CN110514685A - 一种用于原位扫描电镜测试的载物仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及样品台领域，特别涉及一种用于原位扫描电镜测试的载物仪，其包括舱体、第一密封圈、载物台、盖板、细绳、抽气部、密封盖、电池、控制器和电机，载物台安装在舱体内，样品装放在载物台上，盖板和抽气部可以对样品所在的空间进行真空密封，遥控器用于控制盖板的开启。本发明盖板的开启时机可控，可以确保电镜样品舱内达到真空后再对盖板进行开启，保证样品不受污染，在电镜内实现真空原位测试样品，盖板也可以在电镜样品舱任意真空度下遥控开启，使样品暴露在特定的气压环境下，以完成某些特定环境下的观测试验。

Description

一种用于原位扫描电镜测试的载物仪

【技术领域】

本发明涉及样品台领域，特别涉及一种用于原位扫描电镜测试的载物仪。

【背景技术】

为寻找锂离子电池比容量低，循环寿命短的根本原因，对锂离子电池的性能检测是一种重要手段，原位电镜测试电池极片性能对电池的充放电过程的研究具有重大意义。为了研究锂离子在放电过程中负极中的沉积，需要原位电镜的测试，但是，锂的化学性质非常活泼，把样品由制样间放进扫描电镜的过程中，锂会在空气中被氧化，对样品表面会造成很大损伤，这样电镜的观测结果就不能直接显示人们想看到的真实情况。

为解决样品运输与放进电镜过程中被空气污染的问题，授权公告号为CN207843890 U的中国发明公布了一种密封转移装置。但是该密封转移装置没有主动动力系统，是靠负压形成的压力差来对盖板进行开启的，在电镜样品舱未达到真空前，盖板会因压力差产生的作用力提前打开，样品还是有被污染的可能，而且盖板不能在电镜样品舱任一真空度下人为控制开启，无法完成特定气压环境下的观测试验；另外，由于该密封转移装置盖板和舱体为面接触，之间用真空硅胶密封，真空硅胶有较大的粘附力，容易出现其轴孔内的气体无法将盖板推开的情况。

【发明内容】

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于原位扫描电镜测试的载物仪，该载物仪能够主动控制盖板开启的时机，又能保证盖板能够顺利开启。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于原位扫描电镜测试的载物仪，包括舱体、第一密封圈、载物台、盖板、细绳、抽气部、密封盖、电池、控制器和电机；舱体呈阶梯状，包括第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯，第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯均为长方体状，第二阶梯的前侧面与第一阶梯的后侧面重合，第二阶梯的后侧面与第三阶梯的前侧面重合；为使生产加工方便，并使在满足使用条件下舱体的体积尽可能小，优选将第二阶梯设置在第一阶梯和第三阶梯中间位置，第二阶梯的左侧面、右侧面和下底面分别与另两个阶梯的左侧面、右侧面和下底面对应在同一平面上；第一阶梯的上表面往第一阶梯的高度方向开有轴线重合的第一圆槽和第二圆槽，第一圆槽直径大于第二圆槽直径，第二圆槽深度大于第一圆槽深度，第一密封圈固定安装在第一圆槽的底面；第一阶梯的前侧面有圆台，圆台轴线方向有通腔，通腔与第二圆槽连通，抽气部与圆台气密连接，抽气部可以在抽真空操作后封闭通腔在圆台的一端；载物台放置在第二圆槽内，载物台高度小于第二圆槽深度，盖板放置在第一密封圈上方，盖板与密封圈贴合，抽气部封闭后，盖板与密封圈能保证第一阶梯内部腔体的气密密封；第二阶梯的左侧面或右侧面往第二阶梯宽度方向开有第三圆槽，电池安装在第三圆槽内，第三圆槽从起始开孔面往内有第一螺纹，密封盖有第二螺纹，第一螺纹和第二螺纹配合，拧紧密封盖能够气密密封第三圆槽；第三圆槽和密封盖内安装有导线，导线将电池正负极引出第二台阶外部；电机固定安装在第三台阶上表面，电机壳外转轴上固定安装有绕线器，细绳两端分别连接盖板和绕线器；遥控器包括电池和无线信号输出模块；控制器包括无线信号接收模块和电机控制模块，电池、无线信号接收模块和电机控制模块形成并联电路，电机与控制模块连接。

进一步地，第二阶梯在第一阶梯和第三阶梯中间位置，第二阶梯的左侧面、右侧面和下底面分别与另两个阶梯的左侧面、右侧面和下底面对应在同一平面上。

进一步地，盖板为长方体状，第一阶梯上表面有凸起和两个大小形状一致，方向正对的限位卡扣，两限位卡扣之间的距离等于或略大于盖板的宽度，两限位卡扣限制盖板水平方向只能沿舱体长度方向运动，高度方向的活动范围不接触电镜探头；凸起高度大于第一密封圈高出第一阶梯上表面的高度；盖板与第一密封圈气密闭合时，其一边与凸起接触，但不被凸起抬起。

