(shù)原位表征結(jié)果。
[0028] 附圖標(biāo)記
[0029] 10---AFM導(dǎo)電探針
[0030] 11---AFM探針支架
[0031] 12---絕緣底座
[0032] 13---探針底座
[0033] 14---發(fā)熱體支架
[0034] 15---發(fā)熱體
[0035] 16---激勵源
[0036] 17---導(dǎo)電探針微懸臂
[0037] 18---導(dǎo)電探針針尖
[0038] 19 被測納米熱電材料樣品
[0039] 20---磁性金屬墊層
[0040] 21---AFM 平臺
[0041] 22---低信號引出端
[0042] 23 商?目號引出端
[0043] 24---高靈敏電壓計
[0044] 25---數(shù)據(jù)處理顯示模塊

【具體實施方式】
[0045] 以下實例均是應(yīng)用本申請的原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝 克系數(shù)的裝置對納米熱電材料的表征結(jié)果，以進(jìn)一步說明本申請的效果，但并非僅限于下 述實施例。
[0046] 本申請建立了一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù)的 新裝置。
[0047] 本申請裝置的工作原理如圖1所示，具體可表述如下：當(dāng)一直流穩(wěn)壓激勵信號施 加于發(fā)熱體15時，發(fā)熱體15溫度上升并加熱與其連接緊密的AFM導(dǎo)電探針10,由此實現(xiàn)對 該AFM導(dǎo)電探針10原位加熱，加熱后的AFM導(dǎo)電探針10將熱量傳遞于與其相互接觸的被 測納米熱電材料樣品19,由此，在該樣品19上形成由AFM導(dǎo)電探針10和被測納米熱電材料 樣品19納米尺度接觸區(qū)和非接觸區(qū)分別構(gòu)成加熱區(qū)與未加熱區(qū)，且兩個加熱區(qū)和未加熱 區(qū)將存在一溫度差，基于被測納米熱電材料樣品19所特有的熱電塞貝克效應(yīng)，該溫度差將 產(chǎn)生塞貝克電壓信號。因此，利用微型發(fā)熱體15實現(xiàn)了 AFM導(dǎo)電探針10原位加熱，同時在 被測納米熱電材料樣品19中實現(xiàn)了微區(qū)塞貝克電壓信號的原位激發(fā)和原位檢測。
[0048] 基于該工作原理，本申請建立了一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征 納米塞貝克系數(shù)的新裝置，其工作結(jié)構(gòu)如圖2所示，該表征裝置由二部分組成：原子力顯微 鏡導(dǎo)電探針原位加熱模塊和納米塞貝克系數(shù)原位檢測征模塊。
[0049] 其中，原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加溫模塊用于實現(xiàn)AFM導(dǎo)電探針10原位加熱并 進(jìn)而實現(xiàn)納米熱電材料微區(qū)加熱，從而在納米熱電的加熱區(qū)（探針-樣品納米尺度接觸區(qū)） 與未加熱區(qū)產(chǎn)生一溫度梯度差；納米塞貝克系數(shù)原位表征模塊，用于提供發(fā)展導(dǎo)電探針原 位表征塞貝克系數(shù)裝置的平臺，并原位實現(xiàn)所述納米熱電材料微區(qū)塞貝克電壓信號的原位 激發(fā)和原位檢測，并進(jìn)而獲得微區(qū)塞貝克系數(shù)的原位定量表征結(jié)果。
[0050] 其中，原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加溫模塊包括：一 AFM探針支架11，一絕緣底座 12, 一探針底座13, 一發(fā)熱體支架14, 一發(fā)熱體15, 一激勵源16和一 AFM導(dǎo)電探針10,圖2 示意了導(dǎo)電探針微懸臂17和導(dǎo)電探針針尖18構(gòu)成了其中AFM導(dǎo)電探針10。
[0051] 其中，AFM探針支架11、絕緣底座12、發(fā)熱體支架14、發(fā)熱體15依次相連，其中， AFM探針支架11用以作為固定整個模塊的支架，絕緣底座12固定于AFM探針支架11上，用 于支撐發(fā)熱體支架14并將其與AFM探針支架11實現(xiàn)電絕；探針底座13為一金屬底座，與 所述發(fā)熱體支架14獨立平行置于所述絕緣底座12上并與所述導(dǎo)電探針微懸臂17相連，實 現(xiàn)AFM導(dǎo)電探針10的穩(wěn)定安置；所述發(fā)熱體支架14為一剛性薄層結(jié)構(gòu)，所述發(fā)熱體15與 其連結(jié)緊密；所述發(fā)熱體15與所述激勵源16相連，激勵源16用以對發(fā)熱體15實現(xiàn)發(fā)熱并 對置于其上并緊密連接的導(dǎo)電探針微懸臂17進(jìn)行加熱，該熱量經(jīng)導(dǎo)電探針微懸臂17傳導(dǎo) 于與其連接的導(dǎo)電探針針尖18,從而實現(xiàn)導(dǎo)電探針針尖18原位加熱。
