一种用于测量石墨烯薄膜材料电阻率的探针装置的制作方法

1.本发明涉及石墨烯电性检测装置技术领域，尤其涉及一种用于测量石墨烯薄膜材料电阻率的探针装置。


背景技术：

2.石墨烯薄膜材料由于其出色的电学性质，在相关行业中具有很大的潜力。测量其电阻率及其他相关电学性质成为衡量石墨烯薄膜材料合格测试最重要的一环。由于不同层数石墨烯薄膜材料具有不同厚度，且不同层数对石墨烯材料其相关电学性质具有很大影响，根据不同厚度选择其最适宜的检测方式才能使测量结果准确可靠。
3.目前用以测量石墨烯薄膜材料电阻率及相关电学性质的方法主要有导电银胶和焊接方法等，这样会对石墨烯薄膜表面有损坏，无法多次使用样品，即无法用其余手段检测当次检测的准确性。采用焊接与导电银胶等进行连接，并不能考虑石墨烯薄膜厚度对电阻率等电学性质的影响，而是采用相同的单一测试方法解决不了充分连接问题，导致测量结果不准确、不可靠、不可重复利用其余方式验证。且使用焊接与导电银胶等无法保证连接一致性，即难以实现多次测试中保持同一连接状态，影响测试结果。
4.使用范德堡法测量薄膜材料电阻率时，要求接触极点相对样品要足够的小，但使用焊接或导电银胶为保证与导线充分连接，做不到接触点相对样品足够小，导致测量结果必然不准确。
5.因此，为了准确检测前述的石墨烯薄膜材料的电阻率及相关电学性质，需要提供一种用于测量石墨烯薄膜材料电阻率的探针装置，以克服上述现有技术的缺陷，应用于对不同膜厚的石墨烯薄膜材料利用范德堡法测量其电阻率。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于测量石墨烯薄膜材料电阻率的探针装置，针轴端部与不同膜厚的石墨烯薄膜材料形成良好的接触，避免破坏石墨烯薄膜材料的表面，可对测试的石墨烯薄膜材料无损多次测量。
7.为解决以上技术问题，本发明采用下述技术方案：
8.一种用于测量石墨烯薄膜材料电阻率的探针装置，包括同轴设置的探针针轴、探针套筒、探针弹簧和探针顶端封盖，所述探针套筒包括套筒腔体和套筒限位部，所述套筒限位部设置在套筒腔体的底端，所述探针弹簧套设在套筒腔体内。
9.所述探针针轴包括针轴本体、针轴卡接部和针轴端部，所述针轴卡接部设置在针轴本体的上部，所述针轴本体的上部套设在套筒腔体内且所述针轴卡接部卡设在套筒限位部之上，所述针轴端部设置在针轴本体的底端且与石墨烯薄膜材料接触。所述针轴卡接部与针轴本体一体成型，所述针轴卡接部与套筒腔体的内壁紧密同轴配合连接，且由于针轴卡接部卡设在套筒限位部之上，针轴本体可相对于套筒腔体上下往复运动。
10.所述探针顶端封盖设置在套筒腔体的顶端，所述探针弹簧的一端与探针顶端封盖
相抵，所述探针弹簧的另一端与探针针轴的顶端平面相抵。所述探针弹簧为确定弹性系数的弹簧。
11.优选地，所述探针顶端封盖包括封盖本体、封盖顶端和封盖连接部，所述封盖连接部设置在封盖本体的底端中心，所述封盖连接部自套筒腔体的顶端插入其内，所述封盖顶端焊接导电线。所述封盖连接部与套筒腔体同轴配合紧密连为一体。所述探针弹簧的一端与封盖连接部的底端平面相抵。
12.优选地，所述封盖连接部的外径与套筒腔体的内径相同，保证封盖连接部与套筒腔体紧密连接，要求使用过程针轴端部几乎无横向位移的情况下使针轴端部下降到石墨烯薄膜样品表面给予压力。
13.优选地，所述探针弹簧包括弹簧本体和由弹簧本体围成的弹簧腔体，所述弹簧腔体的外径与套筒腔体的内径相同。保证探针弹簧与套筒腔体的内壁紧密配合，保证探针弹簧在套筒腔体内保持直立状态不会偏置。
14.优选地，所述探针针轴的针轴端部为弧度不同的圆截面半球状弧面或圆截面状平面。所述针轴端部的弧度由石墨烯薄膜材料的厚度决定。可根据石墨烯薄膜材料厚度不同针对性设计不同弧度、不同直径及形状的针轴端部，以与石墨烯薄膜材料相连接。
15.优选地，所述针轴端部为半球针尖夹角为150
°‑
100
°
。当石墨烯薄膜材料的厚度低于10层时，针轴端部的针尖处使用半球状平的圆截面，半球针尖夹角为150
