一種材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)裝置，用于利用溫度得到推動(dòng)力；壓痕裝置，用于通過所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的推動(dòng)力對(duì)被測(cè)量材料施加壓力；所述壓痕裝置上設(shè)置有第一電極；樣品定位裝置，用于放置被測(cè)量材料的；所述樣品定位裝置上設(shè)置有第二電極；支撐裝置，用于為所述驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置和樣品定位裝置提供支撐；所述支撐裝置置于透射電鏡內(nèi)；所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述壓痕裝置接觸；所述壓痕裝置與所述樣品定位裝置接間隔第一設(shè)定距離；所述驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置和樣品定位裝置固定在所述支撐裝置上；所述第一電極和第二電極分別與外部電源連接。本發(fā)明還同時(shí)公開了一種材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕方法。
【專利說明】一種材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料性能測(cè)試的相關(guān)技術(shù)，尤其涉及一種材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，微電子技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，許多微小結(jié)構(gòu)的材料得到了實(shí)際的應(yīng)用。材料在微小尺度下的力學(xué)性能也逐漸成為人們關(guān)注的對(duì)象，材料的微觀力學(xué)性能研究也隨之開展起來。
[0003]隨著材料尺寸的減小，材料的微小結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了與材料的宏觀結(jié)構(gòu)迥異的性能，因此受到了人們的極大關(guān)注。但是，由于技術(shù)上的限制，對(duì)于低維納米材料的力學(xué)性質(zhì)的研究卻處于相對(duì)落后的狀態(tài)。
[0004]近年來人們更為關(guān)注的是材料的真實(shí)服役情況，也就是材料在實(shí)際環(huán)境(包括力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、電場(chǎng)等)下的可靠性，可靠性的高低將決定材料的應(yīng)用前景。因此，研究材料在動(dòng)態(tài)原子尺度下力場(chǎng)、熱場(chǎng)耦合作用下的結(jié)構(gòu)變化是考察材料性能穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵。經(jīng)過幾十年的努力，人們已經(jīng)開發(fā)了多種納米材料力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)。其中，發(fā)展最為成熟的就是納米壓痕技術(shù)。由于納米壓痕技術(shù)的日漸完善，納米壓痕技術(shù)對(duì)納米線、納米顆粒、納米薄膜等材料的力學(xué)測(cè)試試驗(yàn)以及對(duì)材料模量、硬度等基本物理量的精確表征使得納米壓痕技術(shù)成為一種非常流行的原位測(cè)試技術(shù)。例如，Hysitron公司制備的T1-950型納米壓痕儀，除了常規(guī)測(cè)試之外還可以實(shí)現(xiàn)不同溫度下的力學(xué)性能測(cè)試。安捷倫公司生產(chǎn)的G200型納米壓痕儀也已經(jīng)形成了比較成熟的技術(shù)。但是，由于納米壓痕技術(shù)不能給出原位原子尺度的信息，很多情況下，現(xiàn)有納米壓痕技術(shù)都需要通過后位的觀察(后位的觀察是指不能實(shí)時(shí)觀測(cè)，只能在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后利用可以實(shí)現(xiàn)原子尺度觀測(cè)的其他儀器對(duì)樣品進(jìn)行的觀察)來推測(cè)材料應(yīng)變及不同溫度環(huán)境下的變形機(jī)制，這就給人們正確理解材料變形機(jī)理造成了障礙。要想獲得原子尺度的結(jié)構(gòu)信息，需要借助透射電鏡來彌補(bǔ)納米壓痕儀的不足，但是由于透射電鏡的樣品室空間非常狹小，在如此狹小的樣品室空間內(nèi)，要在不同溫度下既要實(shí)現(xiàn)對(duì)材料應(yīng)力的施加，同時(shí)，又要實(shí)現(xiàn)對(duì)材料變形過程中原位、原子尺度下結(jié)構(gòu)信息的揭示以及電學(xué)等其他性能的檢測(cè)，這是一項(xiàng)非常困難的事情。因此，當(dāng)前的難題是如何在透射電鏡中實(shí)現(xiàn)原位壓痕變形操作的同時(shí)，對(duì)被測(cè)量材料施加力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和電場(chǎng)等耦合作用，系統(tǒng)考察材料的可靠性問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例期望提供一種材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕系統(tǒng)及方法，至少能解決透射電鏡無法對(duì)同時(shí)處于力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和電場(chǎng)的材料進(jìn)行性能測(cè)量的缺陷。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0008]驅(qū)動(dòng)裝置，用于利用溫度得到推動(dòng)力；
[0009]壓痕裝置，用于通過所述驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的推動(dòng)力對(duì)被測(cè)量材料施加壓力；所述壓痕裝置上設(shè)置有第一電極；
[0010]樣品定位裝置，用于放置被測(cè)量材料；所述樣品定位裝置上設(shè)置有第二電極；
[0011]支撐裝置，用于為所述驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置和樣品定位裝置提供支撐；所述支撐裝置置于透射電鏡內(nèi)；
[0012]所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述壓痕裝置接觸；所述驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置和樣品定位裝置固定在所述支撐裝置上；所述第一電極和第二電極分別與外部電源連接。
[0013]優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括熱雙金屬片；所述熱雙金屬片的第一端固定在所述支撐裝置上，所述熱雙金屬片的第二端懸空；所述熱雙金屬片包括第一金屬片和第二金屬片，所述第一金屬片和第二金屬片接觸；所述第一金屬片和第二金屬片的線膨脹系數(shù)不同；所述第一金屬片和第二金屬片利用溫度產(chǎn)生形變，通過所述形變得到推動(dòng)力。