[0052] 納米塞貝克系數(shù)原位檢測模塊包括：一被測納米熱電材料樣品19, 一磁性金屬墊 層20, 一 AFM平臺21，一低信號引出端22, 一高信號引出端23, 一高靈敏電壓計24, 一數(shù)據(jù) 處理顯示模塊25。
[0053] 其中，所述被測納米熱電材料樣品19置于原子力顯微鏡平臺21的磁性金屬墊層 20上，被測納米熱電材料樣品19與磁性金屬底座20構(gòu)成熱電樣品臺，彼此之間采用導(dǎo)電 膠粘結(jié)，有效保證了被測納米熱電材料樣品19的機械穩(wěn)定性和信號的有效傳輸。被測納米 熱電材料樣品19與所述導(dǎo)電探針針尖18之間相互接觸，以實現(xiàn)導(dǎo)電探針針尖18對被測納 米熱電樣品19納米尺度接觸區(qū)的原位加熱，進(jìn)而在被測納米熱電材料樣品19的納米尺度 加熱區(qū)（導(dǎo)電探針針尖18與被測納米熱電材料樣品19納米接觸區(qū)）與未加熱區(qū)之間原位 激發(fā)納米尺度塞貝克電壓信號。低信號引出端22源于被測納米熱電材料樣品19上的未加 熱點（低溫端），高信號引出端23源于導(dǎo)電探針底座13,通過導(dǎo)電探針微懸臂17和導(dǎo)電針 尖18從而作為針尖18與樣品19相互接觸區(qū)加熱處的電信號引出端（高溫端），低信號引 出端22與高信號引出端23二者實現(xiàn)被測納米熱電材料樣品19加熱區(qū)（導(dǎo)電針尖18與樣 品接觸處）與被測納米熱電材料樣品19上未加熱區(qū)之間產(chǎn)生的微區(qū)塞貝克電壓信號的輸 出；低信號引出端22和高信號引出端23直接與高靈敏電壓計24相連，實現(xiàn)納米尺度塞貝 克電壓信號的原位檢測；該信號經(jīng)數(shù)據(jù)處理及顯示模塊25處理，從而顯示納米尺度塞貝克 系數(shù)值。
[0054] 具有上述結(jié)構(gòu)的納米塞貝克系數(shù)原位測試平臺實現(xiàn)了 AFM導(dǎo)電探針原位加熱、 納米塞貝克電壓信號的原位激發(fā)和原位檢測，從而可獲得微區(qū)塞貝克系數(shù)的原位定量表征 結(jié)果。
[0055] 基于原子力顯微鏡平臺所建立的導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù)的 工作模式為AFM接觸工作模式，用以實現(xiàn)導(dǎo)電探針10與樣品19之間良好的納米尺度熱接 觸及有效的信號激發(fā)和傳輸。
[0056] 圖2中的發(fā)熱體15是本發(fā)明的原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞 貝克系數(shù)的裝置實現(xiàn)AFM導(dǎo)電探針10原位加熱的核心部件，具熱敏電阻特性，體積小，其表 面覆裹一絕緣漆層，可高效傳熱而不導(dǎo)通，與導(dǎo)電探針微懸臂17結(jié)合緊密，實現(xiàn)了導(dǎo)電探 針微懸臂17和導(dǎo)電探針針尖18的良好加熱。
[0057] 激勵源16與發(fā)熱體15直接相連，其工作電壓須同時兼顧發(fā)熱體16的工作電流、 導(dǎo)電探針10與被測納米熱電材料樣品19之間的良好接觸以及微區(qū)塞貝克電壓信號的有效 激發(fā)和輸出。
[0058] 導(dǎo)電探針針尖18是系統(tǒng)實現(xiàn)原位激發(fā)和檢測的核心部件，具導(dǎo)電特性。該探針同 時具有微區(qū)加熱源、微區(qū)塞貝克電壓信號引出端等功能。導(dǎo)電探針針尖18工作模式為接觸 模式，與被測納米熱電材料樣品19互作用接觸面積為10_30nm，探針作用力為3nN-100nN， 探針加熱電壓為〇. 5V-10V。如此有效實現(xiàn)了納米尺度塞貝克電壓信號的有效激發(fā)及輸出， 提高了測試信號的檢測靈敏度，確保了測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0059] 納米尺度塞貝克電壓信號源于導(dǎo)電探針針尖18與樣品19相互作用處（加熱區(qū)） 與樣品19上未加熱區(qū)之間溫差所誘導(dǎo)的塞貝克電壓信號。納米塞貝克電壓信號一端源于 低信號引出端22,另一端源于高信號引出端23。低信號引出端22與高信號引出端23分別 與被測納米熱電材料樣品19和探針底座13以焊接方式粘結(jié)，不僅保證了信號引線的微歐 姆接觸；同時引線堅固保證了測試條件的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的可靠性。
