一种隧道结悬臂梁含量测试仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过监测隧道电流的变化来测量物质含量的测试仪。
【背景技术】
[0002]自1982年国际商业机器公司苏黎世实验室Gerd Binnig博士和Heinricn Rohrer博士利用量子力学中的隧道效应研制出世界上首台扫描隧道显微镜(STM)，使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理化学性质，不仅为纳米技术的发展提供了强有力地观察和实验工具，而且直接促进了纳米科技的快速发展，作为纳米技术发展历史上里程碑式的发明，扫描隧道显微镜被国际科学界公认为八十年代世界十大科技成就之一，其发明者在1986年被授予诺贝尔物理学奖。
[0003]STM基本的工作原理是量子理论中的隧道效应，通过探针针尖和样品表面间的隧穿电流来探测探针和样品之间的距离，分辨率达到0.01纳米，即可分辨出单个原子。
[0004]虽然用隧穿电流来检测距离或位移的方法分辨率很高，但是，目前采用这种方法的仪器设备(包括扫描隧道显微镜在内)结构复杂，要有专人操作，使用时要多次校准，价格昂贵，使用场合或应用领域受到很大限制。
[0005]有鉴于此，需要提供一种新型的用于高精度测量位移或应变的量子隧穿器件，把这种器件做成纤维形状，就是“一种隧穿纤维”。
【发明内容】
[0006]本发明的目的要克服现有技术的上述缺陷，提供一种隧道结悬臂梁含量测试仪，以隧道结悬臂梁能够通过测量两电极之间的电流变化来表示出物质含量的多少，高精度地测量出物质的含量。
[0007]本发明的目的通过如下技术方案实现，一种隧道结悬臂梁含量测试仪，其特征是，所述测试仪为一种悬臂梁结构，在悬臂梁靠近固定端沿悬臂梁长度方向安装有一对或多对隧道结电极，每对隧道结电极的两金属电极的顶端相对，两金属电极顶端之间的距离为
0.01纳米-100纳米，电极与悬臂梁绝缘。
[0008]所述悬臂梁的截面为均匀截面，截面形状为三角形、圆形、椭圆形、卵形、规则或不规则多边形。
[0009]所述悬臂梁的截面为不均匀截面，截面形状为三角形或梯形。
[0010]所述两金属电极的顶端，一个顶端的尺寸为0.01纳米-100纳米的针尖形状或近似于针尖形状的多面体，另一个顶端的尺寸为0.01纳米-100纳米针尖形状或平整表面。[0011 ] 所述金属电极的材料为铂金、钨、铱，或铂金、钨、铱制成的混合材料。
[0012]所述两金属电极顶端及之间的空间为真空，或充满气体，或充满液体。
[0013]所述悬臂梁材料为导电材料时，隧道结电极与悬臂梁之间设有绝缘材料隔离。
[0014]所述悬臂梁材料为不导电材料时，隧道结电极直接安装在悬臂梁上。
[0015]所述悬臂梁上粘接、涂镀有待测质量的物体。
[0016]本发明结构简单，操作方便，使用场合和应用领域宽广。一种新型的用于高精度测量位移或应变的量子隧穿器件，把这种器件做成纤维形状，就是“一种隧穿纤维”。当在两个电极上外加电压后，由于量子隧道效应，两个电极之间将产生隧穿电流，电流的大小和被测物质含量的多少有关。这样，通过测量隧穿电流的数值，就可以测量物质的含量了。通过测量隧道结悬臂梁上电极之间电流的变化，就可以测量出物质的含量。通过上述技术方案，本发明的一种隧道结悬臂梁可以实现测量物质含量的功能，可以用在测量空气中污染物的含量、液体中融入了哪些有害物质、实施监测空气质量等。
【附图说明】
[0017]图1是本发明一种隧道结悬臂梁含量测量仪实施方式的结构示意图。
[0018]图2是图1中A-A剖视图。
[0019]图3是图1中B-B剖视图。
[0020]图中:1金属电极，2距离，3金属电极，4纤维。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图描述本发明一种隧道结悬臂梁含量测量仪的【具体实施方式】。
