Решение для регулирования давления от сверхвысокого вакуума до нормального давления

1. Что такое атомно-силовой микроскоп?

Атомно-силовой микроскоп — это прецизионный прибор, позволяющий выбирать различные рабочие условия, такие как вакуум, атмосферная среда, жидкая среда и среда с переменной температурой. Его принцип работы основан на обнаружении слабого взаимодействия между исследуемым образцом и зондом для изучения морфологии поверхности, а также физико-химических свойств материала. Атомно-силовые микроскопы должны обладать функциями работы в вакууме и атмосфере, главным образом, в связи со следующими требованиями к применению:

(1) Как известно, сила взаимодействия между атомами очень мала. При работе АСМ для поддержания силы взаимодействия между ними расстояние между зондом и образцом очень мало, обычно всего несколько нанометров или десятки нанометров, что предъявляет очень высокие требования к окружающей среде прибора. Современные атомно-силовые микроскопы, представленные на рынке, работают в обычной воздушной среде. Однако из-за активного присутствия различных молекул газа, различных механических колебаний и электромагнитных помех в воздухе по-прежнему трудно получить чрезвычайно высокое разрешение. Если вы хотите использовать атомно-силовые микроскопы для получения действительно атомного разрешения, вам по-прежнему необходимо работать в вакууме и сверхвысоком вакууме.

(2) С постепенным углублением исследований в микро- и наномасштабе во многих исследованиях необходимо проводить эксперименты in situ в одной и той же экспериментальной области на поверхности образца в вакуумной среде или в одной и той же атмосфере (например, азот, кислород, влажность, пары спирта и т. д.) с различными параметрами (например, измерение рассеивания энергии трения, которое требует замены других зондов с различными функциями без повреждения рабочей среды для достижения измерения in situ).

(3) В некоторых микро- и наномасштабных исследованиях результаты измерения спектра силы при различных степенях вакуума и различных атмосферах показывают, что сила адгезии между наконечником АСМ и исследуемым материалом значительно зависит от давления вакуума и газа, которому он подвергается.

Короче говоря, для того чтобы атомно-силовой микроскоп обладал функцией контроля условий окружающей среды, ключевым моментом является решение проблемы точного контроля степени вакуума и атмосферного окружения микроскопа.

 

2. Как решить эту проблему?

Для различных диапазонов степени вакуума используются пропорциональные регуляторы давления Kao Lu с малым расходом воздуха на входе и пропорциональные регуляторы давления Kao Lu с большим расходом.

Вся система замкнутого контура управления вакуумным давлением разделена на четыре газопровода, каждый из которых выполняет следующие функции:

(1) Низкий диапазон вакуума (10 мбар ~ 1 бар): В низком диапазоне вакуума первый канал двухканального контроллера вакуумного давления собирает сигнал измерения вакуума емкостного вакуумметра на 1000 Торр (точность измерения 0,25%).

(2) Высокий диапазон вакуума (0,01 мбар ~ 10 мбар): В высоком диапазоне вакуума второй канал двухканального контроллера вакуумного давления собирает сигнал измерения вакуума емкостного вакуумметра на 10 Торр (точность измерения 0,25%) и сравнивает его с показаниями прибора.

 

После сравнения фиксированных значений включается пропорциональный регулятор давления Kao Lu , и поток воздуха на входе регулируется путем быстрого изменения степени открытия регулятора , что позволяет достичь точности управления в пределах 1% в диапазоне высокого вакуума. Следует отметить, что при управлении в диапазоне высокого вакуума электрический шаровой клапан на выхлопном трубопроводе всегда должен находиться в полностью открытом состоянии.

 

Диапазон высокого вакуума (10 мбар ~ 0,01 мбар): В диапазоне сверхвысокого вакуума регулятор вакуумного давления собирает сигнал измерения вакуума ионизационного вакуумметра (точность измерения 15%) и управляет электрическим регулируемым клапаном утечки, сравнивая его с заданным значением клапана, быстро изменяя входной поток клапана утечки, тем самым обеспечивая точность управления в пределах 15% в диапазоне сверхвысокого вакуума.

 

В процессе регулирования вакуумного давления для достижения высокоточной регулировки следующие компоненты должны соответствовать соответствующим техническим требованиям:

(1) Датчик степени вакуума: Точность измерения датчика степени вакуума является одним из ключевых показателей, определяющих точность управления. В данном решении используется тонкопленочный емкостной вакуумметр с точностью 0,25% в диапазонах низкого и высокого вакуума, а также в диапазоне сверхвысокого вакуума. Используется в диапазоне высокого вакуума.

Разработан ионизационный вакуумметр с точностью до 15%.

(2) Клапаны: Точность регулировки и скорость различных впускных и выпускных клапанов также являются ключевыми показателями, определяющими точность управления.

Все используемые в продукции Kao Lu пропорциональные регуляторы давления отличаются очень высокой точностью регулировки, а скорость отклика составляет менее 1 секунды.

В пределах заданного диапазона скорость отклика регулируемого клапана утечки может достигать более десяти микросекунд, что полностью удовлетворяет требованиям управления подачей воздуха в условиях сверхвысокого вакуума.

(3) Контроллер вакуумного давления: Функции контроля точности сбора, точности регулировки выходного сигнала и обработки линеаризации также включают в себя

Ключевым показателем, определяющим точность управления, является использование пропорционального регулятора давления от Kao Lu , который позволяет достичь точного контроля вакуума в полном диапазоне.

 

Вкратце, пропорциональный регулятор давления Kao Lu позволяет точно контролировать любое заданное значение вакуумного давления в атомно-силовом микроскопе с регулируемой средой, от сверхвысокого вакуума до полного вакуума в одну атмосферу, а также управлять кривыми изменения в соответствии с заданной степенью вакуума. Кроме того, это решение может применяться для точного контроля вакуумной и атмосферной среды в различных микроскопах.