大纲：针对原子力显微镜对真空度和气氛状况灵巧限度央求，本文提出了精良范围办理策划。办理安置基于合环消息平衡法，在低真空局限时采用恒定进气流量并调养排气流量的要领，在高真空和超高真空限度时则选择恒定排气流量并诊治进气流量的方法。原子力显微镜真空度限定系统紧要由高速电控针阀、电动可变呈现阀、高快电控球阀、电容真空计、电离真空计和超高精度PID调节器构成，在超高真空至一个大气压范畴内可达到很高的节制精度。

　　境遇可控型原子力显微镜（AFM）是一种恐怕遴选真空情况、氛围处境、液体景况以及变温情状等不同工作情形，并基于检测被测样品与探针之间的弱相互服从来斟酌囊括材料外面描画和物理化学脾气的工致仪器。原子力显微镜要完备真空和气氛情状效劳，吃紧出于以下操纵须要：

　　（1）有目共睹，原子之间的互相效力力了得纤细的，AFM在办事时，为了撑持两者之间的结果力，探针和样品之间的隔离超越近，一般只要几个纳米或几十个纳米，这就对仪器界限境遇的条件越过之高。目前市集上的原子力显微镜都是在遍及空气环境中实行独揽，但由于空气中生动着各种气体分子、存在各种古板振动以及电磁骚扰的源由，要思博得极高的分辨率依旧比较艰难的，要想应用原子力显微镜确切赢得原子级别的分别率，如故需要在真空和超高真空情况下举行劳动。

　　（2）随着微纳圭臬下思索的垂垂深刻，在诸多斟酌中，必要在真空境遇不妨同一空气境遇（如氮气、氧气、湿度以及酒精蒸气等）中，对样品外观统一实习地域原位张开多种不同的探测实践（如摩擦能量耗散丈量，须要在不捣蛋工作景况的要求下变换其他具有不同效能的探针，完毕原位探测）。

　　（3）在有些微纳模范考虑中，分歧真空度和不同氛围下的力谱衡量毕竟显露AFM针尖和所考虑材料之间的粘附力光鲜凭借于所露出的真空压力温文体。

　　总之，为了使原子力显微镜具有境遇可控功用，环节是管理原子力显微镜的真空度和环境空气精良限制问题，为此本文提出以下处分部署。

　　解决安插的底子思途是在选择多个进气管道来遴选悉数工作气体的根底上，选取了两种伎俩途径来回旋和出色范围原子力显微镜内的线 回填技巧

　　在文献1所报道的如图1所示的情况压力原子力显微镜中，选取的便是回填本领，即先对处境压力腔室抽真空至超高真空度，然后颠末走漏阀的调治向景况压力腔室内回填所需的工作气体，使腔室内的压力达到所需的真空度。全部线 带有制备室和情状压力室的超高真空度原子力显微镜

　　如图2所示，回填系统首要由以下几限度构成：（1）涡轮分子泵、（2）旋转低线）一氧化碳气体管线）AP室气体计量的泄漏阀和（7）AP室初始排空闸阀。

　　境遇压力室线Bar，在展开显示阀之前，景况压力室与方针室和离子泵分开。由于线巴，因此合上离子压力计，行使全量程压力计（冷阴极压力计和对流压力计的齐集）监控压力。从图2或许看出，在文献1所形容气体回填系统是一个真空压力的开环局部系统，谁们剖析此真空度限制系统并未实行更提神的形容，乃至能够基础无法确凿告终文中所述的从超高线%精度内的实在局部，告急来源如下：

　　（1）起先，文献1中所选取的真空度传感器是超高真空用离子压力计和全量程压力计（冷阴极压力计和对流压力计的聚关），这些真空计自身的精度就无法达到1%以内的衡量精度。

　　（2）文献1选择了诊治露出阀的开环限度形象向AFM境遇压力腔内回填气体来实行真空度调整，根源就无法做到实时的反馈节制，合上泄漏阀后，腔体自己漏率的保管必定会使腔内压力垂垂回升，这种回升在超高真空度领域内会卓绝鲜明，会显然感化超高线）呈现阀是一种漏率极低的治疗阀门，其细小的进气流量仅闭适10-3~10-10mBar范畴内的高真空和超高线Bar的低真空部分，显露阀的作用非常有限，不妨需要越过长的进气年光才华来到所需真空度，因而对付低真空范畴内的进气部分，平时都会采用进气流量较大的针阀。

　　针对上述文献1中所用的回填技能保全的标题，本文提出的治理打算将逐项给予处置，一方面采取闭环限度本事，即由真空计、电动进气流量调治阀和真空压力PID限度器原委闭环局限回途，对所设定的分歧真空度举办的确局限。另一方面是针对分别的真空度范畴，诀别采取了纤细进气流量的电动可变暴露阀和较大流量的电动针阀。由此构成的线 原子力显微镜真空压力闭环局限体系布局示希望

　　抽气管路：抽气管途严重由电动球阀、干泵和分子泵组成，个中干泵和分子泵的出力是提供响应的真空源，而电动球阀则是用于医疗利用干泵时管路内的抽气疾率。

　　进气管途：进气管途的服从是不时气源和为腔体提供多种压力恒定的办事气体，图3中并未绘出。进气管途中也能够经过扩展混气罐来举办各类进气的搀和。

　　（3）高线mBar）：在超高真空度界限内，真空压力限度器收罗电离线%）的真空度衡量灯号，与设定值比拟后驱动电动可变表露阀，经历快快挽回泄漏阀的进气流量，从而在超高线%内的节制精度。需要注目的是在超高真空度范畴限制时，抽气管路上的电动球阀要始终处于全开处境，大流量进气管途上的电动针阀处于合上境况，而分子泵处于工作境况。

　　（1）真空度传感器：真空度传感器的测量精度是决策部分精度的要害指标之一，本解决设计在低真空和高真空范畴内采取了精度可达0.25%的薄膜电容真空计，而在超高真空规模内采用了精度最高可达15%的电离线）阀门：各式进气和排气阀门医疗精度和快度也是决断控制精度的合键指标，治理打算所拔取的电动针阀、电动球阀和电动可变浮现阀都具有杰出好的医疗精度，响应速度都小于1秒以内，个中可变涌现阀的反映速度可以来到十几微秒，完全能够知足超高真空度的进气局部。