双滑块高精度惯性压电马达及控制法与扫描探针显微镜.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103872943 A (43)申请公布日 2014.06.18 CN 103872943 A (21)申请号 201210545347.5 (22)申请日 2012.12.14 H02N 2/02(2006.01) H02N 2/06(2006.01) G01Q 10/00(2010.01) G01Q 60/00(2010.01) (71)申请人 中国科学技术大学 地址 230026 安徽省合肥市包河区金寨路 96 号 (72)发明人 周海彪 陆轻铀 (74)专利代理机构 北京维澳专利代理有限公司 11252 代理人 马佑平 (54) 发明名称 双滑块高精度惯性压电。

2、马达及控制法与扫描 探针显微镜 (57) 摘要 本发明双滑块高精度惯性压电马达， 包括压 电体、 主导轨、 主滑块， 其特征是还包括副导轨、 副 滑块， 目标架， 主导轨与副导轨分别固定于压电体 形变的两端， 主滑块与副滑块分别设置于主导轨 与副导轨上， 目标架固定于副导轨上， 主导轨与副 导轨的导向方向均与压电体的形变方向一致， 主 滑块与主导轨间的最大静摩擦力大于副滑块与副 导轨之间的最大静摩擦力， 各部件的配合为 ： 压 电体向着目标架的缓慢形变推动主导轨连同其上 的主滑块一同无滑动地向目标架移动， 并由主滑 块推着副滑块在副导轨上向目标架移动。工作时 主滑块先缓慢推副滑块前移精确的一步。

3、， 主滑块 再向前甩出惯性的一步， 提高了定位精度， 主滑块 也可与副滑块分离， 提高了副滑块的稳定性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103872943 A CN 103872943 A 1/1 页 2 1. 一种双滑块高精度惯性压电马达， 包括压电体、 主导轨、 主滑块， 其特征在于还包括 副导轨、 副滑块， 目标架， 所述主导轨与副导轨分别固定于压电体形变的两端， 所述主滑块 与副滑块分别设置于主导轨与副导轨上， 所述目标。

4、架固定于副导轨上， 所述主导轨与副导 轨的导向方向均与所述压电体的形变方向一致， 所述主滑块与主导轨之间的最大静摩擦力 大于副滑块与副导轨之间的最大静摩擦力， 所述压电体、 主导轨、 主滑块、 副导轨、 副滑块和 目标架之间的配合为 ： 压电体向着目标架的缓慢形变推动主导轨连同其上的主滑块一同无 滑动地向目标架移动， 并由主滑块推着副滑块在副导轨上向目标架移动。 2. 根据权利要求 1 所述的双滑块高精度惯性压电马达， 其特征是所述主滑块与副滑块 之间相互钩住或套住。 3. 根据权利要求 1 所述的双滑块高精度惯性压电马达， 其特征是所述主滑块与副滑块 之间以软绳或链子相连。 4. 根据权利要。

5、求 1 或 2 或 3 所述的双滑块高精度惯性压电马达， 其特征是增设副压电 体， 所述副压电体固定于所述副滑块上并且其形变方向指向所述目标架。 5. 根据权利要求 1 或 2 或 3 所述的双滑块高精度惯性压电马达， 其特征是增设副压电 体， 所述副压电体固定于所述目标架上并且其形变方向指向所述副滑块。 6.根据权利要求1或2或3所述的双滑块高精度惯性压电马达， 其特征是， 所述主滑块 设置于主导轨上是通过 ： 主滑块的重力和 / 或弹力， 和 / 或主导轨的弹力， 和 / 或主滑块与主导轨之间的电磁力， 和 / 或主滑块与主导轨之间增设的弹性体来实现的 ； 所述副滑块设置于副导轨上是通过 。

6、： 副滑块的重力和 / 或弹力， 和 / 或副导轨的弹力， 和 / 或副滑块与副导轨之间的电磁力， 和 / 或副滑块与副导轨之间增设的弹性体来实现的。 7. 根据权利要求 1 或 2 或 3 所述的双滑块高精度惯性压电马达， 其特征是所述压电体 为管形 , 其形变方向或者与重力方向一致或者与重力方向垂直。 8. 根据权利要求 1 或 2 或 3 所述的双滑块高精度惯性压电马达， 其特征是所述压电体 为压电片叠堆或切向形变压电体。 9. 一种所述双滑块高精度惯性压电马达的控制方法， 其特征是以如下步骤控制所述双 滑块高精度惯性压电马达 ： （a） 控制压电体缓慢形变， 推动主导轨连同其上的主滑块。

