基于扫描探针显微镜的材料耐高电压实验及检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种材料耐高电压实验及检测装置。
【背景技术】
[0002]在材料科学探索中，对纳米电介质材料从宏观向下深入至介观(nm尺度的原子构成的结构单元)、微观(原子级)层次的深入研宄，使得电介质理论得到长足发展，进入低维系统，可以有效描述奇异理化特性和尺度效应等纳米科学中的特殊现象，以建立各个层次(微观、介观和宏观)间的相互关联的理论体系为目的，其核心在于研宄介于宏观和微观之间的介观领域的电介质材料行为特性，该层面尚未被深入系统研宄过。
[0003]目前对纳米电介质材料的分析手段中，如介电谱、刺激电流、光谱分析、动态力学分析仪等，分析结果主要体现的是被测样品的平均性能，缺少空间分辨率；具有空间分辨率的显微手段，如电子显微镜，X射线散射等，仅能表征复合材料的微观界面形貌，无法直观反映微观界面作用对宏观介电性能的影响，缺少对测试样品进一步处理并原位表征变化的手段。而SPM因为具有一个可以功能化的微探针，使得其在区分材料不同微区性能上具有难以替代的作用。
[0004]介电强度实验是研宄纳米电介质材料的一种常用方式，一般的介电强度实验装置如图1所示，用以检测材料的介电强度特性。一般的介电强度实验装置仅仅起到介电强度测试的作用，不能分析材料在加电压过程中引起的变化。一般的介电强度实验装置，作用面积大，不能原位检测。
【发明内容】
[0005]本发明是为了解决现有的介电强度实验装置在检测材料介电强度时，不能原位的连续检测材料变化的问题，从而提供一种基于扫描探针显微镜的材料耐高电压实验及检测
目.ο
[0006]基于扫描探针显微镜的材料耐高电压实验及检测装置，它包括保护电阻2、高压电源3和继电器；所述保护电阻2的一端与继电器开关的动触点连接；所述继电器开关的静触点接入高压电源3 ；
[0007]其特征是:它还包括扫描探针显微镜、计时器和电流表12 ;
[0008]扫描探针显微镜包括导电悬臂5、探针6、压电陶瓷扫描器9、激光器7和探测器8;压电陶瓷扫描器9接入电源；
[0009]保护电阻2的另一端与导电悬臂5的一端连接；导电悬臂5悬挂在压电陶瓷扫描器9的上方，且与水平方向的夹角为锐角；探针6固定在导电悬臂5的另一端；
[0010]压电陶瓷扫描器9的上端放置有样品4，探针6位于样品4的上方，且与样品4的上表面接触；
[0011]激光器7发射的激光入射至探针6背面，所述激光经探针6反射至探测器8 ;
[0012]计时器和电流表12均串联在保护电阻2和高压电源3之间。
[0013]它还包括计算机10和显示器11 ;所述计算机10的显示信号输出端与显示器11的显示信号输入端连接；所述探测器8的电信号输出端与计算机10的探测器信号输入端连接；计算机10的反馈控制信号输出端与压电陶瓷扫描器9的控制信号输入端连接。
[0014]扫描探针显微镜为多模式电场力显微镜、开尔文力显微镜、压电力显微镜、扫描电容显微镜或磁场力显微镜。
[0015]本发明能够耐压过程中暂停耐压，原位检测材料的各种变化，之后继续耐压作用，耐压击穿材料后，亦可检测材料的变化情况。解决了现有的介电强度实验装置在检测材料介电强度时不能原位的连续检测的问题。
【附图说明】
[0016]图1是【背景技术】中所述的一般的介电强度实验装置的结构示意图；
[0017]图2是本发明的结构示意图；
【具体实施方式】
[0018]【具体实施方式】一、结合图2说明本【具体实施方式】，基于扫描探针显微镜的材料耐高电压实验及检测装置，它包括保护电阻2、高压电源3和继电器；所述保护电阻2的一端与继电器开关的动触点连接；所述继电器开关的静触点接入高压电源3 ;
[0019]其特征是:它还包括扫描探针显微镜、计时器和电流表12 ;
[0020]扫描探针显微镜包括导电悬臂5、探针6、压电陶瓷扫描器9、激光器7和探测器8 ;压电陶瓷扫描器9接入电源；
[0021]保护电阻2的另一端与导电悬臂5的一端连接；导电悬臂5悬挂在压电陶瓷扫描器9的上方，且与水平方向的夹角为锐角；探针6固定在导电悬臂5的另一端；
[0022]压电陶瓷扫描器9的上端放置有样品4，探针6位于样品4的上方，且与样品4的上表面接触；
[0023]激光器7发射的激光入射至探针6背面，所述激光经探针6反射至探测器8 ;
[0024]计时器和电流表12均串联在保护电阻2和高压电源3之间。
