Micropalanca para microscopio de fuerzas atómicas y microscopio que incorpora dicha micropalanca.

Micropalanca para microscopio de fuerzas atómicas y microscopio que incorpora dicha micropalanca.

La invención consiste en una micropalanca adecuada para su incorporación a un microscopio de fuerzas atómicas

(20). La micropalanca posee una placa (1) que comprende sendas caras mayores (2) opuestas, y unas primeras caras menores (3) opuestas y unas segundas caras menores (4) opuestas estando una de las segundas caras menores (4) opuestas adaptada para su unión al microscopio de fuerzas atómicas (20). La micropalanca comprende también un apéndice de rastreo (10) que se localiza en una de las caras menores (3) de la placa (1). Posee también al menos un electrodo de actuación (5) adaptado para provocar un desplazamiento de la placa (1) paralelo a sus caras mayores (2) y un electrodo de detección (7) situado en una de sus caras mayores (2).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201131344.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: SÁNCHEZ DE ROJAS,José Luis, HERNANDO GARCÍA,Jorge.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > TECNICAS O APARATOS DE SONDA DE BARRIDO; APLICACIONES... > Tipos particulares de microscopía por sonda de barrido... > G01Q60/38 (Sondas, su fabricación o su instrumentación relacionada, p. ej. soportes)
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Micropalanca para microscopio de fuerzas atómicas y microscopio que incorpora dicha micropalanca.

Fragmento de la descripción:

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención es una micropalanca adecuada para su incorporación a un microscopio de fuerzas atómicas que posee una configuración que hace que sea especialmente apta para su uso en un medio líquido. Es también objeto de la presente invención el microscopio que incorpora la mencionada micropalanca.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Es conocido en el estado de la técnica el microscopio de fuerzas atómicas que se fundamenta en una estructura micrométrica con forma de micropalanca que posee una placa o viga suspendida y un apéndice de rastreo que posee un número pequeño de átomos localizado en la parte final de la placa o viga lo que permite su interacción con la superficie que se quiere rastrear a escala atómica. Las fuerzas actuando sobre el apéndice de rastreo son normalmente determinadas midiendo el desplazamiento de la placa o viga,

Para realizar el rastreo de la superficie a medir existen dos modos, el modo dinámico o el modo estático. En el modo estático la micropalanca contacta con la superficie de interés. En el modo dinámico la micropalanca resuena en uno de sus modos de vibración y la interacción con la superficie, sin llegar a contactar, modifica sus parámetros de vibración.

En el caso de estudios de superficies blandas, por ejemplo, de tipo biológico, el modo de trabajo habitual es el dinámico para evitar dañar el material blando. Para trabajar en el modo dinámico, hay que, por un lado, inducir el movimiento de la palanca, lo que se denomina actuación, y por otro lado, medir dicho movimiento, lo que se denomina detección.

En el caso de la actuación, es conocido que la micropalanca se monte sobre una actuador externo piezoeléctrico o vibrador, de tal manera que el movimiento del vibrador induce el movimiento de la micropalanca. Para la detección, se recurre a soluciones ópticas como la detección de la reflexión de un láser sobre la micropalanca en movimiento.

Sin embargo, la actuación externa es especialmente inadecuada al trabajar en medio líquido, dado que también se inducen las vibraciones de una celda que contiene la micropalanca.

La detección óptica presenta también desventajas ya que implica el uso de un equipo óptico, es decir detector y láser, lo que aumenta la complejidad del dispositivo, además de requerir alineamientos precisos para detectar adecuadamente la señal de reflexión.

Son conocidas algunas soluciones a las anteriores desventajas. Estas soluciones integran la detección o la actuación en la propia micropalanca que ya no se realiza mediante equipos externos, según lo descrito anteriormente.

Es conocido, por ejemplo, el uso de una micropalanca que comprende una placa que posee sendas caras mayores opuestas y cuatro caras menores opuestas que definen el espesor de la placa. Las caras menores opuestas poseen a su vez unas primeras caras menores opuestas y unas segundas caras menores opuestas estando una de las segundas caras menores opuestas adaptada para su unión al microscopio de fuerzas atómicas. El apéndice de rastreo se localiza sobre una de las caras mayores de la placa que está adaptada para estar próxima a la superficie a medir. De este modo la placa se sitúa con sus caras mayores paralelas a la superficie que se desea medir.