7、一同无滑动地向所述目标架 移动， 并由主滑块推着副滑块向所述目标架移动， 推移距离为 d ； （b） 接着， 控制压电体驱动主滑块在主导轨上产生一步向着目标架的惯性滑动 , 其步 长 D 小于等于上述推移距离 d。 10. 一种扫描探针显微镜， 其特征是包括所述双滑块高精度惯性压电马达， 增设 XYZ 三 维压电扫描器， 所述 XYZ 三维压电扫描器固定于所述目标架上或者所述副滑块上。 权 利 要 求 书 CN 103872943 A 2 1/6 页 3 双滑块高精度惯性压电马达及控制法与扫描探针显微镜 技术领域 0001 本发明涉及一种压电马达， 特别涉及一种双滑块高精度惯性压电马达及其控制。

8、法 与用其制成的扫描探针显微镜， 属于压电马达与扫描探针显微镜技术领域。 背景技术 0002 压电马达是一种能够对外产生一步的步进并回到初态， 从而能够重复产生累加位 移的步进器件。其重要性在于同时拥有宏观大位移的定位行程和纳米级的极高定位精度， 所以是现今精密加工、 微纳器件加工、 DNA 分子或基因提取与操纵、 原子 / 分子调控、 乃至原 子甚至亚原子分辨率成像等前沿科技与应用领域必不可缺少的定位工具。 在现今的主流压 电马达产品中， 惯性压电马达是特别重要的一类， 因为其结构与控制均十分简单 ： 单个压电 体驱动其上固定的导轨作强变速运动， 以此产生惯性力来作用于导轨上设置的滑块 ； 。

9、当该 惯性力足够大， 大到能够克服导轨与滑块之间的最大静摩擦阻力时， 滑块便在导轨上滑移 （步进） 一步。 0003 但是， 惯性压电马达也有两个重大缺点 ： 0004 问题一、 当滑块快要步进到目标时， 其最后一步由于是通过惯性甩动产生的， 其步 长 D 不是精确可控， 导致最后一步之后滑块距离目标可能较远， 但再甩一步就会撞上去了。 这在高精度的应用， 如原子分辨率的扫描隧道显微镜 （STM） 和原子力显微镜 （AFM） 等的应 用中是一个重大问题， 将导致不得不使用高电压才能驱动扫描结构中的压电体把探针送到 样品处。 而电子学质量差的高电压将会带来高噪声、 高漏电流、 高漂移等一系列特别。

10、影响原 子分辨率成像质量的严重问题， 而且制造成本还大大增加。 0005 问题二、 此外， 压电体本身也具有一定的不稳定性， 主要源自其自身的热漂移、 爬 移效应 （creeping effect） 、 滞后效应 （hysteresis） 、 热涨落、 电子学噪音引起的压电形变 扰动等等 ； 这些不稳定性会传给滑块， 造成滑块与目标间相对位置的不确定性， 降低了滑块 与目标间的定位精度。 0006 为了解决这两个关系到原子分辨率成像质量的重要问题， 本发明中我们提出在原 来的导轨 （称为主导轨） 和滑块 （称为主滑块） 的基础上， 增设副导轨、 副滑块和目标架， 而让 主滑块在向着目标架甩出一。

11、步之前， 先用主滑块缓慢推动副导轨上的副滑块向着目标架移 动一段精确可控的距离 d（因为 d 不是靠惯性甩出的， 而是压电形变缓慢推出的， 所以具有 原子分辨率的定位精度） ， 然后主滑块再向同一方向甩出一步步长 D 小于等于 d 的低精度步 进。这样就可在到达目标前最后甩出的一步之后， 用主滑块把副滑块精确地推送到目标前 （副滑块与目标间的间距可非常小， 小至原子间距） ， 从而提高了定位精度， 解决了上述问题 一。之后， 压电体还可控制主滑块稍稍回撤一点， 使得主滑块与副滑块脱离， 从而使得主滑 块的不稳定性 （来自压电体的不稳定性） 不会传到副滑块上， 提高了副滑块和目标之间的稳 定性，。

