一种压电堆垛驱动的纳米钳子

摘要

本发明公开了一种压电堆垛驱动的纳米钳子，包括基座，基座两端延伸出第一臂和第二臂，第一臂延伸出第一拉伸部，第二臂延伸出第二拉伸部，第一拉伸部与第二拉伸部之间具有容纳样本的开口，第一臂与第二臂之间设有空腔，空腔设有将空腔分隔成两部分的分隔板，分隔板与第一臂之间设有提供驱动力的压电堆垛，分隔板与第二臂之间设有提供驱动力的压电堆垛。本发明通过控制压电堆垛加载的电压，实现对样品拉伸长度的控制，能够满足样品拉伸的不同要求，而且纳米钳子小型化，保证了纳米操纵系统的性能，提高了样品的拉伸精度。

权利要求

1.一种压电堆垛驱动的纳米钳子，其特征在于：包括基座，基座两端延伸出第一臂和第二臂，第一臂延伸出第一拉伸部，第二臂延伸出第二拉伸部，第一拉伸部与第二拉伸部之间具有容纳样本的开口，第一臂与第二臂之间设有空腔，空腔设有将空腔分隔成两部分的分隔板，分隔板与第一臂之间设有提供驱动力的压电堆垛，分隔板与第二臂之间设有提供驱动力的压电堆垛。

2.如权利要求1所述的一种压电堆垛驱动的纳米钳子，其特征在于：压电堆垛由多个压电材料堆叠而成。

3.如权利要求1所述的一种压电堆垛驱动的纳米钳子，其特征在于：第一臂与压电堆垛之间以及第二臂与压电堆垛之间均设有端帽，端帽呈锥体状，或者呈球状。

4.如权利要求1所述的一种压电堆垛驱动的纳米钳子，其特征在于：第一拉伸部和第二拉伸部均设有凹槽。

5.如权利要求1所述的一种压电堆垛驱动的纳米钳子，其特征在于：第一臂和第二臂沿分隔板对称设置，第一拉伸部和第二拉伸部沿分隔板对称设置。

6.如权利要求1所述的一种压电堆垛驱动的纳米钳子，其特征在于：分隔板固定于基座；第一臂和第二臂分别垂直于基座，第一拉伸部垂直于第一臂，第二拉伸部垂直于第二臂。

说明书

一种压电堆垛驱动的纳米钳子

技术领域

[0001] 本发明属于纳米操纵系统领域，具体涉及一种压电堆垛驱动的纳米钳子。

背景技术

[0002] 纳米操纵器（纳米钳子）是纳米操纵系统的核心原件，主要功能是实现对微小样品的拉伸。现有纳米钳子有微电机系统驱动和静电力驱动等多种类型，但是现有纳米钳子的驱动机构复杂，难以保证样品的拉伸精度，而且纳米钳子的结构十分复杂，纳米钳子本身要求尺寸又十分微小，导致加工精度要求高，加工难度大，成本高等问题。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种压电堆垛驱动的纳米钳子，在保证样品拉伸精度的情况下能方便控制样品的拉伸。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0005] 一种压电堆垛驱动的纳米钳子，包括基座，基座两端延伸出第一臂和第二臂，第一臂延伸出第一拉伸部，第二臂延伸出第二拉伸部，第一拉伸部与第二拉伸部之间具有容纳样本的开口，第一臂与第二臂之间设有空腔，空腔设有将空腔分隔成两部分的分隔板，分隔板与第一臂之间设有提供驱动力的压电堆垛，分隔板与第二臂之间设有提供驱动力的压电堆垛。

[0006] 进一步，压电堆垛由多个压电材料堆叠而成。压电材料在外电场作用下会发生形变，例如，压电陶瓷。

[0007] 进一步，第一臂与压电堆垛之间以及第二臂与压电堆垛之间均设有端帽，端帽端面呈锥体状或者端帽端面呈球状。端帽与臂点接触，能减小施力面积。端帽由强度高、韧性强的材料制成，如氧化铝。

[0008] 进一步，第一拉伸部和第二拉伸部均设有凹槽。凹槽的设置不仅可以节省材料，而且预留空间装载其它结构，例如，针对拉伸不同样品需要用到的夹具，或者给样品通电，加热或者测量感应的装置。