°‑
100
°
半球状半径也可使用其他平的圆截面，根据材料实际情况例如石墨烯基底，是否转移等选择。
16.优选地，所述针轴卡接部的外径与套筒腔体的内径相同。保证针轴卡接部与套筒腔体的内壁紧密同轴配合连接，针轴本体可相对于套筒腔体上下往复运动。
17.优选地，所述针轴卡接部的棱角均采用倒圆角处理。保证针轴卡接部随针轴本体现对于套筒腔体上下往复运动时，摩擦系数较小，滑动更加顺滑。
18.优选地，所述探针顶端封盖、探针弹簧、探针套筒和探针针轴的材质均具有导电性能。通过封盖顶端上焊接的导电线对探针装置进行通电，对石墨烯薄膜材料的电学性质进行测量，无需使用对石墨烯薄膜材料有损坏的焊接法等。
19.本发明的一种用于测量石墨烯薄膜材料电电阻率的探针装置的组装方法：
20.在探针套筒的套筒腔体内将探针针轴的针轴卡接部卡接在套筒限位部之上一定距离，在保证探针本体竖直的状态下，尽可能的保证针轴卡接部与套筒腔体内壁摩擦系数较小，安装完状态应以探针针轴可阻力较小的上下往复运动。探针针轴部分完成安装后，将探针弹簧送入探针套筒的套筒腔体内，探针弹簧安装状态完后应以与探针针轴顶端平面接触且已部分压缩，保证探针弹簧在做往复运动时，保证不扭动，如此状态视为探针弹簧安装成功。探针弹簧安装完毕后将探针顶端封盖安装在套筒腔体的顶端，保证与套筒腔体紧密配合视为安装成功。探针装置整体结构应不松动，在正常施加外力时阻力来源应以探针弹簧为主。使用最终目的是以探针装置电阻极低不会影响测量探测样品电阻。
21.本发明的有益效果如下：
22.本发明由于采用了以上技术方案，针对不同膜厚的石墨烯薄膜材料设计不同的探针端部，可以做到精度高，测量结果稳定。改变了现有大多数测量方法的对石墨烯薄膜材料的表面破坏的现状且不可再次使用的缺陷，使用探针装置测量石墨烯薄膜材料的电阻率，可大大减小对石墨烯薄膜材料表面的破坏，可实现在不同测试原理或不同仪器上多次使用
同材料进行测量，对石墨烯薄膜材料电学性质的测量结果进行对比，确定测量准确值，采用统一标准对结果排除无关因素干扰有很大提升。且探针装置使用操作简单，安装流程和使用方法简洁易懂。
23.上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
24.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
25.图1示出本发明的一种用于测量石墨烯薄膜材料电阻率的探针装置的整体结构示意图。
26.图2示出本发明的一种用于测量石墨烯薄膜材料电阻率的探针装置的探针顶端封盖结构示意图。
27.图3示出本发明的一种用于测量石墨烯薄膜材料电阻率的探针装置的探针弹簧结构示意图。
28.图4示出本发明的一种用于测量石墨烯薄膜材料电阻率的探针装置的探针套筒结构示意图。
29.图5示出本发明的一种用于测量石墨烯薄膜材料电阻率的探针装置的探针针轴结构示意图。
30.主要附图标记说明：
31.1-探针顶端封盖，101-封盖本体，102-封盖顶端，103-封盖连接部，2-探针弹簧，201-弹簧端部，202-弹簧本体，3-探针套筒，301-套筒腔体，302-套筒限位部，4-探针针轴，401-针轴本体，402-针轴卡接部，403-针轴端部。
具体实施方式
32.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
33.除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
34.在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
35.如图1-图5所示，一种用于测量石墨烯薄膜材料电阻率的探针装置，包括同轴设置的探针针轴4、探针套筒3、探针弹簧2和探针顶端封盖1，所述探针套筒3包括套筒腔体301和套筒限位部302，所述套筒限位部302设置在套筒腔体301的底端，所述探针弹簧2套设在套筒腔体301内。