12、 定位精度和抗干扰能力， 从而解决了上述问题二。 发明内容 说 明 书 CN 103872943 A 3 2/6 页 4 0007 为了解决现有惯性压电马达的步进定位精度低和稳定性差的问题， 提供一种双滑 块高精度惯性压电马达及其控制法与用其制成的扫描探针显微镜。 0008 本发明实现上述目的的技术方案是 ： 0009 本发明双滑块高精度惯性压电马达， 包括压电体、 主导轨、 主滑块， 其特征在于还 包括副导轨、 副滑块， 目标架， 所述主导轨与副导轨分别固定于压电体形变的两端， 所述主 滑块与副滑块分别设置于主导轨与副导轨上， 所述目标架固定于副导轨上， 所述主导轨与 副导轨的导向方向均与所。

13、述压电体的形变方向一致， 所述主滑块与主导轨之间的最大静摩 擦力大于副滑块与副导轨之间的最大静摩擦力， 所述压电体、 主导轨、 主滑块、 副导轨、 副滑 块和目标架之间的配合为 ： 压电体向着目标架的缓慢形变推动主导轨连同其上的主滑块一 同无滑动地向目标架移动， 并由主滑块推着副滑块在副导轨上向目标架移动。 0010 本发明的结构特点也在于 ： 0011 所述主滑块与副滑块之间相互钩住或套住。 0012 所述主滑块与副滑块之间以软绳或链子相连。 0013 增设副压电体， 所述副压电体固定于所述副滑块上并且其形变方向指向所述目标 架。 0014 增设副压电体， 所述副压电体固定于所述目标架上并且。

14、其形变方向指向所述副滑 块。 0015 所述主滑块设置于主导轨上是通过 ： 主滑块的重力和 / 或弹力， 0016 和 / 或主导轨的弹力， 0017 和 / 或主滑块与主导轨之间的电磁力， 0018 和 / 或主滑块与主导轨之间增设的弹性体来实现的 ； 0019 所述副滑块设置于副导轨上是通过 ： 副滑块的重力和 / 或弹力， 0020 和 / 或副导轨的弹力， 0021 和 / 或副滑块与副导轨之间的电磁力， 0022 和 / 或副滑块与副导轨之间增设的弹性体来实现的。 0023 所述压电体为管形 , 其形变方向或者与重力方向一致或者与重力方向垂直。 0024 所述压电体为压电片叠堆或切向。

15、形变压电体。 0025 本发明双滑块高精度惯性压电马达控制方法的特点是以如下步骤控制所述双滑 块高精度惯性压电马达， 完成一步的步进 ： 0026 （a） 控制压电体缓慢形变， 推动主导轨连同其上的主滑块一同无滑动地向所述目 标架移动， 并由主滑块推着副滑块向所述目标架移动， 推移距离为 d ； 0027 （b） 接着， 控制压电体驱动主滑块在主导轨上产生一步向着目标架的惯性滑动 , 其步长 D 小于等于上述推移距离 d。 0028 本发明双滑块高精度惯性压电马达构成的扫描探针显微镜， 其特征在于 ： 包括所 述双滑块高精度惯性压电马达， 增设XYZ三维压电扫描器， 所述XYZ三维压电扫描器固。

16、定于 所述目标架上或者所述副滑块上。 0029 本发明双滑块高精度惯性压电马达的工作原理为 ： 0030 所述主导轨与副导轨分别固定于压电体形变的两端， 所述主滑块与副滑块分别设 置于主导轨与副导轨上， 所述目标架固定于副导轨上， 所述主导轨与副导轨的导向方向均 说 明 书 CN 103872943 A 4 3/6 页 5 与所述压电体的形变方向一致， 所述主滑块与主导轨之间的最大静摩擦力大于副滑块与副 导轨之间的最大静摩擦力， 压电体向着目标架的缓慢形变推动主导轨连同其上的主滑块一 同无滑动地向目标架移动， 并由主滑块推着副滑块在副导轨上向目标架移动。这样， 压电 体、 主导轨和主滑块构成的。

