超高真空样品抓取方式

在超高真空设备中，由于真空环境的获取非常不容易（需要烘烤、除气等工作），所以不能轻易破真空暴露大气，但是实际测试工作往往又需要更换不同实验样品，这就要求用户能在超高真空环境下，实现原位样品抓取和释放。在本期的公众号中，咱们就来了解一下超高真空环境下样品的抓取装置。

首先，样品的抓取是和样品托的设计息息相关的。在早期的真空系统中，存在着各种各样的样品托设计和传样方式，而随着技术的进步和真空互联的需要，目前各家厂家都在逐步统一规范样品托的设计，这样能最大限度地保证系统的兼容和扩展性。本次介绍的内容主要就是针对目前在表面分析领域使用最广的一类样品托：Flag Type Sample Holder(中文名：旗型样品托)，最简单的一类旗型样品托的尺寸图如下所示：

但在实际使用中，这个样品托有很多变种，比如额外的电极、双层、台阶等等， 一般会改动样品的承载端（就是上面的薄片），保留下半部分（抓取部分）。另外，有些厂家在耳朵部分也会有所变动，就是没有中间的小孔，这种设计目前使用得越来越少，但仍需要用户注意。

针对Flag Type Sample Holder，可以使用不同抓取方式，以下是费勉仪器不同抓取头的介绍。

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TH100旋转式抓取头

（1）样品托的抓取：

①抓取头槽口与样品托平行，使样品托完全插入抓取头中。

②顺时针旋转90°。

③退回抓取头，完成样品托的抓取。

（2）样品托的释放：

①将抓取头抓取的样品托与停放台进行对准，插入样品托停放台中。

②将抓取头推到底，逆时针旋转90°。

③收回抓取头，实现样品托的释放。

外形尺寸：

TH100抓取头的优点是操作简单，性价比高，内部结构简单，寿命很长。但是因为对转动锁紧、放松的角度要求很高，所以很容易拧歪样品托的耳朵，造成损伤。为了解决这个问题，我们的工程师又研发了TH120抓取头，可以允许360°旋转而不会损伤耳朵。

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TH120旋转式抓取头

（1）样品托的抓取：

①抓取头槽口与样品托平行，使样品托完全插入抓取头中。

②任意旋转90°。

③退回抓取头，完成样品托的抓取。

（2）样品托的释放：

①将抓取头抓取的样品托与停放台进行对准，插入停放台中。

②将抓取头推到底，任意旋转90°。

③收回抓取头，实现样品托的释放。

外形尺寸：

TH1xx系列样品托操作比较简单，但是在脱耦合的时候要求样品托和抓取头成特定的角度，这个对于短距离可视的传样是可以的，但是对于长距离传递样品，这个角度往往不好把握，会出现把样品托不小心带出来的问题。针对这个情况，费勉提供了另一个解决方案，就是TH200抓取头。

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TH200顶松顶紧抓取头

（1）样品托的抓取：

① 抓取头沿样品托方向运动，进入样品托耳朵。

② 抓取头前端抵住样品托后继续运动到底，顶针进入样品托小孔同时顶开锁紧舌头。

③ 退回抓取头，确保锁紧柱定位在锁紧舌头槽里，完成样品托抓取。

（2）样品托的释放：

① 抓取头锁住样品托，对准方向进入样品托停放台。

② 抓取头继续运动到底后顶开锁紧舌头。

③ 退回抓取头，实现抓取头的释放。

外形尺寸：

TH200抓取头通过单方向的运动就能实现样品的取放，比较适合长距离缺乏目视或者手感的样品传递，例如RDC 820。

以上Th1XX和TH200系列的抓取头，操作都比较简单，适合于绝大多数的传递场景，但是这类传递方式的缺点就是会有力通过样品托传递到样品台（Sample Stage）上。绝大多数设备可以承受这个力，而如果是压电陶瓷（Piezo）驱动的精密样品台（例如STM），上述两种方式就不太适用了，需要有一种更加轻柔的传递方式。

TH600爪式开合抓取头

（1）样品托的抓取：

①操控双轴超高真空机械手推动传动内轴，使卡爪张开。

②将抓取头推到底后松开传动内轴，卡爪合拢，抓取样品托。

③退回传样杆且取出样品托，完成样品托的抓取。

（2）样品托的释放：

①将抓取头抓取的样品托与停放台进行对准，插入停放台中。

②操控双轴超高真空机械手推动传动内轴，使卡爪张开。

③收回抓取头后松开传动内轴，实现样品托的释放。

外形尺寸：

TH600完全依靠自身操作来实现样品取放，因此完全避免了对样品台的外加应力，非常适合于对Piezo台子的样品传递。

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以下是抓取头可搭配的传样装置类型

抓取头种类	可搭配的传样装置类型
TH100	小型磁耦合传样杆（MTA16系列）、磁耦合传样杆（MTA35系列）、超高真空机械手（WS系列）等
TH120	小型磁耦合传样杆（MTA16系列）、磁耦合传样杆（MTA35系列）、超高真空机械手（WS系列）等
TH200	磁耦合传样杆（MTA35系列）、圆形传样机械臂等
TH600	双轴超高真空传样杆、机械手系列等

除了Flag Type Sample Holder之外，费勉仪器也提供其他各种不同尺寸不同用途的样品台传递和储存方案，如果您有需要，请咨询info@fermi.com。