устройство для нанесения покрытия на зондирующую иглу

Формула изобретения

Устройство для нанесения покрытия на зондирующую иглу, содержащее основание, установленный на основании привод микроперемещений, держатель зондирующей иглы, установленный на приводе микроперемещений, кронштейн, соединенный с основанием, держатель изолирующего материала, установленный на кронштейне, нагреватель, соединенный с держателем изолирующего материала, и блок управления, отличающееся тем, что оно снабжено емкостью с электролитом, расположенной над держателем изолирующего материала, а также электродами, погруженными в емкость с электролитом, при этом блок управления соединен с зондирующей иглой, электродами и приводом микроперемещений.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к области научного приборостроения и предназначено для изготовления игл сканирующего туннельного микроскопа и зондов для биологических исследований.

Известно устройство [Peng Sun, Zhiquan Zhang, Jidong Guo, Yuanhua Shao. Fabrication of nanometer-sized electrodes and tips for scanning electrochemical microscopy // Anal. Chem. 2001. - v.73. - № 21. - p.5346-5351] для нанесения покрытия на иглу сканирующего туннельного микроскопа, содержащее ванну с химическим раствором, полимеризующимся при нагревании, иглу в специальном корпусе и нагреватель основания иглы. Недостаток устройства - отсутствие средств контроля за процессом образования покрытия, что не гарантирует получения качественных игл.

Известно устройство для изготовления игл [Нагахара Л., Тундат Т., Линдзи С. Изготовление игл для электрохимических исследований при помощи растрового туннельного микроскопа // ПНИ. - 1989. - № 10. - С.21-23], содержащее пластину с прорезью для удержания материала покрытия, соединенный с пластиной нагреватель и манипулятор для перемещения иглы в вертикальном направлении. Недостаток устройства - высокая вероятность повреждения кончика иглы вследствие расположения манипулятора под пластиной и необходимости «прокалывания» иглой материала покрытия.

Наиболее близким по составу и сущности к заявляемому является устройство для нанесения покрытия на иглу сканирующего туннельного микроскопа [US Patent 6017590. Lindsay, Jing, Lyubchenko, Gall. Tip coating system for scanning probe microscopy], содержащее пластину с прорезью для удержания материала покрытия, нагреватель, соединенный с пластиной, и два привода микроперемещений. Первый привод предназначен для перемещения пластины с каплей расплавленного материала в горизонтальном направлении, а второй - для перемещения иглы в вертикальном направлении. Недостаток устройства - отсутствие средств контроля за степенью погружения иглы в материал, что вызывает необходимость ее полного погружения с последующим подъемом и прокалыванием поверхности расплавленного материала и может привести к повреждению острия иглы.

На фиг.1 представлена конструкция заявляемого устройства, на фиг.2 - конструкция жидкостной ячейки для нанесения покрытия, на фиг.3 - стадии нанесения покрытия.

Задачей изобретения является уменьшение площади кончика зондирующей иглы, не покрытого изолирующим материалом, и снижение вероятности повреждения кончика иглы при нанесении покрытия.

Задача решается тем, что в процессе нанесения покрытия применяется вспомогательный электролит, расположенный в виде тонкого слоя на поверхности изолирующего материала, а также электроды, образующие с иглой электрохимическую цепь. Электролит при этом должен быть легче материала изолирующего покрытия и не смешиваться с ним. Ток между дополнительными электродами и иглой зависит от площади электродов и кончика иглы, расположенного в электролите. Изменение тока при погружении иглы позволяет оценивать площадь непокрытой части кончика иглы.

Устройство для нанесения покрытия на зондирующую иглу (фиг.1, 2) содержит основание 1 с установленным на нем приводом микроперемещений 2. Подвижная часть привода 2 содержит держатель 3 зондирующей иглы 4. Теплопроводящий держатель 5 изолирующего материала 6 соединен с нагревателем 7 и закреплен на кронштейне 8, установленном на основании 1. Над держателем 5 установлена емкость 9 для электролита 10, снабженная трубками подачи 11 и отвода 12 электролита. Конструкция емкости 9 позволяет формировать и удерживать на поверхности изолирующего материала тонкий слой электролита. Игла 4, дополнительные электроды 13 и привод микроперемещений 2 подключены к блоку управления 14.

Устройство работает следующим образом (фиг.3). Необходимое количество изолирующего материала помещают в держатель 5 и доводят его до расплавленного состояния. Силы поверхностного натяжения расплавленного материала при этом препятствуют его растеканию через небольшое отверстие в донной части держателя 5. Иглу 4 устанавливают в держатель 3 иглы и заполняют емкость 9 электролитом 10. Привод микроперемещений 2 начинает погружать иглу 4 в изолирующий материал 5, а блок управления 14 подает напряжение между кончиком иглы 4 и электродами 13 и контролирует величину возникающего тока. При уменьшении тока до определенной величины блок управления 14 прекращает процесс погружения, и привод 2 микроперемещений приподнимает иглу 4 вверх. После этого проводится контрольное измерение тока и при необходимости повторное погружение иглы 4 в изолирующий материал. Окончательное извлечение иглы 4 осуществляется, если контрольные измерения тока показывают удовлетворительные результаты. Для поддержания температуры электролита на несколько градусов ниже температуры изолирующего материала организуют проточную систему подачи электролита с помощью трубок 11, 12. При выполнении измерений тока в простейшем случае достаточно иглы и одного электрода 13, однако для более точного учета электродных процессов необходимо два электрода 13. В таком случае реализуется трехэлектродная электрохимическая ячейка, в которой игла представляет собой рабочий (исследуемый) электрод, а первый и второй электроды 13 выполняют функции вспомогательного электрода и электрода сравнения [Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Электрохимия. М.: Высшая школа, 1987. - 295 с. - С.166].