La micropalanca puede comprender también una capa de material piezoeléctrico situado sobre la placa y un electrodo de actuación localizado sobre la capa piezoeléctrica de una de las caras mayores de modo que induce un desplazamiento de la palanca perpendicular a sus caras mayores, es decir, el apéndice de rastreo se desplaza verticalmente. Finalmente, la detección se realiza mediante el sistema óptico anteriormente comentado, a través de la detección mediante reflexión de un láser sobre una de las caras mayores de la palanca, ya que la superficie reflectante debe ser elevada.

El modo de vibración normalmente inducido es el primer modo flexural de la micropalanca. Las características de este modo en la micropalanca anterior son suficientes para trabajar en aire, en lo que respecta a magnitud y estabilidad de su movimiento, pero se ven seriamente perjudicadas en medio líquido debido principalmente a las pérdidas disipativas viscosas por la interacción de la estructura con el fluido.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La micropalanca objeto de la invención posee una configuración que permite integrar tanto la actuación como la detección en la propia micropalanca, así como reducir las pérdidas disipativas en medio líquido e incluso maximizar el desplazamiento de la micropalanca en medio líquido lo que redunda en una mejora en el límite de detección de la misma.

Para ello la invención se caracteriza porque, en primer lugar, el apéndice de rastreo se localiza en una de las primeras caras menores de la placa, concretamente, la que está adaptada para estar próxima a la superficie a medir, es decir, al contrario que en otras configuraciones conocidas del estado de la técnica, la placa no se sitúa con sus caras de mayor superficie paralelas a la superficie a medir, sino que el apéndice de rastreo se sitúa en una de las caras de menor superficie, es decir, en el canto de la placa, o lo que es lo mismo, la placa se dispone girada 90º respecto de la placa conocida del estado de la técnica. El modo de vibración inducido tiene también que desplazar el apéndice de rastreo verticalmente a la superficie a medir.

Caracteriza también a la invención el hecho de que el electrodo de actuación está adaptado para provocar un desplazamiento de la placa paralelo a sus caras mayores opuestas, según lo anteriormente comentado, y se localiza sobre una de las mencionadas caras mayores. Esta configuración del electrodo permite provocar un desplazamiento vertical del apéndice de rastreo, ya que, por ejemplo, con una configuración en la cual el electrodo cubra la totalidad de la superficie de la placa no sería posible desplazar la placa de este modo.

Finalmente caracteriza a la invención el hecho de comprender adicionalmente un electrodo de detección del desplazamiento de la placa situado en una de las caras mayores. Este hecho permite que la detección esté también integrada en la propia micropalanca.

La micropalanca objeto de la invención al vibrar de modo que produce un desplazamiento de la micropalanca paralelo a sus caras mayores, en vez de perpendicular a la misma, evita que se produzca un elevado amortiguamiento en medio líquido, además de que al utilizar actuación y detección integrada mediante la anterior configuración de electrodos optimiza el desplazamiento del modo de vibración de la estructura.

Es también objeto de la presenta invención el microscopio de fuerzas atómicas que comprende la micropalanca descrita, para lo cual la micropalanca se conecta a un circuito acondicionador de señales de los electrodos que se incorpora también al microscopio.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1. Muestra una vista esquemática en perspectiva de un ejemplo de realización de la micropalanca.

Figura 2. Muestra una vista esquemática en perspectiva de un segundo ejemplo de realización de la micropalanca.

Figura 3. Muestra una vista esquemática de un corte transversal de la placa de un primer ejemplo de realización de los electrodos de actuación y detección.

Figura 4. Muestra una...