进一步地，第一圆槽底面竖直方向截面为半圆形，第一圆槽底面与第一密封圈表面贴合。

进一步地，控制器还包括塑料外壳，无线信号接收模块和电机控制模块安装在塑料外壳内。

进一步地，密封盖上有一字槽或十字槽。

进一步地，还包括第二密封圈，第二密封圈套接在密封盖上。

进一步地，载物台为直径小于第二圆槽直径的圆柱体。

进一步地，抽气部包括单向阀和软管，软管两端分别与圆台和单向阀气密连接。

进一步地，通腔在第一阶梯内绕行340°后再与第二圆槽连通。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、可以主动控制盖板开启的时机，在电镜样品舱真空后再开启盖板，保证样品不受污染，在电镜内实现真空原位测试样品，也可以在电镜样品舱任意真空度下遥控开启，使样品暴露在特定的气压环境下，以完成某些特定环境下的观测试验。

2、凸起可以在盖板被拉动时抬起盖板的一端，减少盖板与第一密封圈的接触面，降低粘附力，保证盖板能够顺利开启。

【附图说明】

图1是本发明实施例所提供的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪的各部件结构的立体图。

图2是本发明实施例所提供的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪的盖板闭合时的立体图。

图3是本发明实施例所提供的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪的盖板开启后的立体图。

图4是本发明实施例所提供的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪的电路示意图。

图5是本发明实施例所提供的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪的舱体的放大图。

图6是本发明实施例所提供的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪另一种实施例舱体在通腔位置的截面图。

其中：1-舱体，11-第一阶梯，111-第二圆槽，112-第一圆槽，113-环形槽，114-圆台，115-通腔，116-限位卡扣，117-凸起，12-第二阶梯，121-第三圆槽，122-第一螺纹，13-第三阶梯，131-加强筋，2-盖板，21-凸部，3-载物台，4-第一密封圈，5-抽气部，51-单向阀，52-软管，6-电池，7-密封盖，71-第二螺纹，72-第二密封圈，8-控制器，81-无线信号接收模块，82-电机控制模块，9-电机，91-绕线器，92-细绳。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构、部件及其说明可能省略是可以理解的，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图5，一种用于原位扫描电镜测试的载物仪，包括舱体1、第一密封圈4、载物台3、盖板2、细绳92、抽气部5、密封盖7、电池6、控制器8和电机9；舱体1呈阶梯状，包括第一阶梯11、第二阶梯12和第三阶梯13，第一阶梯11、第二阶梯12和第三阶梯13均为长方体状，第二阶梯12的前侧面与第一阶梯11的后侧面重合，第二阶梯12的后侧面与第三阶梯13的前侧面重合；第一阶梯11的上表面往第一阶梯11的高度方向开有轴线重合的第一圆槽112和第二圆槽111，第一圆槽112直径大于第二圆槽111直径，第二圆槽111深度大于第一圆槽112深度；第一密封圈4固定安装在第一圆槽112的底面，并保证第一密封圈4安装后能高出第一阶梯11上表面0.4-0.6mm，固定方式可使用胶水粘合，第一密封圈4可选用外径为31mm，截面直径为3.1mm的VMQ圆环状密封圈；为使密封圈能够更稳固地安装固定，优选地，在第一圆槽112底部设置一环形槽113，环形槽113表面与第一密封圈4表面贴合，即环形槽113截面为半圆形，半圆形直径为3.1mm，第一圆槽112的深度为1mm左右；为使舱体1体积在满足使用的前提下尽可能小，优选地，第一圆槽112的直径等于第一密封圈4的外径；第一阶梯11的前侧面有圆台114，圆台114轴线方向有通腔115，通腔115与第二圆槽111连通，抽气部5与圆台114气密连接，抽气部5可以在抽真空操作后封闭通腔115在圆台114的一端，该抽气部5可选用单向阀51和软管52，软管52两端分别与圆台114和单向阀51气密连接；第一密封圈4固定安装在第一圆槽112的底面，载物台3放置在第二圆槽111内，载物台3高度小于第二圆槽111深度，盖板2放置在第一密封圈4上方，盖板2与密封圈贴合，抽气部5封闭后，盖板2与密封圈能保证第一阶梯11内部腔体的气密密封；第二阶梯12的左侧面或右侧面往第二阶梯12宽度方向开有第三圆槽121，电池6安装在第三圆槽121内，第三圆槽121从起始开孔面往内有第一螺纹122，密封盖7有第二螺纹71，第一螺纹122和第二螺纹71配合，拧紧密封盖7能够气密密封第三圆槽121；第三圆槽121和密封盖7内安装有导线(图未示)，导线(图未示)将电池6正负极引出第二台阶外部，引出导线所需要开孔在满足导线引出的前提下，越小越好，孔与导线之间用绝缘密封胶密封；电机9焊接安装在第三台阶上表面，电机9壳外转轴上焊接绕线器91，细绳92两端分别连接盖板2和绕线器91，绕线器91转动，卷起细绳92，细绳92拉动盖板2；遥控器(图未示)包括电池和无线信号输出模块；控制器8包括无线信号接收模块81和电机控制模块82，电池6、无线信号接收模块81和电机控制模块82形成并联电路，电机9与电机控制模块82连接；无线信号接收模块81接到遥控器(图未示)发出的信号后，将信号传输至电机控制模块82，电机控制模块82控制电机9转动一定角度，通过绕线器91和细绳92，使盖板2在水平投影面上不遮住第二圆槽111，又不完全脱离第一阶梯11，避免电机9转动过量，使盖板2偏离拉动方向而触碰到电镜内其他部件导致电镜损坏或影响观测。

