一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)試儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過(guò)監(jiān)測(cè)隧道電流的變化來(lái)測(cè)量物質(zhì)含量的測(cè)試儀。
【背景技術(shù)】
[0002]自1982年國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司蘇黎世實(shí)驗(yàn)室Gerd Binnig博士和Heinricn Rohrer博士利用量子力學(xué)中的隧道效應(yīng)研制出世界上首臺(tái)掃描隧道顯微鏡(STM)，使人類(lèi)第一次能夠?qū)崟r(shí)地觀察單個(gè)原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關(guān)的物理化學(xué)性質(zhì)，不僅為納米技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力地觀察和實(shí)驗(yàn)工具，而且直接促進(jìn)了納米科技的快速發(fā)展，作為納米技術(shù)發(fā)展歷史上里程碑式的發(fā)明，掃描隧道顯微鏡被國(guó)際科學(xué)界公認(rèn)為八十年代世界十大科技成就之一，其發(fā)明者在1986年被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
[0003]STM基本的工作原理是量子理論中的隧道效應(yīng)，通過(guò)探針針尖和樣品表面間的隧穿電流來(lái)探測(cè)探針和樣品之間的距離，分辨率達(dá)到0.01納米，即可分辨出單個(gè)原子。
[0004]雖然用隧穿電流來(lái)檢測(cè)距離或位移的方法分辨率很高，但是，目前采用這種方法的儀器設(shè)備(包括掃描隧道顯微鏡在內(nèi))結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要有專(zhuān)人操作，使用時(shí)要多次校準(zhǔn)，價(jià)格昂貴，使用場(chǎng)合或應(yīng)用領(lǐng)域受到很大限制。
[0005]有鑒于此，需要提供一種新型的用于高精度測(cè)量位移或應(yīng)變的量子隧穿器件，把這種器件做成纖維形狀，就是“一種隧穿纖維”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)試儀，以隧道結(jié)懸臂梁能夠通過(guò)測(cè)量?jī)呻姌O之間的電流變化來(lái)表示出物質(zhì)含量的多少，高精度地測(cè)量出物質(zhì)的含量。
[0007]本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)試儀，其特征是，所述測(cè)試儀為一種懸臂梁結(jié)構(gòu)，在懸臂梁靠近固定端沿懸臂梁長(zhǎng)度方向安裝有一對(duì)或多對(duì)隧道結(jié)電極，每對(duì)隧道結(jié)電極的兩金屬電極的頂端相對(duì)，兩金屬電極頂端之間的距離為
0.01納米-100納米，電極與懸臂梁絕緣。
[0008]所述懸臂梁的截面為均勻截面，截面形狀為三角形、圓形、橢圓形、卵形、規(guī)則或不規(guī)則多邊形。
[0009]所述懸臂梁的截面為不均勻截面，截面形狀為三角形或梯形。
[0010]所述兩金屬電極的頂端，一個(gè)頂端的尺寸為0.01納米-100納米的針尖形狀或近似于針尖形狀的多面體，另一個(gè)頂端的尺寸為0.01納米-100納米針尖形狀或平整表面。[0011 ] 所述金屬電極的材料為鉑金、鎢、銥，或鉑金、鎢、銥制成的混合材料。
[0012]所述兩金屬電極頂端及之間的空間為真空，或充滿氣體，或充滿液體。
[0013]所述懸臂梁材料為導(dǎo)電材料時(shí)，隧道結(jié)電極與懸臂梁之間設(shè)有絕緣材料隔離。
[0014]所述懸臂梁材料為不導(dǎo)電材料時(shí)，隧道結(jié)電極直接安裝在懸臂梁上。
[0015]所述懸臂梁上粘接、涂鍍有待測(cè)質(zhì)量的物體。
[0016]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，使用場(chǎng)合和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V。一種新型的用于高精度測(cè)量位移或應(yīng)變的量子隧穿器件，把這種器件做成纖維形狀，就是“一種隧穿纖維”。當(dāng)在兩個(gè)電極上外加電壓后，由于量子隧道效應(yīng)，兩個(gè)電極之間將產(chǎn)生隧穿電流，電流的大小和被測(cè)物質(zhì)含量的多少有關(guān)。這樣，通過(guò)測(cè)量隧穿電流的數(shù)值，就可以測(cè)量物質(zhì)的含量了。通過(guò)測(cè)量隧道結(jié)懸臂梁上電極之間電流的變化，就可以測(cè)量出物質(zhì)的含量。通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的一種隧道結(jié)懸臂梁可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量物質(zhì)含量的功能，可以用在測(cè)量空氣中污染物的含量、液體中融入了哪些有害物質(zhì)、實(shí)施監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量等。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)量?jī)x實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是圖1中A-A剖視圖。
[0019]圖3是圖1中B-B剖視圖。
[0020]圖中:1金屬電極，2距離，3金屬電極，4纖維。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)量?jī)x的【具體實(shí)施方式】。
