超高真空樣品抓取方式

在超高真空設(shè)備中，由于真空環(huán)境的獲取非常不容易（需要烘烤、除氣等工作），所以不能輕易破真空暴露大氣，但是實(shí)際測(cè)試工作往往又需要更換不同實(shí)驗(yàn)樣品，這就要求用戶能在超高真空環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)原位樣品抓取和釋放。在本期的公眾號(hào)中，咱們就來了解一下超高真空環(huán)境下樣品的抓取裝置。

首先，樣品的抓取是和樣品托的設(shè)計(jì)息息相關(guān)的。在早期的真空系統(tǒng)中，存在著各種各樣的樣品托設(shè)計(jì)和傳樣方式，而隨著技術(shù)的進(jìn)步和真空互聯(lián)的需要，目前各家廠家都在逐步統(tǒng)一規(guī)范樣品托的設(shè)計(jì)，這樣能最大限度地保證系統(tǒng)的兼容和擴(kuò)展性。本次介紹的內(nèi)容主要就是針對(duì)目前在表面分析領(lǐng)域使用最廣的一類樣品托：Flag Type Sample Holder(中文名：旗型樣品托)，最簡(jiǎn)單的一類旗型樣品托的尺寸圖如下所示：

但在實(shí)際使用中，這個(gè)樣品托有很多變種，比如額外的電極、雙層、臺(tái)階等等， 一般會(huì)改動(dòng)樣品的承載端（就是上面的薄片），保留下半部分（抓取部分）。另外，有些廠家在耳朵部分也會(huì)有所變動(dòng)，就是沒有中間的小孔，這種設(shè)計(jì)目前使用得越來越少，但仍需要用戶注意。

針對(duì)Flag Type Sample Holder，可以使用不同抓取方式，以下是費(fèi)勉儀器不同抓取頭的介紹。

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TH100旋轉(zhuǎn)式抓取頭

（1）樣品托的抓?。?br/>
①抓取頭槽口與樣品托平行，使樣品托完全插入抓取頭中。

②順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。

③退回抓取頭，完成樣品托的抓取。

（2）樣品托的釋放：

①將抓取頭抓取的樣品托與停放臺(tái)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，插入樣品托停放臺(tái)中。

②將抓取頭推到底，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。

③收回抓取頭，實(shí)現(xiàn)樣品托的釋放。

外形尺寸：

TH100抓取頭的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命很長(zhǎng)。但是因?yàn)閷?duì)轉(zhuǎn)動(dòng)鎖緊、放松的角度要求很高，所以很容易擰歪樣品托的耳朵，造成損傷。為了解決這個(gè)問題，我們的工程師又研發(fā)了TH120抓取頭，可以允許360°旋轉(zhuǎn)而不會(huì)損傷耳朵。

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TH120旋轉(zhuǎn)式抓取頭

（1）樣品托的抓?。?br/>
①抓取頭槽口與樣品托平行，使樣品托完全插入抓取頭中。

②任意旋轉(zhuǎn)90°。

③退回抓取頭，完成樣品托的抓取。

（2）樣品托的釋放：

①將抓取頭抓取的樣品托與停放臺(tái)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，插入停放臺(tái)中。

②將抓取頭推到底，任意旋轉(zhuǎn)90°。

③收回抓取頭，實(shí)現(xiàn)樣品托的釋放。

外形尺寸：

TH1xx系列樣品托操作比較簡(jiǎn)單，但是在脫耦合的時(shí)候要求樣品托和抓取頭成特定的角度，這個(gè)對(duì)于短距離可視的傳樣是可以的，但是對(duì)于長(zhǎng)距離傳遞樣品，這個(gè)角度往往不好把握，會(huì)出現(xiàn)把樣品托不小心帶出來的問題。針對(duì)這個(gè)情況，費(fèi)勉提供了另一個(gè)解決方案，就是TH200抓取頭。

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TH200頂松頂緊抓取頭

（1）樣品托的抓?。?br/>
① 抓取頭沿樣品托方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入樣品托耳朵。

② 抓取頭前端抵住樣品托后繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到底，頂針進(jìn)入樣品托小孔同時(shí)頂開鎖緊舌頭。

③ 退回抓取頭，確保鎖緊柱定位在鎖緊舌頭槽里，完成樣品托抓取。

（2）樣品托的釋放：

① 抓取頭鎖住樣品托，對(duì)準(zhǔn)方向進(jìn)入樣品托停放臺(tái)。

② 抓取頭繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到底后頂開鎖緊舌頭。

③ 退回抓取頭，實(shí)現(xiàn)抓取頭的釋放。

外形尺寸：

TH200抓取頭通過單方向的運(yùn)動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)樣品的取放，比較適合長(zhǎng)距離缺乏目視或者手感的樣品傳遞，例如RDC 820。

以上Th1XX和TH200系列的抓取頭，操作都比較簡(jiǎn)單，適合于絕大多數(shù)的傳遞場(chǎng)景，但是這類傳遞方式的缺點(diǎn)就是會(huì)有力通過樣品托傳遞到樣品臺(tái)（Sample Stage）上。絕大多數(shù)設(shè)備可以承受這個(gè)力，而如果是壓電陶瓷（Piezo）驅(qū)動(dòng)的精密樣品臺(tái)（例如STM），上述兩種方式就不太適用了，需要有一種更加輕柔的傳遞方式。

TH600爪式開合抓取頭

（1）樣品托的抓?。?br/>
①操控雙軸超高真空機(jī)械手推動(dòng)傳動(dòng)內(nèi)軸，使卡爪張開。

②將抓取頭推到底后松開傳動(dòng)內(nèi)軸，卡爪合攏，抓取樣品托。

③退回傳樣桿且取出樣品托，完成樣品托的抓取。

（2）樣品托的釋放：

①將抓取頭抓取的樣品托與停放臺(tái)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，插入停放臺(tái)中。

②操控雙軸超高真空機(jī)械手推動(dòng)傳動(dòng)內(nèi)軸，使卡爪張開。

③收回抓取頭后松開傳動(dòng)內(nèi)軸，實(shí)現(xiàn)樣品托的釋放。

外形尺寸：

TH600完全依靠自身操作來實(shí)現(xiàn)樣品取放，因此完全避免了對(duì)樣品臺(tái)的外加應(yīng)力，非常適合于對(duì)Piezo臺(tái)子的樣品傳遞。

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以下是抓取頭可搭配的傳樣裝置類型

抓取頭種類	可搭配的傳樣裝置類型
TH100	小型磁耦合傳樣桿（MTA16系列）、磁耦合傳樣桿（MTA35系列）、超高真空機(jī)械手（WS系列）等
TH120	小型磁耦合傳樣桿（MTA16系列）、磁耦合傳樣桿（MTA35系列）、超高真空機(jī)械手（WS系列）等
TH200	磁耦合傳樣桿（MTA35系列）、圓形傳樣機(jī)械臂等
TH600	雙軸超高真空傳樣桿、機(jī)械手系列等

除了Flag Type Sample Holder之外，費(fèi)勉儀器也提供其他各種不同尺寸不同用途的樣品臺(tái)傳遞和儲(chǔ)存方案，如果您有需要，請(qǐng)咨詢info@fermi.com。