17、惯性压电马达虽然每甩一步的步长 D 依然是不连续、 不精确的， 但它在靠惯性甩出一步之前可以先缓慢地推动主滑块， 并由主滑块推着副滑块向目标架移 动一段距离 d， 而这一段推移距离 d 由于是缓慢推出的， 不是惯性甩出的， 所以是精确可控 的， 可达原子分辨率精度。接着， 压电体可以将主滑块向着目标架甩出惯性的一步， 步长为 D。 只要惯性步进的步长D小于d， 或者虽甩出一步时过猛， 但没能把副滑块撞的严重到能克 服其最大静摩擦力而前移的地步， 此时 D 等于 d， 则副滑块就是安全的， 不会让副滑块和目 标架相碰。 而且， 在副滑块快要逼近到目标架的最后一步， 可以通过主滑块对副滑块的缓慢 。

18、推移 d 来使得副滑块非常接近目标架， 之后， 主滑块可以缓慢回撤一小段距离使主滑块与 副滑块完全分离， 主滑块就不会把自己的不稳定性 （来自压电体） 传入到副滑块中， 这使得 副滑块与目标架之间保持高度的稳定性。这就实现了本发明的目的 ： 提高了定位精度和定 位稳定性， 且还保持了高度的安全性和抗干扰能力。 0031 上述副滑块一旦被推出， 就不能回撤了。为解决这一问题， 主、 副滑块之间可以 相互钩住或套住 （有间隙） ， 或以软绳或链子相连， 从而主滑块不仅依然可以从副滑块分离 （不与之相碰， 或与之仅通过软绳或链子等弱连接相连， 以阻止主滑块的不稳定性传入副滑 块） ， 而且在主滑块往。

19、回惯性步进回撤时， 可以通过主滑块的 “缓慢回拉” 与 “回甩一步” 相结 合的方法， 把副滑块拉离目标架， 实现副滑块的回撤。 0032 由于副滑块可以被送至距离目标架近至原子尺度， 所以， 可以借助副滑块把一个 超小扫描结构 （超小 XYZ 三维压电定位器， 包括上面的探针） 送至距离固定在目标架上的样 品非常近 （原子尺度） （注 ： 这里的探针与样品可以互换位置） ， 这样， 超小扫描结构仅需低电 压控制就能进一步把探针 - 样品逼近到产生成像数据的间距， 避免了高电压在成像控制中 的出现。使用超小扫描结构来成像且能避免高电压的使用是扫描探针显微镜的最理想情 况， 这可以大大减少漂移、。

20、 干扰、 电子学噪音等问题， 也大大降低了成本。 0033 上述工作原理也解释了本发明的控制方法为以如下步骤控制所述双滑块高精度 惯性压电马达， 完成一步的步进 ：（a） 控制所述压电体缓慢形变， 推动主导轨连同其上的主 滑块一同无滑动地向所述目标架移动， 并由主滑块推着副滑块向所述目标架移动， 推移距 离为 d ；（b） 接着， 控制压电体驱动主滑块在主导轨上产生一步向着目标架 4 的惯性滑动 , 其步长 D 小于等于上述推移距离 d。 0034 根据上述讨论， 可以看出本发明与传统的单滑块惯性压电马达相比， 具有如下重 要的有益效果 ： 0035 1. 定位精度大大提高 ： 因为副滑块与目。

21、标架之间的定位是通过缓慢的压电形变 实现的， 而非定位精度较差的惯性甩动 ； 最终的副滑块 - 目标架间距可以控制到非常小， 达 到原子尺度。 0036 2. 稳定性和抗干扰能力大大提高 ： 副滑块与目标架间距逼近到原子尺度后， 主滑 块可以缓慢回撤一点， 从而与副滑块完全分离， 不会把自身的不稳定性传入到副滑块， 最终 的副滑块 - 目标架逼近结构是高度稳定的。 0037 3. 实现最理想的扫描探针显微镜 ： 能够实现之前没有实现过的超小扫描结构的 说 明 书 CN 103872943 A 5 4/6 页 6 全低电压成像。只要借助副滑块把该超小扫描结构 （超小 XYZ 三维压电定位器） 上。

22、的探针 （或样品） 送至距离目标架上的样品 （或探针） 近至原子尺度， 这样超小扫描结构仅需低电压 就能进一步把探针 - 样品逼近到产生成像数据的更小间距， 避免了高电压的使用， 从而大 大减少了漂移、 干扰、 电子噪音等问题， 也大大降低了成本。 附图说明 0038 图 1 是本发明基本型双滑块高精度惯性压电马达的结构示意图。 0039 图 2a 是本发明副滑块可回撤型双滑块高精度惯性压电马达的结构示意图 （主滑 块与副滑块相互钩住） 。 0040 图 2b 是本发明副滑块可回撤型双滑块高精度惯性压电马达的结构示意图 （主滑 块与副滑块相互套住） 。 0041 图 2c 是本发明副滑块可回撤。