36.所述探针针轴4包括针轴本体401、针轴卡接部402和针轴端部403，所述针轴卡接部402设置在针轴本体401的上部，所述针轴本体401的上部套设在套筒腔体301内且所述针轴卡接部402卡设在套筒限位部302之上，所述针轴端部403设置在针轴本体401的底端且与石墨烯薄膜材料接触。所述针轴卡接部402的外径与套筒腔体301的内径相同。保证针轴卡接部402与套筒腔体301的内壁紧密同轴配合连接，针轴本体401可相对于套筒腔体301上下往复运动。所述针轴卡接部402与针轴本体401一体成型，所述针轴卡接部402与套筒腔体301的内壁紧密同轴配合连接，且由于针轴卡接部402卡设在套筒限位部302之上，针轴本体401可相对于套筒腔体301上下往复运动。
37.所述针轴卡接部402的棱角均采用倒圆角处理。保证针轴卡接部402随针轴本体401现对于套筒腔体301上下往复运动时，摩擦系数较小，滑动更加顺滑。
38.所述探针顶端封盖1设置在套筒腔体301的顶端，所述探针弹簧2的一端与探针顶端封盖1相抵，所述探针弹簧2的另一端与探针针轴4的顶端平面相抵。所述探针弹簧2为确定弹性系数的弹簧。
39.所述探针弹簧2包括弹簧本体201和由弹簧本体201围成的弹簧腔体202，所述弹簧腔体202的外径与套筒腔体301的内径相同。保证探针弹簧2与套筒腔体301的内壁紧密配合，保证探针弹簧2在套筒腔体301内保持直立状态不会偏置。
40.所述探针顶端封盖1包括封盖本体101、封盖顶端102和封盖连接部103，所述封盖连接部103设置在封盖本体101的底端中心，所述封盖连接部103自套筒腔体301的顶端插入其内，所述封盖顶端102焊接导电线。所述封盖连接部103与套筒腔体301同轴配合紧密连为一体。所述探针弹簧2的一端与封盖连接部103的底端平面相抵。
41.所述封盖连接部103的外径与套筒腔体301的内径相同，保证封盖连接部103与套筒腔体301紧密连接，要求使用过程针轴端部403几乎无横向位移的情况下使针轴端部403下降到石墨烯薄膜样品表面给予压力。
42.所述探针针轴4的针轴端部403为弧度不同的圆截面半球状弧面或圆截面状平面。所述针轴端部403的弧度由石墨烯薄膜材料的厚度决定。可根据石墨烯薄膜材料厚度不同针对性设计不同弧度、不同直径及形状的针轴端部403，以与石墨烯薄膜材料相连接。
43.所述针轴端部403为半球针尖夹角为150
°‑
100
°
。当石墨烯薄膜材料的厚度低于10层时，针轴端部403的针尖处使用半球状平的圆截面，半球针尖夹角为150
°‑
100
°
半球状半径也可使用其他平的圆截面，根据材料实际情况例如石墨烯基底，是否转移等选择。
44.所述探针顶端封盖1、探针弹簧2、探针套筒3和探针针轴4的材质均具有导电性能。通过封盖顶端102上焊接的导电线对探针装置进行通电，对石墨烯薄膜材料的电学性质进行测量，无需使用对石墨烯薄膜材料有损坏的焊接法等。
45.本发明的一种用于测量石墨烯薄膜材料电电阻率的探针装置的组装方法：
46.在探针套筒3的套筒腔体301内将探针针轴4的针轴卡接部402卡接在套筒限位部302之上一定距离，在保证探针本体401竖直的状态下，尽可能的保证针轴卡接部402与套筒
腔体301内壁摩擦系数较小，安装完状态应以探针针轴4可阻力较小的上下往复运动。探针针轴4部分完成安装后，将探针弹簧2送入探针套筒3的套筒腔体301内，探针弹簧2安装状态完后应以与探针针轴4顶端平面接触且已部分压缩，保证探针弹簧2在做往复运动时，保证不扭动，如此状态视为探针弹簧2安装成功。探针弹簧2安装完毕后将探针顶端封盖1安装在套筒腔体301的顶端，保证与套筒腔体301紧密配合视为安装成功。探针装置整体结构应不松动，在正常施加外力时阻力来源应以探针弹簧2为主。使用最终目的是以探针装置电阻极低不会影响测量探测样品电阻。
47.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。