[0014]優(yōu)選地，所述壓痕裝置包括三懸梁部件；所述三懸梁部件包括第一絕緣塊、第一驅(qū)動(dòng)觸球、第二驅(qū)動(dòng)觸球、空載梁、驅(qū)動(dòng)梁和測(cè)力懸臂梁，第二驅(qū)動(dòng)觸球與空載梁之間間隔第一設(shè)定距離；
[0015]所述第一絕緣塊固定在所述支撐裝置上，所述第一絕緣塊為絕緣材料；
[0016]所述空載梁的第一端固定在所述第一絕緣塊上；
[0017]所述第一驅(qū)動(dòng)觸球設(shè)置在所述空載梁的第二端上靠近所述驅(qū)動(dòng)裝置的一側(cè)；所述第一驅(qū)動(dòng)觸球與所述驅(qū)動(dòng)裝置接觸，用于將所述驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的推動(dòng)力通過所述空載梁傳遞給第二驅(qū)動(dòng)觸球；
[0018]所述驅(qū)動(dòng)梁的第一端固定在所述第一絕緣塊上，所述驅(qū)動(dòng)梁為導(dǎo)電材料；所述驅(qū)動(dòng)梁上設(shè)置有第一電極，所述第一電極與外部電源連接；
[0019]所述第二驅(qū)動(dòng)觸球設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)梁的第二端上靠近所述空載梁的一側(cè)；所述第二驅(qū)動(dòng)觸球被所述空載梁推動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)梁向所述樣品定位裝置移動(dòng)；
[0020]所述測(cè)力懸臂梁的第一端設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)梁的第二端上遠(yuǎn)離所述空載梁的一側(cè)；所述測(cè)力懸臂梁的第二端上遠(yuǎn)離所述空載梁的一側(cè)設(shè)置有壓力端；所述壓力端與被測(cè)量材料之間間隔第二設(shè)定距離；所述測(cè)力懸臂梁和所述壓力端上分別涂覆導(dǎo)電材料或所述測(cè)力懸臂梁和所述壓力端為導(dǎo)電材料；所述測(cè)力懸臂梁被所述驅(qū)動(dòng)梁帶動(dòng)向所述樣品定位裝置移動(dòng)，進(jìn)而對(duì)所述樣品定位裝置上的被測(cè)量材料施加壓力；所述第一設(shè)定距離和第二設(shè)定距離用于確定被測(cè)量材料的溫度區(qū)間。
[0021]優(yōu)選地，所述壓力端面向被測(cè)量材料的一側(cè)為針形結(jié)構(gòu)或面形結(jié)構(gòu)。
[0022]優(yōu)選地，所述樣品定位裝置包括第二絕緣塊和樣品支撐臺(tái)，所述第二絕緣塊設(shè)置在所述支撐裝置上；所述樣品支撐臺(tái)的第一端固定在所述第二絕緣塊上；所述樣品支撐臺(tái)的第二端設(shè)置有用于放置被測(cè)量材料的卡槽；所述第二絕緣塊為絕緣材料；所述樣品支撐臺(tái)為導(dǎo)電材料；所述樣品支撐臺(tái)上設(shè)置有第二電極，所述第二電極與外部電源連接。
[0023]優(yōu)選地，所述支撐裝置包括金屬環(huán)。
[0024]優(yōu)選地，所述金屬環(huán)為中空結(jié)構(gòu)。
[0025]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕方法，驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置和樣品定位裝置固定在支撐裝置上，所述壓痕裝置的第二驅(qū)動(dòng)觸球與空載梁之間間隔第一設(shè)定距離，所述壓痕裝置的壓力端和樣品定位裝置上的被測(cè)量材料之間間隔第二設(shè)定距離；所述第一設(shè)定距離和第二設(shè)定距離用于確定被測(cè)量材料的溫度區(qū)間；所述支撐裝置置于透射電鏡內(nèi)，所述方法包括:
[0026]所述驅(qū)動(dòng)裝置將利用溫度得到的推動(dòng)力作用到壓痕裝置；
[0027]所述壓痕裝置對(duì)樣品定位裝置上的被測(cè)量材料施加壓力；
[0028]位于所述壓痕裝置的第一電極和位于所述樣品定位裝置的第二電極分別與外部電源連接。
[0029]優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)裝置將利用溫度得到的推動(dòng)力作用到壓痕裝置包括:
[0030]所述驅(qū)動(dòng)裝置的熱雙金屬片利用溫度產(chǎn)生定向形變；所述熱雙金屬片包括第一金屬片和第二金屬片，所述第一金屬片和第二金屬片接觸；所述第一金屬片和第二金屬片的線膨脹系數(shù)不同；所述第一金屬片和第二金屬片利用溫度產(chǎn)生形變，通過形變得到推動(dòng)力；
[0031]所述定向形變產(chǎn)生的推動(dòng)力作用到所述壓痕裝置；所述壓痕裝置包括的三懸梁部件的第一驅(qū)動(dòng)觸球?qū)⑺鰺犭p金屬片產(chǎn)生的推動(dòng)力通過所述三懸梁部件的空載梁傳遞給第二驅(qū)動(dòng)觸球；所述第二驅(qū)動(dòng)觸球帶動(dòng)所述三懸梁部件的驅(qū)動(dòng)梁向所述樣品定位裝置移動(dòng)。
[0032]優(yōu)選地，所述壓痕裝置對(duì)樣品定位裝置上的被測(cè)量材料施加壓力包括:
[0033]所述驅(qū)動(dòng)梁上的測(cè)力懸臂梁被所述驅(qū)動(dòng)梁帶動(dòng)向所述樣品定位裝置移動(dòng)，測(cè)力懸臂梁經(jīng)過第二設(shè)定距離后接觸到所述樣品定位裝置上的被測(cè)量材料，進(jìn)而對(duì)被測(cè)量材料施加壓力。
[0034]優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0035]當(dāng)所述測(cè)力懸臂梁接觸被測(cè)量材料時(shí)，所述壓痕裝置的驅(qū)動(dòng)梁上的第一電極、樣品定位裝置的樣品支撐臺(tái)上的第二電極和外部電源構(gòu)成測(cè)量電路，對(duì)被測(cè)量材料的電學(xué)性能進(jìn)行測(cè)量。
[0036]本發(fā)明實(shí)施例提供的材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕系統(tǒng)及方法，驅(qū)動(dòng)裝置利用溫度得到推動(dòng)力；將所述推動(dòng)力作用到壓痕裝置上，從而對(duì)樣品定位裝置上的被測(cè)量材料施加壓力；所述驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置和樣品定位裝置固定在支撐裝置上，支撐裝置置于透射電鏡中；同時(shí)，通過第一電極和第二電極可對(duì)被測(cè)量材料的導(dǎo)電性進(jìn)行測(cè)量，使被測(cè)量材料處在力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和電場(chǎng)的耦合作用下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中不同形狀結(jié)構(gòu)的被測(cè)量材料對(duì)應(yīng)的壓力端的類型示意圖；