优选地，为使舱体1体积尽量小，方便在空间狭窄的电镜样品舱内使用，第二阶梯12设置在第一阶梯11和第三阶梯13中间位置，第二阶梯12的左侧面、右侧面和下底面分别与另两个阶梯的左侧面、右侧面和下底面对应在同一平面上。

优选地，控制器8还包括塑料外壳，无线信号接收模块81和电机控制模块82安装在塑料外壳内，塑料外壳不影响无线型号的传输，又能对控制器8起到保护和固定的作用。

优选地，密封盖7上有一字槽或十字槽，使密封盖7可以借助螺丝刀进行关闭或开启，解决密封盖7体积小，难于直接用手拧动的问题。

优选地，为使载物台3便于安装和使用，载物台3为直径小于第二圆槽111直径的圆柱体，载物台3装入第二圆槽111内后，使其轴线与第二圆槽111轴线重合。

在此实施例中，舱体1、载物台3和密封盖7的材料选用黄铜，舱体1长度控制在90mm以内，宽度在40mm以内，高度为22.2mm；第三阶梯13的高度不大于2mm，其左右两侧设置有加强筋131；第二阶梯12和密封盖7配合形成气密密封的电池舱，将电池6放置在该电池舱内，以保证电镜样品舱的真空环境对电池6的使用不产生影响，避免电池6在真空环境下出现爆裂或漏液的情况；为更好地确保电池舱的气密性，优选地，在密封盖7上加装第二密封圈；电池6可选用23A12V圆柱电池，电机9可选用28BYJ-48步进电机，电机控制模块82可选用ULN2003模块，无线信号输出模块和无线信号接收模块81可选用NRF24L01模块。

在另一些实施例中，为了解决盖板2和第一密封圈4之间存在的粘附力使盖板2被拉动时弹起损坏电镜探头和粘附力过大使盖板2无法被拉开的问题，盖板2设计为扁平长方体状，盖板2朝向电机9的一端有一个带通孔的凸部21，细绳92的一端系在该凸部21处；第一阶梯11上表面有凸起117和两个大小形状一致且方向正对的限位卡扣116，两限位卡扣116之间的距离等于或略大于盖板2的宽度，两限位卡扣116限制盖板2水平方向只能沿舱体1长度方向运动，高度方向的活动范围不接触电镜探头；凸起117高度大于第一密封圈4高出第一阶梯11上表面的高度；盖板2与第一密封圈4气密闭合时，其一边与凸起117接触，但不被凸起117抬起；盖板2被细绳92拉动后，盖板2的一端被凸起117抬起，使盖板2与第一密封圈4之间从线接触变为点接触，实际接触面积减小，粘附力减小，盖板2弹起的可能性大大降低；限位卡扣116与凸起117在垂直投影面上有高度差，该高度差大于盖板2的厚度，盖板2能够在凸起117和两限位卡扣116的限制范围内被细绳92拉动；为保证盖板能被顺利抬起，凸起117优选设计为直角三棱柱的形状，其两直角面分别与第一阶梯11的上表面和后侧面重合；为避免凸起117对细绳92的摩擦而降低细绳92使用寿命，凸起117可以设计为两个，两个凸起117之间留出细绳92活动的空位。

在另一些实施例中，请参照图6，通腔115在第一阶梯11内绕行340°后再与第二圆槽111连通，在本实施例转移样品过程中，抽气部5一旦出现漏气，细长的通腔115可以形成一定的气阻，减缓空气进入第二圆槽111的速度，减少相同时间内进入第二圆槽111的空气量，降低样品受影响的程度。