 


Reivindicaciones:

1. Micropalanca para microscopio de fuerzas atómicas (20) , que comprende:

- una placa (1) que comprende:

- sendas caras mayores (2) opuestas, y -unas primeras caras menores (3) opuestas y unas segundas caras menores (4) opuestas estando una de las segundas caras menores (4) opuestas adaptada para su unión al microscopio de fuerzas atómicas (20) ,

- un apéndice de rastreo (10) localizado sobre la cara (2, 3, 4) de la placa (1) que está adaptada para quedar situada próxima a una superficie a medir,

- una capa piezoeléctrica (9) situada sobre la placa (1) y

- un electrodo de actuación (5) localizado sobre la capa piezoeléctrica (9) de una de las caras mayores (2) para la excitación de modos de vibración a la placa (1) , caracterizada porque

-el apéndice de rastreo (10) se localiza en una de las primeras caras menores (3) , -el electrodo de actuación (5) está adaptado para provocar desplazamientos de la placa (1) paralelos a sus caras mayores (2) , y

- comprende adicionalmente un electrodo de detección (7) del desplazamiento de la placa (1) situado en una de las caras mayores (2) .

2. Micropalanca para microscopio de fuerzas atómicas (20) , según la reivindicación 1, caracterizada porque el electrodo de actuación (5) está situado en el área de la cara mayor (2) donde la tensión mecánica de la placa

(1) en el modo de vibración excitado posee el mismo signo.

3. Micropalanca para microscopio de fuerzas atómicas (20) , según la reivindicación 2, caracterizada porque el electrodo de detección (7) está situado en el área de la cara mayor (2) donde la tensión mecánica de la placa

(1) en el modo de vibración excitado posee el mismo signo.

4. Micropalanca para microscopio de fuerzas atómicas (20) , según la reivindicación 3, caracterizada porque el electrodo de detección (7) está situado en la misma cara mayor (2) que el electrodo de actuación (5) en el área donde la tensión mecánica de la placa (1) en el modo de vibración excitado posee signo contrario al área en el que se sitúa el electrodo de actuación (5) .

5. Micropalanca para microscopio de fuerzas atómicas (20) , según la reivindicación 3, caracterizada porque el electrodo de detección (7) está situado en la cara mayor (2) opuesta a la del electrodo de actuación (5) .

6. Micropalanca para microscopio de fuerzas atómicas (20) , según la reivindicación 5, caracterizada porque comprende un segundo electrodo de detección (13) situado en la misma cara mayor (2) que el primer electrodo de detección (7) en un área donde la tensión mecánica de la placa (1) en el modo de vibración excitado posee el signo contrario al área en el que se sitúa el primer electrodo de detección (7) y que está adaptado para generar una tensión de signo contrario a la del primer electrodo de detección (7) .

7. Micropalanca para microscopio de fuerzas atómicas (20) , según la reivindicación 2, caracterizada porque comprende un segundo electrodo de actuación (11) situado en la misma cara mayor (2) que el primer electrodo de actuación (5) en el área donde la tensión mecánica de la placa (1) en el modo de vibración excitado posee signo contrario al área en el que se sitúa el primer electrodo de actuación (5) y que está adaptado para recibir una tensión de signo contrario a la del primer electrodo de actuación (5) .

8. Micropalanca para microscopio de fuerzas atómicas (20) , según la reivindicación 2, caracterizada porque el electrodo de actuación (5) se extiende sobre la totalidad del área de la cara mayor (2) donde la tensión mecánica de la placa (1) en el modo de vibración excitado posee el mismo signo.

9. Micropalanca para microscopio de fuerzas atómicas (20) , según la reivindicación 8, caracterizada porque el electrodo de actuación (5) se extiende entre el extremo libre de la superficie de la placa (1) y una línea central longitudinal de la misma (1) de modo que está adaptado para excitar el primer modo flexural de la placa (1) .

10. Micropalanca para microscopio de fuerzas atómicas (20) , según las reivindicaciones 1 ó 6 ó 7, caracterizada porque comprende un electrodo de masa (6, 8, 12, 14) localizado entre la capa piezoeléctrica (9) y la placa (1) y que se extiende al menos la misma área que el electrodo de actuación (5, 11) y/o el electrodo de detección (7, 13) .

11. Micropalanca para microscopio de fuerzas atómicas (20) , según las reivindicaciones 1 ó 6 ó 7, caracterizada porque la placa (1) es de material conductor.

12. Microscopio de fuerzas atómicas (20) , caracterizado porque comprende la micropalanca descrita en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.