[0039]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕方法的實(shí)現(xiàn)流程示意圖；
[0040]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中測(cè)力懸臂梁在定向形變產(chǎn)生對(duì)被測(cè)量材料施加壓力的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0041]以下結(jié)合說明書附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)闡述。
[0042]實(shí)施例1
[0043]為了解決透射電鏡無法對(duì)同時(shí)處于力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和電場(chǎng)的材料進(jìn)行性能測(cè)量的缺陷，本實(shí)施例提供了一種材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕系統(tǒng)，如圖1所示，本實(shí)施例系統(tǒng)包括:
[0044]驅(qū)動(dòng)裝置，用于利用溫度得到推動(dòng)力；
[0045]壓痕裝置，用于通過所述驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的推動(dòng)力對(duì)被測(cè)量材料施加壓力；所述壓痕裝置上設(shè)置有第一電極207 ；
[0046]樣品定位裝置，用于放置被測(cè)量材料；所述樣品定位裝置上設(shè)置有第二電極303 ；
[0047]支撐裝置，為所述驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置和樣品定位裝置提供支撐；所述支撐裝置置于透射電鏡內(nèi)；
[0048]所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述壓痕裝置接觸；所述壓痕裝置與所述樣品定位裝置之間間隔第二設(shè)定距離；所述驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置和樣品定位裝置固定在所述支撐裝置上；所述第一電極207和第二電極303分別與外部電源連接。
[0049]本實(shí)施例提供的材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置利用溫度得到推動(dòng)力；將所述推動(dòng)力作用到壓痕裝置上，從而對(duì)樣品定位裝置上的被測(cè)量材料施加壓力；所述驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置和樣品定位裝置固定在支撐裝置上；同時(shí)，通過第一電極207和第二電極303可對(duì)被測(cè)量材料的導(dǎo)電性進(jìn)行測(cè)量，使被測(cè)量材料處在力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和電場(chǎng)的耦合作用下。
[0050]具體的，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括熱雙金屬片101 ;所述熱雙金屬片101的第一端固定在所述支撐裝置上，所述熱雙金屬片101的第二端懸空；所述熱雙金屬片101包括第一金屬片和第二金屬片，所述第一金屬片和第二金屬片接觸；所述第一金屬片位于靠近所述壓痕裝置的一側(cè)；所述第二金屬片位于遠(yuǎn)離所述壓痕裝置的一側(cè)。所述第一金屬片和第二金屬片的線膨脹系數(shù)根據(jù)被測(cè)量材料進(jìn)行選擇；所述第一金屬片和第二金屬片利用溫度產(chǎn)生形變，通過所述形變得到推動(dòng)力。如果需要測(cè)量被測(cè)量材料的高溫性能，則將線膨脹系數(shù)小的第一金屬片或第二金屬片與壓痕裝置中的第一驅(qū)動(dòng)觸球202接觸；如果需要測(cè)量被測(cè)量材料的低溫性能，則只需將線膨脹系數(shù)大的第二金屬片或第一金屬片與第一驅(qū)動(dòng)觸球接觸。所述第一金屬片和第二金屬片的線膨脹系數(shù)不同。并且，所述第一金屬片和第二金屬片的材料也可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
[0051]所述壓痕裝置包括三懸梁部件；所述三懸梁部件包括第一絕緣塊201、第一驅(qū)動(dòng)觸球202、第二驅(qū)動(dòng)觸球203、空載梁204、驅(qū)動(dòng)梁205和測(cè)力懸臂梁206 ；，第二驅(qū)動(dòng)觸球203與空載梁204之間間隔第一設(shè)定距離。具體的，所述第一絕緣塊201固定在所述支撐裝置上，所述第一絕緣塊201為絕緣材料；所述空載梁204的第一端固定在所述第一絕緣塊201上；所述第一驅(qū)動(dòng)觸球202設(shè)置在所述空載梁204的第二端上靠近所述驅(qū)動(dòng)裝置的一側(cè)，所述第一驅(qū)動(dòng)觸球202與所述驅(qū)動(dòng)裝置接觸，用于將所述驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的推動(dòng)力通過所述空載梁204傳遞給第二驅(qū)動(dòng)觸球203 ;所述驅(qū)動(dòng)梁205的第一端固定在所述第一絕緣塊201上，所述驅(qū)動(dòng)梁205表面涂覆導(dǎo)電材料或者所述驅(qū)動(dòng)梁205為導(dǎo)電材料；所述驅(qū)動(dòng)梁205上設(shè)置有第一電極207，所述第一電極207與外部電源連接；所述第二驅(qū)動(dòng)觸球203設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)梁205的第二端上靠近所述空載梁204的一側(cè)；所述第二驅(qū)動(dòng)觸球203與所述空載梁204之間間隔第一設(shè)定距離；第一設(shè)定距離根據(jù)所要研究材料性能的溫度區(qū)間來設(shè)定，由熱雙金屬片從室溫到所研究的溫度段起始點(diǎn)這個(gè)溫度范圍內(nèi)雙金屬片所移動(dòng)的距離來確定；當(dāng)溫度達(dá)到所要研究的溫度段的起始點(diǎn)之后，所述第二驅(qū)動(dòng)觸球203被所述空載梁204推動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)梁205向所述樣品定位裝置移動(dòng)，所述測(cè)力懸臂梁206的第一端設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)梁205的第二端上遠(yuǎn)離所述空載梁204的一側(cè)；所述測(cè)力懸臂梁206的第二端上遠(yuǎn)離所述空載梁204的一側(cè)設(shè)置有壓力端208 ;所述壓力端208與被測(cè)量材料間隔所述第二設(shè)定距離；所述測(cè)力懸臂梁206和所述壓力端208上分別涂覆導(dǎo)電材料或所述測(cè)力懸臂梁206和所述壓力端208為導(dǎo)電材料；所述測(cè)力懸臂梁206被所述驅(qū)動(dòng)梁205帶動(dòng)向所述樣品定位裝置移動(dòng)，進(jìn)而對(duì)所述樣品定位裝置上的被測(cè)量材料施加壓力；所述第一設(shè)定距離和第二設(shè)定距離用于確定被測(cè)量材料的溫度區(qū)間。