23、型双滑块高精度惯性压电马达的局部示意图 （主滑 块与副滑块通过软绳连接） 。 0042 图 2d 是本发明副滑块可回撤型双滑块高精度惯性压电马达的局部示意图 （主滑 块与副滑块通过链子连接） 。 0043 图 3 是本发明增设副压电体型双滑块高精度惯性压电马达的结构示意图。 0044 图 4 是本发明主、 副滑块在主、 副导轨上的设置类型示意图。 0045 图5是本发明增设XYZ三维压电扫描器型双滑块高精度惯性压电马达的结构示意 图。 0046 图中标号 ： 1a 压电体、 1b 压电体形变方向、 2a 主导轨、 2b 主滑块、 3a 副导轨、 3b 副 滑块、 4 目标架、 5a 主滑块与副。

24、滑块之间相互钩住、 5b 主滑块与副滑块之间相互套住、 5c 主 滑块与副滑块之间的软绳连接、 5d 主滑块与副滑块之间的链子连接、 6a 副压电体、 6b 副压 电体形变方向、 7 弹性体、 8XYZ 三维压电扫描器。 0047 以下通过具体实施方式、 结构附图和控制方法附图对本发明作进一步的描述。 具体实施方式 0048 下面结合具体实施例对本发明详细说明如下。 0049 实施例 1 ： 基本型双滑块高精度惯性压电马达。 0050 如图 1 所示， 基本型双滑块高精度惯性压电马达， 包括压电体 1a、 主导轨 2a、 主滑 块 2b， 其特征在于还包括副导轨 3a、 副滑块 3b， 目标架。

25、 4， 主导轨 2a 与副导轨 3a 分别固定 于压电体 1a 形变的两端， 主滑块 2b 与副滑块 3b 分别设置于主导轨 2a 与副导轨 3a 上， 目 标架 4 固定于副导轨 3a 上， 主导轨 2a 与副导轨 3a 的导向方向均与压电体 1a 的形变方向 1b 一致， 主滑块 2b 与主导轨 2a 之间的最大静摩擦力大于副滑块 3b 与副导轨 3a 之间的最 大静摩擦力， 压电体 1a、 主导轨 2a、 主滑块 2b、 副导轨 3a、 副滑块 3b 和目标架 4 之间的配合 为 ： 压电体 1a 向着目标架 4 的缓慢形变推动主导轨 2a 连同其上的主滑块 2b 一同无滑动地 向目标架。

26、 4 移动， 并由主滑块 2b 推着副滑块 3b 在副导轨 3a 上向目标架 4 移动。 0051 其工作原理为 ： 压电体 1a 和主导轨 2a、 主滑块 2b 构成的惯性压电马达虽然每甩 一步的步长D依然是不连续、 不精确的， 但它在向着目标架4甩一步之前可以先缓慢地推动 主滑块 2b， 并由主滑块 2b 推着副滑块 3b 向目标架 4 移动一段距离 d， 而这一段推移距离 d 说 明 书 CN 103872943 A 6 5/6 页 7 由于是缓慢推出的， 不是惯性甩出的， 所以是精确可控的， 可达原子分辨率精度， 从而提高 了定位精度。接着， 压电体 1a 可以将主滑块 2b 向着目标。

27、架 4 甩出惯性的一步， 步长为 D。 只要惯性步进的步长D小于d， 或者虽甩地过猛， 但没能把副滑块3b撞的严重到能克服其最 大静摩擦力而前移的地步， 此时 D 等于 d， 则副滑块 3b 就是安全的， 不会让副滑块 3b 和目 标架 4 相碰。而且， 在副滑块 3b 快要逼近到目标架 4 的最后一步， 可以通过主滑块 2b 对副 滑块 3b 的缓慢推移 d 来使得副滑块 3b 非常接近目标架 4， 之后， 主滑块 2b 可以缓慢回撤 一小段距离， 主滑块 2b 与副滑块 3b 完全分离， 主滑块 2b 不会把自己的不稳定性 （来自压电 体 1a） 传入副滑块 3b 中， 使得副滑块 3b 。