[0060] 高靈敏度電壓計24具有測量靈敏度高、抗干擾性強、滿足系統(tǒng)工作要求等優(yōu)點， 可實現(xiàn)微弱電壓信號的高靈敏度檢測。
[0061] 數(shù)據(jù)處理及顯示模塊25包括基于計算機平臺的信號處理模塊和結(jié)果顯示模塊。 基于不同納米熱電材料與標(biāo)準(zhǔn)熱電材料的納米塞貝克電壓信號的比值，可計算獲得被測納 米熱電材料納米尺度塞貝克系數(shù)。
[0062] 應(yīng)用本申請建立的原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù)的 裝置對多種熱電材料樣品的納米尺度塞貝克系數(shù)進(jìn)行了測試。
[0063] 圖3給出了不同加熱電壓下的7種熱電材料的納米尺度塞貝克電壓信號， 其中從上到下依次為：摻鋪的締化秘薄膜-1 ((Bi, Sb) 2Te3f ilm-1)、摻鋪的締化秘薄 膜-2 ((Bi，Sb) 2Te3f ilm-2)、摻銻的碲化鉍薄膜-3 ((Bi，Sb) 2Te3f ilm-3)、純碲化鉍薄 膜-4 (Bi2Te3film-4)、硒化銀體材料-5 (Ag2Se bulk-5)、純碲化鉍薄膜-6 (Bi2Te3f ilm-6)、純 碲化鉍薄膜-7(Bi2Te3film-7)。其中硒化銀體材料-5(Ag 2Se bulk-5)為標(biāo)準(zhǔn)樣品，其塞貝 克系數(shù)為124μν/Κ。
[0064] 根據(jù)熱電塞貝克系數(shù)公式，塞貝克系數(shù)為塞貝克電壓與溫差之比。因此，以Ag2Se 體材料為標(biāo)樣，可以計算不同加熱電壓下探針的加熱溫度。圖4給出了不同加熱電壓與探 針加熱溫度之間的關(guān)系。
[0065] 由圖3和圖4的結(jié)果，可以獲得7種熱電材料的納米尺度塞貝克電壓與探針加熱 溫度之間的關(guān)系，如圖5所示。理論上二者之間應(yīng)該呈線性關(guān)系且其斜率即為塞貝克系數(shù) 值。擬合結(jié)果表明，二者之間良好的線性關(guān)系與理論完全一致，
[0066] 圖6給出了根據(jù)圖5斜率獲得的7種熱電材料納米尺度塞貝克系數(shù)，表明該方法 的可行性和結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0067] 上述實例表明了基于原子力顯微鏡所建立的原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原 位表征納米塞貝克系數(shù)的裝置解決了納米熱電材料納米尺度塞貝克系數(shù)原位表征這一關(guān) 鍵技術(shù)難題。該新型納米表征裝置實現(xiàn)了納米尺度區(qū)域原位加熱、納米尺度塞貝克電壓信 號的原位激發(fā)和原位檢測，拓展了現(xiàn)有商用原子力顯微鏡所不具有的納米熱電材料納米尺 度區(qū)域原位加熱和納米尺度物理性能原位表征功能，為深入研究納米熱電材料及相關(guān)器件 的深入發(fā)展提供了重要的原位納米表征新方法。
[0068] 綜上所述，本申請突出優(yōu)點將原子力顯微鏡納米檢測功能、焦耳熱效應(yīng)、熱傳導(dǎo)效 應(yīng)和熱電材料塞貝克物理效應(yīng)相結(jié)合，建立起基于原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位 定量表征納米塞貝克系數(shù)的新方法和新裝置。
[0069] 該新方法具有納米尺度原位加熱、原位同步表征的獨特功能，且具有納米級超高 分辨率、高靈敏度、高信噪比、測試直接等優(yōu)點。本申請所述的關(guān)鍵技術(shù)裝置結(jié)構(gòu)簡單、兼容 性強，適與不同商用AFM系統(tǒng)相結(jié)合，是一項易于推廣和應(yīng)用的新技術(shù)，可望在納米熱電材 料、納米半導(dǎo)體材料及其它納米材料和功能器件等領(lǐng)域中獲得重要應(yīng)用。