[0052]如圖2所示為了對(duì)不同形狀結(jié)構(gòu)的被測(cè)量材料進(jìn)行測(cè)量，本實(shí)施例的所述壓力端208面向被測(cè)量材料的一側(cè)為圓錐狀針形結(jié)構(gòu)或圓臺(tái)狀面型結(jié)構(gòu)或者立方體頂角的三棱錐等其他結(jié)構(gòu)，即所述壓力端208和被測(cè)量材料的接觸面可以為點(diǎn)接觸或面接觸或三角等其他形狀結(jié)構(gòu)。其中，圖2a為針形的壓力端208 ;圖2b為平壓頭形的壓力端208 ;圖2c為高壓壓頭的壓力端208。
[0053]所述第一設(shè)定距離和第二設(shè)定距離需要在確定了驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置、樣品定位裝置和支撐裝置的材料的基礎(chǔ)上，考慮驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置、樣品定位裝置和支撐裝置的材料的溫度特性，來確定所述第一設(shè)定距離和第二設(shè)定距離的具體取值。
[0054]所述樣品定位裝置包括第二絕緣塊304和樣品支撐臺(tái)301，所述第二絕緣塊304固定在所述支撐裝置上；所述樣品支撐臺(tái)301的第一端固定在所述第二絕緣塊304上；所述樣品支撐臺(tái)301的第二端設(shè)置有用于放置被測(cè)量材料的卡槽302，被測(cè)量材料放置在卡槽302上后可以最大限度的將第二設(shè)定距離值限制在I微米以下；所述第二絕緣塊304為絕緣材料；所述樣品支撐臺(tái)301為導(dǎo)電材料；所述樣品支撐臺(tái)301上設(shè)置有第二電極303，所述第二電極303與外部電源連接。
[0055]其中，卡槽302具有彈性?shī)A緊部件，用于對(duì)不同形狀的被測(cè)量材料進(jìn)行固定。
[0056]所述支撐裝置包括金屬環(huán)401，所述金屬環(huán)401為中空結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步使本實(shí)施例的系統(tǒng)適用于透射電鏡，優(yōu)選地，所述金屬環(huán)401為透射電鏡用載環(huán)。
[0057]實(shí)際中，研究高溫性能時(shí)，熱雙金屬片101受熱產(chǎn)生形變，推動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)觸球202向第二驅(qū)動(dòng)觸球203移動(dòng)；經(jīng)過第一設(shè)定距離后，空載梁204接觸到第二驅(qū)動(dòng)觸球203后，推動(dòng)驅(qū)動(dòng)梁205上的測(cè)力懸臂梁206繼續(xù)向樣品支撐臺(tái)301移動(dòng)；經(jīng)過第二設(shè)定距離后，測(cè)力懸臂梁206上的壓力端208接觸到被測(cè)量材料后，由于熱雙金屬片101的推動(dòng)力繼續(xù)對(duì)被測(cè)量材料施加壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量材料在溫度和力場(chǎng)下的性能測(cè)試；同時(shí)通過第一電極207和第二電極303可對(duì)被測(cè)量材料電學(xué)性能的測(cè)量。
[0058]本實(shí)施例能夠?qū)崿F(xiàn)透射電鏡中不同溫度下被測(cè)量材料原位壓痕操作變形實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，利用還可以定量測(cè)得施加在被測(cè)量材料上的力學(xué)信號(hào)和實(shí)現(xiàn)原位電學(xué)性能測(cè)試試驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)多溫度段下，從原子尺度揭示材料變形過程中纖維組織結(jié)構(gòu)變化信息與力學(xué)、電學(xué)信號(hào)的對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)地考察被測(cè)量材料在力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、電場(chǎng)耦合下納米材料結(jié)構(gòu)的演化。
[0059]實(shí)施例2
[0060]本實(shí)施例和實(shí)施例1屬于同一發(fā)明構(gòu)思。本實(shí)施例提供了一種材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕方法，驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置和樣品定位裝置固定在支撐裝置上，所述壓痕裝置的第二驅(qū)動(dòng)觸球與空載梁之間間隔第一設(shè)定距離，所述壓痕裝置的壓力端和樣品定位裝置上的被測(cè)量材料之間間隔第二設(shè)定距離；所述第一設(shè)定距離和第二設(shè)定距離用于確定被測(cè)量材料的溫度區(qū)間；所述支撐裝置置于透射電鏡內(nèi)，如圖3所示，所述方法包括:
[0061]S201:所述驅(qū)動(dòng)裝置將利用溫度得到的推動(dòng)力作用到壓痕裝置；
[0062]S202:所述壓痕裝置對(duì)樣品定位裝置上的被測(cè)量材料施加壓力；
[0063]S203:位于所述壓痕裝置的第一電極和位于所述樣品定位裝置的第二電極分別與外部電源連接。
[0064]具體的，所述步驟S201驅(qū)動(dòng)裝置將利用溫度得到的推動(dòng)力作用到壓痕裝置包括:
[0065]所述驅(qū)動(dòng)裝置的熱雙金屬片101利用溫度產(chǎn)生定向形變；所述熱雙金屬片101包括第一金屬片和第二金屬片，所述第一金屬片和第二金屬片接觸；所述第一金屬片和第二金屬片的線膨脹系數(shù)不同；所述第一金屬片和第二金屬片利用溫度產(chǎn)生形變，通過形變得到推動(dòng)力；
[0066]所述熱雙金屬片101定向形變產(chǎn)生的推動(dòng)力作用到所述壓痕裝置；所述壓痕裝置包括的三懸梁部件中的第一驅(qū)動(dòng)觸球202將所述熱雙金屬片101產(chǎn)生的推動(dòng)力通過所述三懸梁部件中的空載梁204傳遞給第二驅(qū)動(dòng)觸球203 ;所述第二驅(qū)動(dòng)觸球203帶動(dòng)所述三懸梁部件中的驅(qū)動(dòng)梁205向所述樣品定位裝置移動(dòng)。
[0067]具體的，所述步驟S202所述壓痕裝置對(duì)樣品定位裝置上的被測(cè)量材料施加壓力包括:
[0068]如圖4所示，所述驅(qū)動(dòng)梁上的測(cè)力懸臂梁206被所述驅(qū)動(dòng)梁帶205帶動(dòng)向所述樣品定位裝置移動(dòng)，測(cè)力懸臂梁206經(jīng)過第二設(shè)定距離后接觸到所述樣品定位裝置上的被測(cè)量材料，進(jìn)而對(duì)被測(cè)量材料施加壓力。
[0069]為了測(cè)量被測(cè)量的材料的導(dǎo)電性能，本實(shí)施例所述方法還包括:
[0070]當(dāng)所述測(cè)力懸臂梁206接觸被測(cè)量材料時(shí)，所述壓痕裝置的驅(qū)動(dòng)梁205上的第一電極207、樣品定位裝置的樣品支撐臺(tái)上的第二電極303和外部電源構(gòu)成測(cè)量電路。測(cè)量電路就可以對(duì)被測(cè)量材料的電學(xué)性能進(jìn)行測(cè)量。
[0071]實(shí)際中，被測(cè)量材料可能在某一溫度下不導(dǎo)電，而另一溫度下導(dǎo)電；也可能由于被測(cè)量材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生相變等結(jié)構(gòu)變化而導(dǎo)致電學(xué)性能不同。因此，第一電極207和第二電極303能夠測(cè)量被測(cè)量材料在不同環(huán)境溫度和不同形狀結(jié)構(gòu)下的電學(xué)性能。
[0072]實(shí)施例3
[0073]以下通過一個(gè)實(shí)際場(chǎng)景對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0074]以圖1為例，本實(shí)施例系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置、樣品定位裝置和支撐裝置。
[0075]所述驅(qū)動(dòng)裝置包括一條由不同線膨脹系數(shù)組成的熱雙金屬片101 ;所述熱雙金屬片101的第一端固定在所述支撐裝置上，所述熱雙金屬片101的第二端懸空；所述熱雙金屬片101包括第一金屬片和第二金屬片，所述第一金屬片和第二金屬片接觸；所述第一金屬片和第二金屬片的線膨脹系數(shù)不同。
[0076]所述壓痕裝置包括三懸梁部件；所述三懸梁部件包括第一絕緣塊201、第一驅(qū)動(dòng)觸球202、第二驅(qū)動(dòng)觸球203、空載梁204、驅(qū)動(dòng)梁205和測(cè)力懸臂梁206 ;所述第一絕緣塊201固定在所述支撐裝置上；所述空載梁204的第一端固定在所述第一絕緣塊201上；所述第一驅(qū)動(dòng)觸球202設(shè)置在所述空載梁204的第二端上靠近所述熱雙金屬片101的一側(cè)，所述第一驅(qū)動(dòng)觸球202與所述熱雙金屬片101的第二端接觸；所述驅(qū)動(dòng)梁205的第一端固定在所述第一絕緣塊201上，所述驅(qū)動(dòng)梁205為導(dǎo)電材料；所述驅(qū)動(dòng)梁205上設(shè)置有第一電極207，所述第一電極207與外部電源連接；所述第二驅(qū)動(dòng)觸球203設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)梁205的第二端上靠近所述空載梁204的一側(cè)；所述第二驅(qū)動(dòng)觸球203與所述空載梁204之間間隔第一設(shè)定距離；所述測(cè)力懸臂梁206的第一端設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)梁205的第二端上遠(yuǎn)離所述空載梁204的一側(cè)；所述測(cè)力懸臂梁206的第二端上遠(yuǎn)離所述空載梁204的一側(cè)設(shè)置有壓力端208 ;所述壓力端208與被測(cè)量材料間隔所述第二設(shè)定距離；所述測(cè)力懸臂梁206為導(dǎo)電材料。所述壓力端208面向被測(cè)量材料的一側(cè)為針形結(jié)構(gòu)或面形結(jié)構(gòu)。
[0077]樣品定位裝置包括第二絕緣塊304和樣品支撐臺(tái)301 ;所述樣品支撐臺(tái)301的第一端固定在所述支撐裝置上；所述第二絕緣塊304設(shè)置在所述支撐裝置上；所述樣品支撐臺(tái)301的第一端固定在所述第二絕緣塊304上；所述樣品支撐臺(tái)301的第二端設(shè)置有用于放置被測(cè)量材料的卡槽302 ;所述第二絕緣塊304為絕緣材料；所述樣品支撐臺(tái)301為導(dǎo)電材料；所述樣品支撐臺(tái)301上設(shè)置有第二電極303，所述第二電極303與外部電源連接。
[0078]所述支撐裝置為金屬環(huán)401，所述金屬環(huán)401為中空結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步使本實(shí)施例的系統(tǒng)適用于透射電鏡，優(yōu)選地，所述金屬環(huán)401為透射電鏡用載環(huán)。
[0079]實(shí)際中，熱雙金屬片101的第一端固定在金屬環(huán)401上，熱雙金屬片101的第二端為自由端；三懸臂梁部件的第一絕緣塊201與熱雙金屬片101的第一端并行排列固定在金屬環(huán)401上，且確保三懸臂梁部件中的空載梁204上的第一驅(qū)動(dòng)觸球202與熱雙金屬片101的第二端接觸。如果研究被測(cè)量材料的高溫力學(xué)性能，則將熱雙金屬片101的線膨脹系數(shù)低的一側(cè)與第一驅(qū)動(dòng)觸球202接觸；如果研究被測(cè)量材料的低溫力學(xué)性能，則將熱雙金屬片101的線膨脹系數(shù)高的一側(cè)與第一驅(qū)動(dòng)觸球202接觸。三懸臂梁部件中的驅(qū)動(dòng)梁205的第二端靠近空載梁204的一側(cè)也設(shè)置有一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)觸球203 ;驅(qū)動(dòng)梁205的第二端遠(yuǎn)離空載梁204的一側(cè)制備一條測(cè)力懸臂梁206，所述測(cè)力懸臂梁206的第一端設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)梁205的第二端上遠(yuǎn)離所述空載梁204的一側(cè)；所述測(cè)力懸臂梁206的第二端上遠(yuǎn)離所述空載梁204的一側(cè)設(shè)置有壓力端208。第二驅(qū)動(dòng)觸球203與壓力端208之間制作了一個(gè)空隙，空隙的寬度即為所述第二設(shè)定距離?？障兜膶挾仁峭ㄟ^熱雙金屬片101在所要求的特定溫度段的橫向位移量來確定的，即根據(jù)所要研究的被測(cè)量材料在特定溫度段下的力學(xué)性能先行計(jì)算出熱雙金屬片101在此特定溫度下所發(fā)生的橫向位移，然后確定空隙的寬度。被測(cè)量材料固定在卡槽302上，樣品支撐臺(tái)301的第一端固定在金屬環(huán)401上，且要讓被測(cè)量材料正對(duì)壓力端208放置，且被測(cè)量材料與壓力端208之間的縫隙在1-10微米之間；三懸梁部件與金屬環(huán)401用第一絕緣塊201固定在一起，第一絕緣塊201為絕緣材料。樣品支撐臺(tái)301為導(dǎo)電材料。熱雙金屬片101、樣品支撐臺(tái)301分別與金屬環(huán)401通過第二絕緣塊304固定，第二絕緣塊304為絕緣材料。在三懸梁部件的驅(qū)動(dòng)梁205和樣品支撐臺(tái)301上分別焊接第一電極207和第二電極303，第一電極207和第二電極303分別通過導(dǎo)線與透射電鏡樣品桿上的電極連接，外連到透射電鏡的測(cè)試電路上，構(gòu)成測(cè)量電路。
[0080]第一電極207和第二電極303分別與外部測(cè)試電路連接可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量材料的壓痕狀態(tài)下不同溫度區(qū)間的電學(xué)性質(zhì)的測(cè)量。