28、与目标架 4 之间保持高度的稳定性。这就实现了 本发明的提高定位精度和提高定位稳定性的目的。 0052 实施例 2 ： 副滑块可回撤型双滑块高精度惯性压电马达。 0053 在实施例 1 中， 副滑块 3b 一旦被推出， 就不能回撤了。为解决这一问题， 在本实施 例中， 或者主滑块 2b 与副滑块 3b 之间相互钩住 5a（如图 2a 所示） 或套住 5b（如图 2b 所 示） ， 或者主滑块 2b 与副滑块 3b 之间以软绳 5c（如图 2c 所示） 或链子 5d（如图 2d 所示） 相连。 0054 其工作原理为 ： 若主滑块 2b 与副滑块 3b 之间相互钩住 5a 或套住 5b（意味着中。

29、 间有间隙） ， 则主滑块 2b 回撤时， 可以通过压电体 1a 的缓慢回拉形变， 使得主滑块 2b 钩着 或套着副滑块 3b 回撤一段距离之后， 再使主滑块 2b 回甩一步， 如此重复， 可以拖着副滑块 3b 一步步地回撤。由于主滑块 2b 是钩住或套住副滑块 3b 的， 中间是有间隙的， 所以， 压电 体 1a 可以随时让主滑块 2b 缓慢回移而使之与副滑块 3b 完全分离 （相互不触碰） ， 从而阻止 主滑块 2b 的不稳定性传入副滑块 3b， 实现了提高副滑块 3b 与目标架 4 之间的稳定性的目 的。 0055 若主滑块2b与副滑块3b之间通过软绳5c或链子5d相连， 则主滑块2b回。

30、撤时， 可 以通过压电体 1a 的缓慢回拉形变， 使得主滑块 2b 以软绳 5c 或链子 5d 拖着副滑块 3b 回撤 一段距离之后， 再使主滑块 2b 回甩一步， 如此重复， 可以拖着副滑块 3b 一步步地回撤。由 于主滑块 2b 与副滑块 3b 之间的连接为软绳 5c 或链子 5d 等弱连接， 所以， 压电体 1a 可以 随时让主滑块 2b 缓慢回移而使主滑块 2b 与副滑块 3b 间的软绳 5c 或链子 5d 松弛下来， 主 滑块 2b 与副滑块 3b 间就不能传递振动、 漂移、 热涨落等干扰， 实现阻止主滑块 2b 的不稳定 性传入副滑块 3b 的抗干扰目的。 0056 实施例 3 ：。

31、 增设副压电体型双滑块高精度惯性压电马达。 0057 在上述实施例中， 增设副压电体 6a， 如图 3 所示， 副压电体 6a 或者固定于副滑块 3b上并且其形变方向6b指向目标架4， 或者固定于目标架4上并且其形变方向6b指向副滑 块 3b。增设副压电体 6a 的目的是为了在副滑块 3b 与目标架 4 之间实现更细致的探针 - 样 品间距调节或测量探针 - 样品作用谱等扫描探针显微镜功能。 0058 实施例 4 ： 主、 副滑块在主、 副导轨上的设置类型。 0059 在上述实施例中， 主滑块 2b 设置于主导轨 2a 上是通过 ： 主滑块 2b 的重力 （如图 1 所示） 和 / 或弹力， 。

32、和 / 或主导轨 2a 的弹力， 和 / 或主滑块 2b 与主导轨 2a 之间的电磁力， 和 / 或主滑块 2b 与主导轨 2a 之间增设的弹性体 7（如图 4 所示） 来实现的 ； 0060 副滑块 3b 设置于副导轨 3a 上是通过 ： 副滑块 3b 的重力 （如图 1 所示） 和 / 或弹 力， 和 / 或副导轨 3a 的弹力， 和 / 或副滑块 3b 与副导轨 3a 之间的电磁力， 和 / 或副滑块 3b 说 明 书 CN 103872943 A 7 6/6 页 8 与副导轨 3a 之间增设的弹性体 7 来实现的 （如图 4 所示） 。 0061 上述弹性体 7（如图 4 所示） 若与。