[0022]如圖1、圖2、圖3所示，一個(gè)纖維制成的懸臂梁中間有孔，孔中布置有金屬電極I和金屬電極3，絕緣纖維4包裹著金屬電極I和金屬電極3，金屬電極I和電極3之間留有距離2，金屬電極3靠近金屬電極I部分為針尖形狀。測(cè)試儀為懸臂梁結(jié)構(gòu)，在懸臂梁靠近固定端部分安裝有一對(duì)或多對(duì)隧道結(jié)電極，相鄰的兩個(gè)電極之間的距離為0.01納米-100納米，電極與懸臂梁絕緣。懸臂梁形狀為均勻截面或不均勻截面，均勻截面形狀為三角形、圓形、橢圓形、卵形、規(guī)則或不規(guī)則多邊形，不均勻截面形狀為三角形或梯形。懸臂梁材料還可以為導(dǎo)電或不導(dǎo)電的無(wú)機(jī)材料、有機(jī)材料或復(fù)合材料。所述一對(duì)或多對(duì)隧道結(jié)電極位置為沿懸臂梁長(zhǎng)度方向相對(duì)布置，金屬電極形狀為棒狀、帶狀或薄膜，其中一個(gè)金屬電極靠近另一個(gè)金屬電極部分的尺寸為0.01納米-100納米的針尖形狀或近似于針尖形狀的多面體，另一個(gè)金屬電極與之相對(duì)部分的尺寸為0.01納米-100納米針尖形狀或平整表面，電極材料為鉑金、鎢、銥，或鉑金、鎢、銥制成的混合材料。隧道結(jié)電極之間的距離為0.01納米-100納米，兩金屬電極之間為真空，或有氣體，或有液體。懸臂梁材料為導(dǎo)電材料時(shí)，隧道結(jié)電極與懸臂梁之間設(shè)有絕緣材料隔離。懸臂梁材料為不導(dǎo)電材料時(shí)，隧道結(jié)電極直接安裝在懸臂梁上，圖1、圖2、圖3所示的懸臂梁材料為絕緣材料制成的纖維4，隧道結(jié)電極直接安裝在纖維4中間孔中。懸臂梁上粘接、涂鍍有待測(cè)質(zhì)量的物體。
[0023]由上述描述可見(jiàn)，本發(fā)明提供了一種利用量子隧穿效應(yīng)通過(guò)測(cè)量?jī)呻姌O之間電流的大小來(lái)測(cè)確定被測(cè)物質(zhì)的含量，要求相鄰的兩個(gè)電極之間的距離要保持在0.001納米到100納米之間，這樣，通過(guò)測(cè)量隧穿電流的數(shù)值，就可以測(cè)量出物質(zhì)的含量。通過(guò)測(cè)量隧道結(jié)懸臂梁上電極之間電流的變化，就可以測(cè)量出物質(zhì)的含量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)試儀，其特征是，所述測(cè)試儀為一種懸臂梁結(jié)構(gòu)，在懸臂梁靠近固定端沿懸臂梁長(zhǎng)度方向安裝有一對(duì)或多對(duì)隧道結(jié)電極，每對(duì)隧道結(jié)電極的兩金屬電極的頂端相對(duì)，兩金屬電極頂端之間的距離為0.0l納米-100納米，電極與懸臂梁絕緣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)試儀，其特征是，所述懸臂梁的截面為均勻截面，截面形狀為三角形、圓形、橢圓形、卵形、規(guī)則或不規(guī)則多邊形。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)試儀，其特征是，所述懸臂梁的截面為不均勻截面，截面形狀為三角形或梯形。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)試儀，其特征是，所述兩金屬電極的頂端，一個(gè)頂端的尺寸為0.01納米-100納米的針尖形狀或近似于針尖形狀的多面體，另一個(gè)頂端的尺寸為0.01納米-100納米針尖形狀或平整表面。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)試儀，其特征是，所述金屬電極的材料為鉑金、鎢、銥，或鉑金、鎢、銥制成的混合材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)試儀，其特征是，所述兩金屬電極頂端及之間的空間為真空，或充滿氣體，或充滿液體。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)試儀，其特征是，所述懸臂梁材料為導(dǎo)電材料時(shí)，隧道結(jié)電極與懸臂梁之間設(shè)有絕緣材料隔離。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)試儀，其特征是，所述懸臂梁材料為不導(dǎo)電材料時(shí)，隧道結(jié)電極直接安裝在懸臂梁上。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)試儀，其特征是，所述懸臂梁上粘接、涂鍍有待測(cè)質(zhì)量的物體。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明型公開(kāi)了一種隧道結(jié)懸臂梁含量測(cè)試儀，該測(cè)試儀為一種懸臂梁結(jié)構(gòu)，在懸臂梁靠近固定端部分安裝有一對(duì)或多對(duì)隧道結(jié)電極，隧道結(jié)電極位置為沿懸臂梁長(zhǎng)度方向相對(duì)布置，相鄰的兩個(gè)電極之間的距離為0.001納米-100納米，電極與懸臂梁絕緣。電極形狀為棒狀或帶狀或薄膜，其中一個(gè)金屬電極靠近另一個(gè)金屬電極部分是尺寸為0.01納米-100納米的針尖形狀近似于針尖形狀的多面體，另一個(gè)金屬電極與之相對(duì)部分為0.01納米-100納米針尖形狀或平整表面，電極材料為鉑金、鎢、銥，或其混合物。通過(guò)測(cè)量隧穿電流的數(shù)值，就可以測(cè)量出物質(zhì)的含量。
【IPC分類(lèi)】G01N27/60
【公開(kāi)號(hào)】CN105067696
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510525004
【發(fā)明人】邊義祥, 黃慧宇
【申請(qǐng)人】揚(yáng)州大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年8月24日