[0081]將本實(shí)施例系統(tǒng)固定在透射電鏡加熱臺(tái)上，并放入透射電鏡中。隨著加熱臺(tái)溫度的升高，所述熱雙金屬片101包括的第一金屬片和第二金屬片將向第一金屬片和第二金屬片中線膨脹系數(shù)低的一側(cè)發(fā)生彎曲變形，帶動(dòng)固定在線膨脹系數(shù)低的第一金屬片或第二金屬片所在側(cè)的空載梁204向驅(qū)動(dòng)梁205運(yùn)動(dòng)。隨著溫度的升高，空載梁204與驅(qū)動(dòng)梁205上的第二驅(qū)動(dòng)觸球203接觸，驅(qū)動(dòng)測(cè)力懸臂梁206發(fā)生位移，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量材料的壓痕操作。壓痕操作對(duì)被測(cè)量材料的壓入深度可以通過調(diào)整外部控溫原件來調(diào)節(jié)。外部控溫原件對(duì)加熱臺(tái)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而對(duì)位于加熱臺(tái)上的本實(shí)施例系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制。本實(shí)施例通過透射電鏡成像系統(tǒng)原位記錄(即實(shí)時(shí)記錄，能夠記錄被測(cè)量材料變形的整個(gè)過程)被測(cè)量材料的變形過程、以及測(cè)力懸臂梁206所發(fā)生的變形量，從原子層次揭示被測(cè)量材料的變形機(jī)制，同時(shí)，根據(jù)測(cè)力懸臂梁206的彎曲得到施加在被測(cè)量材料上的力的大小，給出相應(yīng)力學(xué)參量。通過第一電極207和第二電極303和透射電鏡的測(cè)試電路構(gòu)成的測(cè)量電路，通過測(cè)量電路獲得被測(cè)量材料在變形過程中的電學(xué)性能的演變數(shù)據(jù)，結(jié)合獲得的原子尺度的結(jié)構(gòu)演變信息以及所加載的溫度，綜合分析被測(cè)量材料在力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、電場(chǎng)多場(chǎng)耦合作用下的可靠性和穩(wěn)定性，為被測(cè)量材料在新型元器件的設(shè)計(jì)與開發(fā)中提供可靠的實(shí)驗(yàn)和理論支持。
[0082]所述支撐裝置包括導(dǎo)電導(dǎo)熱性良好，容易加工的銅環(huán)，鎳環(huán)，金環(huán)，鑰環(huán)等金屬環(huán)401，為了保證該壓痕以固定在透射電鏡樣品桿上，金屬環(huán)401的外徑與現(xiàn)有透射電鏡用載網(wǎng)一致為3毫米，為了保證電子束透過對(duì)被測(cè)量材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，金屬環(huán)為中空結(jié)構(gòu)，金屬環(huán)的厚度在0.01毫米-0.1毫米之間。
[0083]所述驅(qū)動(dòng)裝置為線膨脹系數(shù)差異相對(duì)很大的第一金屬片和第二金屬片結(jié)合在一起構(gòu)成的熱雙金屬片101，當(dāng)溫度變化時(shí)，由于第一金屬片和第二金屬片的線膨脹系數(shù)差異很大而產(chǎn)生不同的膨脹和收縮，使得熱雙金屬片101產(chǎn)生彎曲變形。所述驅(qū)動(dòng)裝置還可利用雙晶壓電陶瓷片、記憶合金、熱膨脹系數(shù)較大的金屬等材料取代，組成智能化的納米壓痕器件。
[0084]所述三懸梁部件可以采用商業(yè)上比較成熟的半導(dǎo)體工藝加工的懸臂系統(tǒng)，例如:硅懸臂、氮化硅懸臂等，也可采用金屬懸臂梁系統(tǒng)。測(cè)力懸臂梁206上的壓力端208根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要可以采用尖頭，平頭或者其他形狀的針尖。
[0085]被測(cè)量材料可以包括納米球、納米顆粒等零維納米材料；納米線、納米棒等一維納米材料；納米薄膜等二維納米材料；三維塊體材料等。
[0086]所述第一電極207和第二電極303米用導(dǎo)電性能良好的金屬材料,如金、銀、鉬、銅等材料制作。
[0087]利用本實(shí)施例系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量材料從零維維度至三維維度全覆蓋全材料體系的原位原子尺度的壓痕實(shí)驗(yàn)研究。可以實(shí)現(xiàn)包括力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、電場(chǎng)等多場(chǎng)耦合下材料性能的系統(tǒng)研究。
[0088]以下將單晶銅作為被測(cè)量材料，通過透射電鏡對(duì)單晶銅進(jìn)行壓痕實(shí)驗(yàn)，對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行說明:
[0089]1、按圖1所示將三懸梁部件固定在中間開孔，外徑為3.0毫米的透射電鏡用銅環(huán)的一側(cè)，該三懸梁部件的空載梁204和驅(qū)動(dòng)梁205寬度為0.07毫米，長(zhǎng)度為1.2毫米，厚度為0.06毫米的硅梁；第一驅(qū)動(dòng)觸球202和第二驅(qū)動(dòng)觸球203的直徑0.15毫米，將熱雙金屬片101制成寬度為0.2毫米，厚為0.08毫米，長(zhǎng)為1.5毫米左右，并將熱雙金屬片101的一端與三懸梁部件的第一絕緣塊201—起并行排列固定在金屬環(huán)401的內(nèi)側(cè)，熱雙金屬片101上熱膨脹系數(shù)較小的第一金屬片或第二金屬片與空載梁204的第一驅(qū)動(dòng)觸球202接觸。測(cè)力懸臂梁206為一條長(zhǎng)為0.45毫米，寬0.02毫米，厚為0.2毫米的硅懸臂梁。
[0090]2、將經(jīng)過機(jī)械研磨、電解雙噴、離子減薄的單晶銅樣品薄區(qū)一段懸空，另一端固定在樣品支撐臺(tái)301上，在光學(xué)顯微鏡下將樣品支撐臺(tái)301固定在3.0毫米銅環(huán)上，并使單晶銅樣品正對(duì)測(cè)力懸臂梁206的壓力端208放置，調(diào)整樣品支撐臺(tái)301的高度，使單晶銅樣品與壓力端208在一個(gè)水平面上，并將單晶銅樣品與壓力端208之間的距離調(diào)整到I微米以下。
[0091]3、將本實(shí)施例系統(tǒng)固定在透射電鏡加熱樣品桿上，將樣品支撐臺(tái)301及驅(qū)動(dòng)梁205上的第一電極207分別與加熱臺(tái)上的外部電極連接，放入透射電鏡中。通過雙傾透射電鏡的熱臺(tái)將單晶銅樣品傾轉(zhuǎn)到最容易觀察的銅[011](銅[011]是指電子束的入射方向與單晶銅[011]的方向平行，此時(shí)可以在此方向看到兩套{111}密堆面，此晶帶軸是觀察像銅這樣的面心立方晶體樣品的最佳晶帶軸)正帶軸下，通過外部控溫系統(tǒng)對(duì)樣品桿加熱。