33、主滑块 2b 为一体的， 则可认为主滑块 2b 设置于 主导轨 2a 上是通过主滑块 2b 的弹力实现的 ； 上述弹性体 7 （如图 4 所示） 若与副滑块 3b 为 一体的， 则可认为副滑块 3b 设置于副导轨 3a 上是通过副滑块 3b 的弹力实现的 ； 上述弹性 体 7 若与主导轨 2a 为一体的， 则可认为主滑块 2b 设置于主导轨 2a 上是通过主导轨 2a 的 弹力实现的 ； 上述弹性体 7 若与副导轨 3a 为一体的， 则可认为副滑块 3b 设置于副导轨 3a 上是通过副导轨 3a 的弹力实现的 ； 上述弹性体 7 若处于主滑块 2b 与主导轨 2a 之间， 则可 认为主滑块 2。

34、b 设置于主导轨 2a 上是通过增设弹性体 7 实现的 ； 上述弹性体 7 若处于副滑 块 3b 与副导轨 3a 之间， 则可认为副滑块 3b 设置于副导轨 3a 上是通过增设弹性体 7 实现 的。 0062 实施例 5 ： 管形压电体驱动的双滑块高精度惯性压电马达。 0063 在上述实施例中， 压电体 1a 为管形 , 其形变方向 1b 或者与重力方向一致 （如图 4 所示） 或者与重力方向垂直 （如图 1 所示） 。 0064 实施例 6 ： 片状压电体驱动的双滑块高精度惯性压电马达。 0065 在上述实施例中， 压电体 1a 为压电片叠堆或切向形变 （即 ： 剪切形变， shear pi。

35、ezo） 压电体。 0066 实施例 7 ： 双滑块高精度惯性压电马达的控制方法。 0067 在上述实施例中， 是以如下步骤控制双滑块高精度惯性压电马达 ： 0068 （a） 控制压电体 1a 缓慢形变， 推动主导轨 2a 连同其上的主滑块 2b 一同无滑动地 向目标架 4 移动， 并由主滑块 2b 推着副滑块 3b 向目标架 4 移动， 推移距离为 d ； 0069 （b） 接着， 控制压电体 1a 驱动主滑块 2b 在主导轨 2a 上产生一步向着目标架 4 的 惯性滑动 , 其步长 D 小于等于上述推移距离 d。 0070 实施例 8 ： 本发明双滑块高精度惯性压电马达构成的扫描探针显微镜。

36、。 0071 上述双滑块高精度惯性压电马达可以构成扫描探针显微镜， 该扫描探针显微镜包 括双滑块高精度惯性压电马达， 增设 XYZ 三维压电扫描器 8， XYZ 三维压电扫描器 8 固定于 目标架 4 上或者副滑块 3b 上 （如图 5 所示） 。 0072 增设XYZ三维压电扫描器8的目的是为了在副滑块3b与目标架4之间实现探针相 对于样品的扫描成像等扫描探针显微镜功能。由于主滑块 2b 能够缓慢精确地推动副滑块 3b, 从而把副滑块 3b 上的 XYZ 三维压电扫描器 8 精确地送至目标架 4 前， 使得分别固定于 XYZ 三维压电扫描器 8 扫描端与目标架 4 上的探针与样品 （二者位置。

37、可对调） 能够逼近到原 子尺度。 这样， XYZ三维压电扫描器8可以做得很小， 且用低电压控制， 就能使得探针与样品 逼近到原子分辨率作用区， 实现超小扫描结构全低电压成像的理想扫描探针显微镜。 此处， XYZ 三维压电扫描器 8 固定于目标架 4 上的效果与固定于副滑块 3b 上的效果是一样的， 都 能使得探针相对于样品相互逼近和扫描成像。 0073 虽然本发明是结合以上实施例进行描述的， 但本发明并不限定于上述实施例， 而 只受所附权利要求的限定， 本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化， 但并不 离开本发明的实质构思和范围。 说 明 书 CN 103872943 A 8 1/5 页 9 图 1 图 2a 说 明 书 附 图 CN 103872943 A 9 2/5 页 10 图 2b 图 2c 图 2d 说 明 书 附 图 CN 103872943 A 10 3/5 页 11 图 3 说 明 书 附 图 CN 103872943 A 11 4/5 页 12 图 4 说 明 书 附 图 CN 103872943 A 12 5/5 页 13 图 5 说 明 书 附 图 CN 103872943 A 13 。