[0025]【具体实施方式】二、本【具体实施方式】与【具体实施方式】一所述的基于扫描探针显微镜的材料耐高电压实验及检测装置的区别在于，它还包括计算机10和显示器11 ;所述计算机10的显示信号输出端与显示器11的显示信号输入端连接；所述探测器8的电信号输出端与计算机10的探测器信号输入端连接；计算机10的反馈控制信号输出端与压电陶瓷扫描器9的控制信号输入端连接。
[0026]【具体实施方式】三、本【具体实施方式】与【具体实施方式】一所述的基于扫描探针显微镜的材料耐高电压实验及检测装置的区别在于，扫描探针显微镜为多模式电场力显微镜、开尔文力显微镜、压电力显微镜、扫描电容显微镜或磁场力显微镜。
[0027]本发明依托扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope，SPM)，构建介电强度测试、耐高电场装置，利用SPM微小导电探针(曲率半径数十nm)，以及水平方向的微距离控制系统(水平方向精度可在几个nm)搭纳米电介质介电强度测试、材料耐电压系统。探针与样品相互接触、工作点在样品上的水平位置，主要采用SPM自身的控制系统进行控制。利用SPM微小导电探针(曲率半径数十nm)作为上电极，搭建微电极电介质材料耐电压系统。击穿、及击穿前的材料微区域变化。
[0028]优点:该系统针电极曲率半径小，电压作用面积小，原位检测多种性能的变化(多模式电场力显微镜(Electric Force Microscope, EFM)、开尔文力显微镜(KelvinForce Microscopy，KFM)、压电力显微镜(Piezoelectric Force Microscopy, PFM)、扫描电容显微镜(Scanning Capacitance Microscopy, SCM)、磁场力显微镜(MagneticForceMicroscopy, MFM)，适合研宄纳米电介质，外接保护电路(电阻、继电器、计时器)，能够耐压过程中暂停耐压，原位检测材料的各种变化，之后继续耐压作用，耐压击穿材料后，亦可检测材料的变化情况。
【主权项】
1.基于扫描探针显微镜的材料耐高电压实验及检测装置，它包括保护电阻(2)、高压电源(3)和继电器；所述保护电阻(2)的一端与继电器开关的动触点连接；所述继电器开关的静触点接入高压电源⑶； 其特征是:它还包括扫描探针显微镜、计时器和电流表(12); 扫描探针显微镜包括导电悬臂(5)、探针(6)、压电陶瓷扫描器(9)、激光器(7)和探测器⑶；压电陶瓷扫描器(9)接入电源； 保护电阻(2)的另一端与导电悬臂(5)的一端连接；导电悬臂(5)悬挂在压电陶瓷扫描器(9)的上方，且与水平方向的夹角为锐角；探针(6)固定在导电悬臂(5)的另一端； 压电陶瓷扫描器(9)的上端放置有样品(4)，探针(6)位于样品(4)的上方，且与样品(4)的上表面接触； 激光器(7)发射的激光入射至探针(6)背面，所述激光经探针(6)反射至探测器(8); 计时器和电流表(12)均串联在保护电阻(2)和高压电源(3)之间。
2.根据权利要求1所述的基于扫描探针显微镜的材料耐高电压实验及检测装置，其特征在于它还包括计算机(10)和显示器(11);所述计算机(10)的显示信号输出端与显示器(11)的显示信号输入端连接；所述探测器⑶的电信号输出端与计算机(10)的探测器信号输入端连接；计算机(10)的反馈控制信号输出端与压电陶瓷扫描器(9)的控制信号输入端连接。
3.根据权利要求1所述的基于扫描探针显微镜的材料耐高电压实验及检测装置，其特征在于扫描探针显微镜为多模式电场力显微镜、开尔文力显微镜、压电力显微镜、扫描电容显微镜或磁场力显微镜。
【专利摘要】基于扫描探针显微镜的材料耐高电压实验及检测装置，涉及一种材料耐高电压实验及检测装置。它是为了解决现有的介电强度实验装置在检测材料介电强度时不能原位的连续检测材料变化的问题。它的保护电阻的另一端与导电悬臂的一端连接；导电悬臂悬挂在压电陶瓷扫描器的上方，且与水平方向的夹角为锐角；扫描探针显微镜的探针固定在导电悬臂的另一端；压电陶瓷扫描器的上端放置有样品，扫描探针显微镜的探针位于样品的上方，且与样品的上表面接触；激光器发射的激光入射至扫描探针显微镜的探针背面，激光经扫描探针显微镜的探针反射至探测器；计时器和电流表均串联在保护电阻和高压电源之间。本实用新型适用于材料耐高电压实验及检测。
【IPC分类】G01R31-12
【公开号】CN204515074
【申请号】CN201520207503
【发明人】孙志, 付琳清, 刘丛吉, 韩柏
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月8日