[0092]4、隨著溫度的升高，熱雙金屬片101推動(dòng)空載梁204上的第一驅(qū)動(dòng)觸球202帶動(dòng)空載梁204向驅(qū)動(dòng)梁205 —側(cè)移動(dòng)，當(dāng)溫度升高到預(yù)先設(shè)定值時(shí)，空載梁204恰好接觸到驅(qū)動(dòng)梁205上的驅(qū)動(dòng)梁205 ;隨著溫度的進(jìn)一步升高，驅(qū)動(dòng)梁205帶動(dòng)測(cè)力懸臂梁206的壓力端208向單晶銅樣品移動(dòng)，并接觸到單晶銅樣品；調(diào)整控溫系統(tǒng)使熱雙金屬片101的運(yùn)動(dòng)停止，利用透射電鏡的圖像記錄系統(tǒng)記錄壓痕實(shí)驗(yàn)前測(cè)力懸臂梁206的壓力端208的形貌，即為壓力端208的初始狀態(tài)。繼續(xù)加入驅(qū)動(dòng)熱雙金屬片101移動(dòng)，帶動(dòng)測(cè)力懸臂梁206的壓力端208實(shí)現(xiàn)對(duì)單晶銅樣品的壓痕變形操作。
[0093]5、利用透射電子顯微鏡的高分辨原子圖像實(shí)時(shí)原位記錄單晶銅在壓痕變形過程中的原子尺度的結(jié)構(gòu)信息變化。利用低倍成像系統(tǒng)原位適時(shí)的記錄測(cè)力懸臂梁206的壓力端208的變形過程。
[0094]6、通過對(duì)變形前后單晶銅樣品微結(jié)構(gòu)變化的實(shí)時(shí)高分辨圖像的對(duì)比分析，可以在原子層次上揭示單晶銅樣品的彈塑性變形的特點(diǎn)，以及單晶銅樣品裂紋的擴(kuò)展等反映材料力學(xué)性能的微觀組織結(jié)構(gòu)變化信息。
[0095]7、同時(shí)，通過對(duì)透射電鏡的成像系統(tǒng)所記錄的懸臂梁的變形過程分析各個(gè)階段施加在單晶銅樣品納米線上的力的信號(hào)。給出納米材料在應(yīng)力作用下的微觀變形機(jī)制。
[0096]8、在做壓痕變形的同時(shí)，實(shí)時(shí)的通過外部電學(xué)性能測(cè)試儀器監(jiān)控其在外力及溫度場(chǎng)耦合作用下的電學(xué)性能的變化。
[0097]本實(shí)施例有如下優(yōu)點(diǎn):
[0098]1、本實(shí)施例對(duì)透射電鏡載網(wǎng)進(jìn)行了新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在透射電鏡中納米材料甚至是塊體材料的原位原子尺度的納米壓痕操作，提供了一種可以將力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、電場(chǎng)等多場(chǎng)耦合在內(nèi)的新的材料原位力學(xué)測(cè)試方法，具有性能可靠、安裝方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，極大地拓展了透射電鏡的功能。
[0099]2、本實(shí)施例中的載網(wǎng)外形尺寸與現(xiàn)有技術(shù)載網(wǎng)基本一致，可以方便的裝入高分辨透射電鏡中，實(shí)現(xiàn)X、Y兩個(gè)方向大角度傾轉(zhuǎn)，可以在原位壓痕變形操作的同時(shí)從最佳的晶帶軸實(shí)現(xiàn)高分辨成像，獲得原子尺度的結(jié)構(gòu)信息。
[0100]3、本實(shí)施例將溫度場(chǎng)引入進(jìn)來，不僅可以從原子尺度下研究材料的高溫力、電耦合壓痕性能也可以研究材料的低溫力、電耦合壓痕性能，可以實(shí)現(xiàn)全溫度段壓痕性能和電學(xué)性能的測(cè)試。
[0101]4、本實(shí)施例的另外兩個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是可以在獲得納米材料應(yīng)力作用下微觀結(jié)構(gòu)變化的高分辨率顯微圖像的同時(shí)，得到施加在被測(cè)量材料上的力的大小以及被測(cè)量材料壓痕變形過程中的電信號(hào)。
[0102]本實(shí)施例系統(tǒng)應(yīng)用在透射電鏡的載環(huán)上，利用熱雙金屬片實(shí)現(xiàn)三懸梁部件的運(yùn)動(dòng)，通過測(cè)力懸臂梁來實(shí)現(xiàn)材料的應(yīng)力施加，三懸梁部件的獨(dú)特設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)了在不同溫度區(qū)間內(nèi)研究被測(cè)量材料的性能；透射電鏡的原位圖像記錄系統(tǒng)記錄測(cè)力懸臂梁的形變來獲得力學(xué)信號(hào)。透射電鏡通過本實(shí)施例系統(tǒng)可同時(shí)研究被測(cè)量材料的X軸和Y軸兩個(gè)自由度上的性能。在實(shí)現(xiàn)特定溫度段下被測(cè)量材料變形的同時(shí)，利用透射電鏡對(duì)被測(cè)量材料的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)原位原子尺度的觀測(cè)。引入了電極，可實(shí)現(xiàn)被測(cè)量材料在原位原子尺度納米壓痕操作下力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、電場(chǎng)耦合下的研究。本實(shí)施例可根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景對(duì)本發(fā)明系統(tǒng)部件的形狀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，能適用于多種測(cè)量?jī)x器。
[0103]在本申請(qǐng)所提供的幾個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的設(shè)備和方法，可以通過其它的方式實(shí)現(xiàn)。以上所描述的設(shè)備實(shí)施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)可以有另外的劃分方式，如:多個(gè)單元或組件可以結(jié)合，或可以集成到另一個(gè)系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另外，所顯示或討論的各組成部分相互之間的耦合、或直接耦合、或通信連接可以是通過一些接口，設(shè)備或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性的、機(jī)械的或其它形式的。
[0104]上述作為分離部件說明的單元可以是、或也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是、或也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上；可以根據(jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或全部單元來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。
[0105]另外，在本發(fā)明各實(shí)施例中的各功能單元可以全部集成在一個(gè)處理模塊中，也可以是各單元分別單獨(dú)作為一個(gè)單元，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)單元中；上述集成的單元既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用硬件加軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)。