[0022]如图1、图2、图3所示，一个纤维制成的悬臂梁中间有孔，孔中布置有金属电极I和金属电极3，绝缘纤维4包裹着金属电极I和金属电极3，金属电极I和电极3之间留有距离2，金属电极3靠近金属电极I部分为针尖形状。测试仪为悬臂梁结构，在悬臂梁靠近固定端部分安装有一对或多对隧道结电极，相邻的两个电极之间的距离为0.01纳米-100纳米，电极与悬臂梁绝缘。悬臂梁形状为均匀截面或不均匀截面，均匀截面形状为三角形、圆形、椭圆形、卵形、规则或不规则多边形，不均匀截面形状为三角形或梯形。悬臂梁材料还可以为导电或不导电的无机材料、有机材料或复合材料。所述一对或多对隧道结电极位置为沿悬臂梁长度方向相对布置，金属电极形状为棒状、带状或薄膜，其中一个金属电极靠近另一个金属电极部分的尺寸为0.01纳米-100纳米的针尖形状或近似于针尖形状的多面体，另一个金属电极与之相对部分的尺寸为0.01纳米-100纳米针尖形状或平整表面，电极材料为铂金、钨、铱，或铂金、钨、铱制成的混合材料。隧道结电极之间的距离为0.01纳米-100纳米，两金属电极之间为真空，或有气体，或有液体。悬臂梁材料为导电材料时，隧道结电极与悬臂梁之间设有绝缘材料隔离。悬臂梁材料为不导电材料时，隧道结电极直接安装在悬臂梁上，图1、图2、图3所示的悬臂梁材料为绝缘材料制成的纤维4，隧道结电极直接安装在纤维4中间孔中。悬臂梁上粘接、涂镀有待测质量的物体。
[0023]由上述描述可见，本发明提供了一种利用量子隧穿效应通过测量两电极之间电流的大小来测确定被测物质的含量，要求相邻的两个电极之间的距离要保持在0.001纳米到100纳米之间，这样，通过测量隧穿电流的数值，就可以测量出物质的含量。通过测量隧道结悬臂梁上电极之间电流的变化，就可以测量出物质的含量。
【主权项】
1.一种隧道结悬臂梁含量测试仪，其特征是，所述测试仪为一种悬臂梁结构，在悬臂梁靠近固定端沿悬臂梁长度方向安装有一对或多对隧道结电极，每对隧道结电极的两金属电极的顶端相对，两金属电极顶端之间的距离为0.0l纳米-100纳米，电极与悬臂梁绝缘。2.根据权利要求1所述的一种隧道结悬臂梁含量测试仪，其特征是，所述悬臂梁的截面为均匀截面，截面形状为三角形、圆形、椭圆形、卵形、规则或不规则多边形。3.根据权利要求1所述的一种隧道结悬臂梁含量测试仪，其特征是，所述悬臂梁的截面为不均匀截面，截面形状为三角形或梯形。4.根据权利要求1所述的一种隧道结悬臂梁含量测试仪，其特征是，所述两金属电极的顶端，一个顶端的尺寸为0.01纳米-100纳米的针尖形状或近似于针尖形状的多面体，另一个顶端的尺寸为0.01纳米-100纳米针尖形状或平整表面。5.根据权利要求1所述的一种隧道结悬臂梁含量测试仪，其特征是，所述金属电极的材料为铂金、钨、铱，或铂金、钨、铱制成的混合材料。6.根据权利要求1所述的一种隧道结悬臂梁含量测试仪，其特征是，所述两金属电极顶端及之间的空间为真空，或充满气体，或充满液体。7.根据权利要求1所述的一种隧道结悬臂梁含量测试仪，其特征是，所述悬臂梁材料为导电材料时，隧道结电极与悬臂梁之间设有绝缘材料隔离。8.根据权利要求1所述的一种隧道结悬臂梁含量测试仪，其特征是，所述悬臂梁材料为不导电材料时，隧道结电极直接安装在悬臂梁上。9.根据权利要求1所述的一种隧道结悬臂梁含量测试仪，其特征是，所述悬臂梁上粘接、涂镀有待测质量的物体。
【专利摘要】本发明型公开了一种隧道结悬臂梁含量测试仪，该测试仪为一种悬臂梁结构，在悬臂梁靠近固定端部分安装有一对或多对隧道结电极，隧道结电极位置为沿悬臂梁长度方向相对布置，相邻的两个电极之间的距离为0.001纳米-100纳米，电极与悬臂梁绝缘。电极形状为棒状或带状或薄膜，其中一个金属电极靠近另一个金属电极部分是尺寸为0.01纳米-100纳米的针尖形状近似于针尖形状的多面体，另一个金属电极与之相对部分为0.01纳米-100纳米针尖形状或平整表面，电极材料为铂金、钨、铱，或其混合物。通过测量隧穿电流的数值，就可以测量出物质的含量。
【IPC分类】G01N27/60
【公开号】CN105067696
【申请号】CN201510525004
【发明人】边义祥, 黄慧宇
【申请人】扬州大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月24日