本发明的使用步骤如下：

1、将本发明放置于手套箱中；2、将样品装放到载物台3上；3、将载物台3装入第二圆槽111内的中间位置；4、盖上盖板2，使盖板2与第一密封圈4闭合；5、使用抽真空装置连接抽气部5对第二圆槽111腔体抽真空；6、将本发明移出手套箱并转移到电镜样品舱内；7、使电镜样品舱抽真空；8、使用遥控器对本发明发出信号，电机9通过绕线器91拉动细绳92，细绳92拉开盖板2，使样品暴露在电镜样品舱内。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (10)

1.一种用于原位扫描电镜测试的载物仪，其特征在于：包括舱体、第一密封圈、载物台、盖板、细绳、抽气部、密封盖、电池、控制器、电机和遥控器；所述舱体呈阶梯状，包括第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯，所述第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯均为长方体状，所述第二阶梯的前侧面与所述第一阶梯的后侧面重合，所述第二阶梯的后侧面与所述第三阶梯的前侧面重合；所述第一阶梯的上表面往所述第一阶梯的高度方向开有轴线重合的第一圆槽和第二圆槽，所述第一圆槽直径大于所述第二圆槽直径，所述第二圆槽深度大于所述第一圆槽深度，所述第一密封圈固定安装在所述第一圆槽的底面；所述第一阶梯的前侧面有圆台，所述圆台轴线方向有通腔，所述通腔与所述第二圆槽连通，所述抽气部与所述圆台气密连接，所述抽气部可以在抽真空操作后封闭所述通腔在圆台的一端；所述载物台放置在所述第二圆槽内，所述载物台高度小于所述第二圆槽深度，所述盖板放置在所述第一密封圈上方，所述盖板与所述密封圈贴合，所述抽气部封闭后，所述盖板与所述密封圈能保证所述第一阶梯内部腔体的气密密封；所述第二阶梯的左侧面或右侧面往所述第二阶梯宽度方向开有第三圆槽，所述电池安装在所述第三圆槽内，所述第三圆槽从起始开孔面往内有第一螺纹，所述密封盖有第二螺纹，所述第一螺纹和所述第二螺纹配合，所述拧紧密封盖能够气密密封所述第三圆槽；所述第三圆槽和所述密封盖内安装有导线，所述导线将电池正负极引出第二台阶外部；所述电机固定安装在第三台阶上表面，所述电机壳外转轴上固定安装有绕线器，所述细绳两端分别连接所述盖板和所述绕线器；所述遥控器包括电池和无线信号输出模块；所述控制器包括无线信号接收模块和电机控制模块，所述电池、无线信号接收模块和电机控制模块形成并联电路，所述电机与所述控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪，其特征在于：所述第二阶梯在所述第一阶梯和所述第三阶梯中间位置，所述第二阶梯的左侧面、右侧面和下底面分别与另两个阶梯的左侧面、右侧面和下底面对应在同一平面上。

3.根据权利要求1所述的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪，其特征在于：所述盖板为长方体状，所述第一阶梯上表面有凸起和两个大小形状一致，方向正对的限位卡扣，两所述限位卡扣之间的距离等于或略大于所述盖板的宽度，两所述限位卡扣限制所述盖板水平方向只能沿所述舱体长度方向运动，高度方向的活动范围不接触电镜探头；所述凸起高度大于所述第一密封圈高出所述第一阶梯上表面的高度；所述盖板与所述第一密封圈气密闭合时，其一边与所述凸起接触，但不被所述凸起抬起。

4.根据权利要求1所述的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪，其特征在于：所述第一圆槽底面竖直方向截面为半圆形，所述第一圆槽底面与所述第一密封圈表面贴合。

5.根据权利要求1所述的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪，其特征在于：所述控制器还包括塑料外壳，所述无线信号接收模块和电机控制模块安装在所述塑料外壳内。

6.根据权利要求1所述的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪，其特征在于：所述密封盖上有一字槽或十字槽。

7.根据权利要求1所述的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪，其特征在于：还包括第二密封圈，所述第二密封圈套接在所述密封盖上。

8.根据权利要求1所述的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪，其特征在于：所述载物台为直径小于所述第二圆槽直径的圆柱体。

9.根据权利要求1所述的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪，其特征在于：所述抽气部包括单向阀和软管，所述软管两端分别与所述圆台和所述单向阀气密连接。

10.根据权利要求1所述的一种用于原位扫描电镜测试的载物仪，其特征在于：所述通腔在所述第一阶梯内绕行340°后再与所述第二圆槽连通。