超高真空樣品抓取方式

在超高真空設備中，由于真空環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，但是實際測試工作往往又需要更換不同實驗樣品，這就要求用戶能在超高真空環境下，實現原位樣品抓取和釋放。在本期的公眾號中，咱們就來了解一下超高真空環境下樣品的抓取裝置。

首先，樣品的抓取是和樣品托的設計息息相關的。在早期的真空系統中，存在著各種各樣的樣品托設計和傳樣方式，而隨著技術的進步和真空互聯的需要，目前各家廠家都在逐步統一規范樣品托的設計，這樣能最大限度地保證系統的兼容和擴展性。本次介紹的內容主要就是針對目前在表面分析領域使用最廣的一類樣品托：Flag Type Sample Holder(中文名：旗型樣品托)，最簡單的一類旗型樣品托的尺寸圖如下所示：

但在實際使用中，這個樣品托有很多變種，比如額外的電極、雙層、臺階等等， 一般會改動樣品的承載端（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有所變動，就是沒有中間的小孔，這種設計目前使用得越來越少，但仍需要用戶注意。

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

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TH100旋轉式抓取頭

（1）樣品托的抓取：

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順時針旋轉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進行對準，插入樣品托停放臺中。

②將抓取頭推到底，逆時針旋轉90°。

③收回抓取頭，實現樣品托的釋放。

外形尺寸：

TH100抓取頭的優點是操作簡單，性價比高，內部結構簡單，壽命很長。但是因為對轉動鎖緊、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。為了解決這個問題，我們的工程師又研發了TH120抓取頭，可以允許360°旋轉而不會損傷耳朵。

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TH120旋轉式抓取頭

（1）樣品托的抓取：

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進行對準，插入停放臺中。

②將抓取頭推到底，任意旋轉90°。

③收回抓取頭，實現樣品托的釋放。

外形尺寸：

TH1xx系列樣品托操作比較簡單，但是在脫耦合的時候要求樣品托和抓取頭成特定的角度，這個對于短距離可視的傳樣是可以的，但是對于長距離傳遞樣品，這個角度往往不好把握，會出現把樣品托不小心帶出來的問題。針對這個情況，費勉提供了另一個解決方案，就是TH200抓取頭。

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TH200頂松頂緊抓取頭

（1）樣品托的抓取：

① 抓取頭沿樣品托方向運動，進入樣品托耳朵。

② 抓取頭前端抵住樣品托后繼續運動到底，頂針進入樣品托小孔同時頂開鎖緊舌頭。

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，對準方向進入樣品托停放臺。

② 抓取頭繼續運動到底后頂開鎖緊舌頭。

③ 退回抓取頭，實現抓取頭的釋放。

外形尺寸：

TH200抓取頭通過單方向的運動就能實現樣品的取放，比較適合長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，操作都比較簡單，適合于絕大多數的傳遞場景，但是這類傳遞方式的缺點就是會有力通過樣品托傳遞到樣品臺（Sample Stage）上。絕大多數設備可以承受這個力，而如果是壓電陶瓷（Piezo）驅動的精密樣品臺（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）樣品托的抓取：

①操控雙軸超高真空機械手推動傳動內軸，使卡爪張開。

②將抓取頭推到底后松開傳動內軸，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進行對準，插入停放臺中。

②操控雙軸超高真空機械手推動傳動內軸，使卡爪張開。

③收回抓取頭后松開傳動內軸，實現樣品托的釋放。

外形尺寸：

TH600完全依靠自身操作來實現樣品取放，因此完全避免了對樣品臺的外加應力，非常適合于對Piezo臺子的樣品傳遞。

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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）、超高真空機械手（WS系列）等
TH200	磁耦合傳樣桿（MTA35系列）、圓形傳樣機械臂等
TH600	雙軸超高真空傳樣桿、機械手系列等

除了Flag Type Sample Holder之外，費勉儀器也提供其他各種不同尺寸不同用途的樣品臺傳遞和儲存方案，如果您有需要，請咨詢info@fermi.com。