[0070] 前面提供了對較佳實施例的描述，以使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員可使用或利用本 申請。對這些實施例的各種修改對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是顯而易見的，可把這里所述的總 的原理應(yīng)用到其他實施例而不使用創(chuàng)造性。因而，本申請將不限于這里所示的實施例，而應(yīng) 依據(jù)符合這里所揭示的原理和新特征的最寬范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克系數(shù)的裝置，用于原位 加熱原子力顯微鏡導(dǎo)電探針、原位定量表征納米熱電材料納米塞貝克系數(shù)，其特征在于， 所述裝置進(jìn)一步包括： 一原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加溫模塊，用于實現(xiàn)原子力顯微鏡導(dǎo)電探針的原位加熱 以及與其相互接觸的納米熱電材料微區(qū)加熱； 一納米塞貝克系數(shù)原位檢測模塊，用于提供發(fā)展原位表征納米塞貝克系數(shù)裝置的原 子力顯微鏡平臺，并原位實現(xiàn)所述納米熱電材料納米塞貝克電壓信號的原位激發(fā)和原位檢 測，并進(jìn)而獲得納米塞貝克系數(shù)的原位定量表征結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克 系數(shù)的裝置，其特征在于， 所述原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加溫模塊進(jìn)一步包括： 一 AFM探針支架，一絕緣底座，一探針底座，一發(fā)熱體支架，一發(fā)熱體，一激勵源和一 AFM導(dǎo)電探針，所述AFM導(dǎo)電探針包括一導(dǎo)電探針微懸臂和一導(dǎo)電探針針尖，其中，所述AFM 探針支架、所述絕緣底座、所述發(fā)熱體支架、所述發(fā)熱體依次相連，所述探針底座與所述發(fā) 熱體支架獨立平行置于所述絕緣底座上并與所述導(dǎo)電探針微懸臂相連，實現(xiàn)所述AFM導(dǎo)電 探針穩(wěn)定安置；所述發(fā)熱體置于剛性薄層結(jié)構(gòu)狀的發(fā)熱體支架上并與激勵源相連，實現(xiàn)發(fā) 熱體發(fā)熱并對置于其上并緊密連接的所述導(dǎo)電探針微懸臂進(jìn)行加熱，該熱量經(jīng)所述導(dǎo)電探 針微懸臂傳導(dǎo)于與其一體化連接的所述導(dǎo)電探針針尖，從而實現(xiàn)所述導(dǎo)電探針針尖原位加 熱。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克 系數(shù)的裝置，其特征在于， 所述發(fā)熱體具熱敏電阻特性，其表面覆裹一絕緣漆層，可高效傳熱而不導(dǎo)通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克 系數(shù)的裝置，其特征在于， 所述導(dǎo)電探針具有微區(qū)加熱源、信號檢測源的功能，其工作模式為原子力顯微鏡接觸 模式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克 系數(shù)的裝置，其特征在于， 所述AFM導(dǎo)電探針與被測納米熱電材料樣品互作用接觸面積為10-30nm，所述AFM導(dǎo)電 探針的作用力為3nN-100nN，所述AFM導(dǎo)電探針的加熱電壓為0. 5V-10V。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種原子力顯微鏡導(dǎo)電探針原位加熱、原位表征納米塞貝克 系數(shù)的裝置，其特征在于， 所述一納米塞貝克系數(shù)原位檢測模塊進(jìn)一步包括： 一 AFM平臺，一納米熱電材料樣品，一磁性金屬墊層，一低信號引出端，一高信號引出 端，一高靈敏電壓計，一數(shù)據(jù)處理顯示模塊；其中，所述一納米熱電材料與所述導(dǎo)電探針針 尖相互接觸時，將由于加熱所述導(dǎo)電探針針尖在被測納米熱電材料樣品和所述導(dǎo)電探針針 尖相接觸的納米尺度加熱區(qū)與非接觸的未加熱區(qū)之間原位激發(fā)納米尺度塞貝克電壓信號； 所述一低信號引出端和一高信號引出端共同輸出納米塞貝克電壓信號，并與所述高靈敏度 電壓計相連，實現(xiàn)對納米尺度塞貝克電壓信號的原位檢測，進(jìn)而獲得納米尺度塞貝克系數(shù) 原位定量表征結(jié)果。
【文檔編號】G01N25/20GK104111268SQ201410199399
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】曾華榮, 徐琨淇, 陳立東, 趙坤宇, 李國榮 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所