[0009] 进一步，第一臂和第二臂沿分隔板对称设置，第一拉伸部和第二拉伸部沿分隔板对称设置。纳米钳子沿分隔板对称设置，对压电堆垛施加相同的电压时，第一拉伸部和第二拉伸部撑开距离一致。

[0010] 进一步，分隔板固定于基座，第一臂和第二臂分别垂直于基座，第一拉伸部垂直于第一臂，第二拉伸部垂直于第二臂。

[0011] 本发明的工作过程是：将压电堆垛用胶水固定于分隔板与臂之间，用导线引出压电堆垛的电极，将样品固定于第一拉伸部和第二拉伸部之间，给压电堆垛通电，在压电堆垛的驱动下第一拉伸部和第二拉伸部向两侧撑开，样品被拉伸。

[0012] 本发明相比现有技术优点在于：1、依托压电堆垛提供的驱动力，对样品的拉伸步长可以精确到100nm，样品最大拉伸长度可以达到20μm，极大地提高了样品的拉伸精度。

[0013] 2、通过控制压电堆垛加载的电压，从而控制压电堆垛的伸长长度，最终实现对样品拉伸长度的控制，能够满足样品拉伸的不同要求。

[0014] 3、纳米钳子小型化，结构简单，加工容易，制造成本低，保证了纳米操纵系统的性能。

[0015] 4、在臂与压电堆垛之间设有端帽，端帽与臂点接触能减小施力面积；第一拉伸部和第二拉伸部设置的凹槽，不仅可以节省材料，而且预留空间装载其它结构。

附图说明

[0016] 图1为本发明的结构示意图。

[0017] 图2为对压电堆垛施加电压的示意图。

[0018] 图中标识：基座1，第一臂11，第二臂12，第一拉伸部111，第二拉伸部121，开口2，空腔3，分隔板31，压电堆垛4，端帽41，凹槽13。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

[0020] 一种压电堆垛驱动的纳米钳子，如图1所示，包括基座1，基座1两端延伸出第一臂11和第二臂12，第一臂11延伸出第一拉伸部111，第二臂12延伸出第二拉伸部121，第一拉伸部111与第二拉伸部121之间具有容纳样本的开口2，第一臂11与第二臂12之间设有空腔3，空腔3设有将空腔3分隔成两部分的分隔板31，分隔板31与第一臂11之间设有提供驱动力的压电堆垛4，分隔板31与第二臂12之间设有提供驱动力的压电堆垛4。空腔3由基座1、第一臂
11、第二臂12以及第一拉伸部111、第二拉伸部121围成。分隔板31固定于基座1。

[0021] 压电堆垛4由多个压电材料堆叠而成。压电材料在外电场作用下会发生形变，例如，压电陶瓷。

[0022] 第一臂11与压电堆垛4之间以及第二臂12与压电堆垛4之间均设有端帽41，端帽41呈锥体状，或者，端帽41呈球状。端帽41与臂点接触，能减小施力面积。端帽41由强度高、韧性强的材料制成，如氧化铝。

[0023] 第一拉伸部111和第二拉伸部121均设有凹槽13。凹槽13的设置不仅可以节省材料，而且预留空间装载其它结构，例如，针对拉伸不同样品需要用到的夹具，或者给样品通电，加热或者测量感应的装置。

[0024] 纳米钳子沿分隔板31对称设置。第一臂11和第二臂12沿分隔板31对称设置，第一拉伸部111和第二拉伸部121沿分隔板31对称设置。对称设置的纳米钳子，给压电堆垛施加相同电压时，第一拉伸部111和第二拉伸部121撑开距离一致，满足规则样品拉伸的要求。

[0025] 第一臂11和第二臂12分别垂直于基座1，第一拉伸部111垂直于第一臂11，第二拉伸部121垂直于第二臂12。

[0026] 本发明的工作过程是：如图2所示，将压电堆垛用胶水固定于分隔板与臂之间，将样品固定于第一拉伸部和第二拉伸部之间的开口处，对压电堆垛施加电压，压电堆垛伸长使第一臂和第二臂分别向两端撑开，第一拉伸部和第二拉伸部也分别向两侧撑开，从而样品被拉伸开来。

[0027] 本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。