Патентование изобретений в области высоких и нанотехнологий

Рис. 9.1. Трубочный пьезосканер: 1 – пьезокерамическая трубка; 2 —внутренний электрод; 3 – внешний электрод; 4 – первая выборка; 5 – вторая выборка; 6 – первая часть трубки; 7 – вторая часть трубки; 8 – осевая выборка

Для этого на пьезотрубку 1 наносят внутренний 2 и внешний 3 электроды, в которых по диаметру делают первую 4 и вторую 5 выборки, разделив пьезотрубку 1 тем самым на первую 6 и вторую 7 части. Одновременно в первой части 6 делают четыре осевые выборки 8 во внутреннем электроде 2 и расположенные напротив них четыре осевые выборки во внешнем электроде 3 (не показаны). В результате этого первая часть 6 пьзотрубки делится на четыре фрагмента. Теперь, если подавать напряжения на электроды таким образом, чтобы противоположные фрагменты пьезотрубки изменяли свои размеры в противоположных направлениях (один фрагмент удлинялся, а другой укорачивался), то торец первой части 6 будет перемещаться в своей плоскости относительно торца второй части 7.

Если закрепить один торец пьезотрубки 1 и задействовать все ее фрагменты, то можно осуществлять двухкоординатное сканирование второго ее торца. А если еще использовать вторую часть 7 пьезотрубки 1, то можно дополнительно осуществлять осевое перемещение второго торца.

Варианты однотрубочных пьезосканеров, сборок из нескольких пьезосканеров соединенными фланцами и т. п. были разработаны и запатентованы в самом начале развития сканирующей зондовой микроскопии [1,2].

Первый путь, по которому можно пойти для выхода из-под действия этих патентов, заключатся в том, чтобы вносить незначительные изменения в конструкцию с улучшением не основных ее характеристик. В патенте [3] были улучшены условия соединения пьезотрубок 1, 2 (рис. 9.2) с металлическим фланцем 3 за счет использования специальных клеевых составов и специальных форм зон соединения 4.

В патенте [4] были уменьшены нефункциональные перемещения пьезосканера за счет использования плоских пружин 1 (рис. 9.3), соединяющих металлический фланец 2 и базовое основание 3.

При этом первая пьезотрубка 4 имеет осевое перемещение, а вторая пьезотрубка 5 – перемещения в плоскости своего торца 6. Плоские пружины 1 разрешают осевое перемещение и запрещают все другие. Благодаря этому уменьшаются нефункциональные перемещения первой пьзотрубки 4 и, соответственно, улучшаются точностные характеристики пьезосканера.

Рис. 9.2. Многотрубочный пьезосканер: 1 – первая пьезотрубка; 2 – вторая пьезотрубка; 3 – фланец; 4 – зона соединения

Рис. 9.3. Пьезосканер с плоскими пружинами: 1 – плоская пружина; 2 – фланец; 3 – основание; 4 – первая пьезотрубка; 5 – вторая пьезотрубка; 6 – торец второй пьезотрубки

Рис. 9.4. Термозащищенный пьезосканер: 1 – спираль; 2 – хладопровод; 3 – пьезотрубка; 4 – образец; 5 – фланец