环境扫描电子显微镜内使用的可移动式温度控制系统

摘要

本发明公开了一种环境扫描电子显微镜内使用的可移动式温度控制系统，包括环境扫描电子显微镜的基座、操作器和执行终端，在操作器上安装有制冷制热单元，该制冷制热单元与位于环境扫描电子显微镜外部的温度控制器相连接，温度控制器用于调控制冷制热单元的温度，执行终端固定在制冷制热单元上方；制冷制热单元由下盖板、上盖板，帕尔帖元件和两个连接块组成，其中，下盖板固定在操作器上，上盖板固定在执行终端上，帕尔帖元件位于下盖板和上盖板之间，两个连接块各位于帕尔帖元件的一侧，在上盖板上还设有温度传感器。工作时，执行终端的温度通过电子显微镜外部的温度控制器控制，能够满足对微纳样本的可靠测量和操作。

说明书

技术领域

本发明属于微纳米装备制造技术领域，具体涉及一种环境扫描电子显微镜 内使用的可移动式温度控制系统。

背景技术

环境扫描电子显微镜(ESEM)是电子扫描显微镜(SEM)的一种。与传统的 电子扫描显微镜相比，它能够对非导电样品或生物样品进行纳米尺度的成像。 在观察样品，特别是活性生物样品时，需要对样品周围的温度进行控制，以保 证样品的特性和活性。现有的环境扫描电子显微镜的温度控制方法是在样品试 验台上固定安装一个冷却单元，以达到对样品温度进行控制的目的。但是这种 冷却单元严格安装在样品台上，其体积大，灵活性差。在观测样品时，其位置 不能移动。

随着纳米技术的发展，在观测样本的同时，越来越多的场合需要对样品进 行测量和操作。这些测量和操作是通过安装在显微镜内操作器上的执行终端来 完成。因为观测样本的尺寸非常小，在测量和操作过程中，执行终端的温度会 迅速的传导到样品上，导致样品的特性改变或对样品带来损害。然而，现有的 温度控制系统体积大，结构复杂，只能固定在显微镜内的基座上，不能移植到 操作器上实现对执行终端的温度控制。

发明内容

针对现有的温度控制系统存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一 种环境扫描电子显微镜内使用的可移动式温度控制系统。该系统可以直接安装 在环境扫描电子显微镜内的操作器上，并且可以固定执行终端，从完成在移动 过程中对执行终端的温度控制，满足对样本在纳米尺度的可靠测量和操作。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案予以实现：

一种环境扫描电子显微镜内使用的可移动式温度控制系统，包括环境扫描 电子显微镜的基座、操作器和执行终端，其特征在于，在所述的操作器上安装 有制冷制热单元，该制冷制热单元与位于环境扫描电子显微镜外部的温度控制 器相连接，温度控制器用于调控制冷制热单元的温度，执行终端固定在制冷制 热单元上方；

所述的制冷制热单元由下盖板、上盖板，帕尔帖元件和两个连接块组成， 其中，下盖板固定在操作器上，上盖板固定在执行终端上，帕尔帖元件位于下 盖板和上盖板之间，两个连接块各位于帕尔帖元件的一侧，在上盖板上还设有 温度传感器。

上述的制冷制热单元，是建立在帕尔帖效应的原理上。即两种不同的金属 构成闭合回路，当回路中存在直流电流时，两个接头之间将产生温差。当一块N 型半导体和一块P型半导体结成电偶时，只要在这个电偶回路中接入一个直流 电源，电偶上就会流过电流，发生能量转移，在一个接点上放热(或吸热)，在 另一个接点上相反地吸热(或放热)。

上述的制冷制热单元通过上盖板、下盖板和两个连接块固定。其中，上盖 板与执行终端固定，下盖板与操作器固定；上、下盖板通过位于其中间的两个 连接块固定。连接块为绝热材料，并且高度比帕尔帖元件略低。利用真空绝热 的原理，在连接块和上、下盖板之间留有缝隙，可达到更佳的绝热效果。

上述制冷制热单元由位于显微镜外部的温度控制器控制，根据温度传感器 测量的实时数据作为反馈信号，调节温度控制器输出的电流大小，可以控制与 上盖板相连的执行终端的温度。

本发明的优点在于，制冷制热单元体积小，可移动性好，可以和操作系统、 执行终端结合在一起，执行终端的温度在移动过程中可以实时得到控制，在温 度可控的情况下实现对显微样本的测量和操作。弥补了现有温度控制单元在观 测过程中不能移动，并且只能控制样品台温度的不足。

附图说明

图1为本发明的可移动式温度控制系统的安装及使用结构示意框图。

图2为制冷制热单元的分离示意图。

图3是制冷制热单元的组装后的示意图。

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图1所示，本实施例给出一种环境扫描电子显微镜内使用的可移动式 温度控制系统，包括环境扫描电子显微镜的基座、操作器和执行终端，操作器2 和样品台7固定在显微镜内的基座8上，制冷制热单元3固定在操作器2上， 执行终端4固定在制冷制热单元3上。温度控制器1安装在显微镜外部，用来 调控制冷制热单元3的温度，从而控制执行终端4的温度。

样品6固定在样品台7上，可通过执行终端4进行测量和操作，电子枪5 用来观察样品6。

参见图2、图3所示，制冷制热单元3由下盖板31、上盖板35，帕尔帖元 件34和两个连接块(32，33)组成，其中，下盖板31通过螺栓固定在操作器2 上，上盖板35通过螺栓固定在执行终端4上，帕尔帖元件34位于下盖板31和 上盖板35之间，两个连接块(32，33)各位于帕尔帖元件34的一侧，且与帕 尔帖元件34之间有一定间隙，在上盖板35上还设有温度传感器36。

两个连接块(32，33)用绝热材料制作，上面打有螺纹孔，用来连接上盖 板35和下盖板31。通过调节温度控制器1，来调节帕尔帖元件34的制热和制 冷。上盖板35贴合在帕尔帖元件34的上表面上。执行终端4直接安装在与制 冷制热单元3贴合的上盖板35上。温度可以传导到固定在上盖板35上的执行 终端4上，达到控制目的。在本实施例中，温度传感器36选用热电偶，用来实 时测量温度。反馈信号发送到控制器1，用来控制帕尔帖元件的温度。

安装时，两个连接块(32，33)的高度比帕尔帖元件34的高度低3mm，这 样可以保证上盖板35和下盖板31能够与帕尔帖元件34贴合，另一方面避免上 下盖板31和两个连接块(32，33)的直接接触，减少热传导。

本发明的环境扫描电子显微镜内使用的可移动式温度控制系统，制冷制热 单元设计简单，体积小，一方面可以直接安装在操作器上，另一方面可以固定 执行终端。从而可以避免操作过程中对样品的温度伤害。