[0106]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解:實(shí)現(xiàn)上述方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括:移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備、只讀存儲(chǔ)器(Read-Only Memory, ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Random Access Memory, RAM)、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。
[0107]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 驅(qū)動(dòng)裝置，用于利用溫度得到推動(dòng)力； 壓痕裝置，用于通過所述驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的推動(dòng)力對(duì)被測(cè)量材料施加壓力；所述壓痕裝置上設(shè)置有第一電極； 樣品定位裝置，用于放置被測(cè)量材料；所述樣品定位裝置上設(shè)置有第二電極； 支撐裝置，用于為所述驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置和樣品定位裝置提供支撐；所述支撐裝置置于透射電鏡內(nèi)； 所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述壓痕裝置接觸；所述驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置和樣品定位裝置固定在所述支撐裝置上；所述第一電極和第二電極分別與外部電源連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括熱雙金屬片；所述熱雙金屬片的第一端固定在所述支撐裝置上，所述熱雙金屬片的第二端懸空；所述熱雙金屬片包括第一金屬片和第二金屬片，所述第一金屬片和第二金屬片接觸；所述第一金屬片和第二金屬片的線膨脹系數(shù)不同；所述第一金屬片和第二金屬片利用溫度產(chǎn)生形變，通過所述形變得到推動(dòng)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓痕裝置包括三懸梁部件；所述三懸梁部件包括第一絕緣塊、第一驅(qū)動(dòng)觸球、第二驅(qū)動(dòng)觸球、空載梁、驅(qū)動(dòng)梁和測(cè)力懸臂梁，第二驅(qū)動(dòng)觸球與空載梁之間間隔第一設(shè)定距離； 所述第一絕緣塊固定在所述支撐裝置上，所述第一絕緣塊為絕緣材料； 所述空載梁的第一端固定在所述第一絕緣塊上； 所述第一驅(qū)動(dòng)觸球設(shè)置在所述空載梁的第二端上靠近所述驅(qū)動(dòng)裝置的一側(cè)；所述第一驅(qū)動(dòng)觸球與所述驅(qū)動(dòng)裝置接觸，用于將所述驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的推動(dòng)力通過所述空載梁傳遞給第二驅(qū)動(dòng)觸球； 所述驅(qū)動(dòng)梁的第一端固定在所述第一絕緣塊上，所述驅(qū)動(dòng)梁為導(dǎo)電材料；所述驅(qū)動(dòng)梁上設(shè)置有第一電極，所述第一電極與外部電源連接； 所述第二驅(qū)動(dòng)觸球設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)梁的第二端上靠近所述空載梁的一側(cè)；所述第二驅(qū)動(dòng)觸球被所述空載梁推動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)梁向所述樣品定位裝置移動(dòng)； 所述測(cè)力懸臂梁的第一端設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)梁的第二端上遠(yuǎn)離所述空載梁的一側(cè)；所述測(cè)力懸臂梁的第二端上遠(yuǎn)離所述空載梁的一側(cè)設(shè)置有壓力端；所述壓力端與被測(cè)量材料之間間隔第二設(shè)定距離；所述測(cè)力懸臂梁和所述壓力端上分別涂覆導(dǎo)電材料或所述測(cè)力懸臂梁和所述壓力端為導(dǎo)電材料；所述測(cè)力懸臂梁被所述驅(qū)動(dòng)梁帶動(dòng)向所述樣品定位裝置移動(dòng)，進(jìn)而對(duì)所述樣品定位裝置上的被測(cè)量材料施加壓力；所述第一設(shè)定距離和第二設(shè)定距離用于確定被測(cè)量材料的溫度區(qū)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力端面向被測(cè)量材料的一側(cè)為針形結(jié)構(gòu)或面形結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品定位裝置包括第二絕緣塊和樣品支撐臺(tái)，所述第二絕緣塊設(shè)置在所述支撐裝置上；所述樣品支撐臺(tái)的第一端固定在所述第二絕緣塊上；所述樣品支撐臺(tái)的第二端設(shè)置有用于放置被測(cè)量材料的卡槽；所述第二絕緣塊為絕緣材料；所述樣品支撐臺(tái)為導(dǎo)電材料；所述樣品支撐臺(tái)上設(shè)置有第二電極，所述第二電極與外部電源連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述支撐裝置包括金屬環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬環(huán)為中空結(jié)構(gòu)。
8.—種材料全溫度段多場(chǎng)耦合性能的壓痕方法，其特征在于，驅(qū)動(dòng)裝置、壓痕裝置和樣品定位裝置固定在支撐裝置上，所述壓痕裝置的第二驅(qū)動(dòng)觸球與空載梁之間間隔第一設(shè)定距離，所述壓痕裝置的壓力端和樣品定位裝置上的被測(cè)量材料之間間隔第二設(shè)定距離；所述第一設(shè)定距離和第二設(shè)定距離用于確定被測(cè)量材料的溫度區(qū)間；所述支撐裝置置于透射電鏡內(nèi)，所述方法包括: 所述驅(qū)動(dòng)裝置將利用溫度得到的推動(dòng)力作用到壓痕裝置； 所述壓痕裝置對(duì)樣品定位裝置上的被測(cè)量材料施加壓力； 位于所述壓痕裝置的第一電極和位于所述樣品定位裝置的第二電極分別與外部電源連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置將利用溫度得到的推動(dòng)力作用到壓痕裝置包括: 所述驅(qū)動(dòng)裝置的熱雙金屬片利用溫度產(chǎn)生定向形變；所述熱雙金屬片包括第一金屬片和第二金屬片，所述第一金屬片和第二金屬片接觸；所述第一金屬片和第二金屬片的線膨脹系數(shù)不同；所述第一金屬片和第二金屬片利用溫度產(chǎn)生形變，通過形變得到推動(dòng)力； 所述定向形變產(chǎn)生的推動(dòng)力作用到所述壓痕裝置；所述壓痕裝置包括的三懸梁部件的第一驅(qū)動(dòng)觸球?qū)⑺鰺犭p金屬片產(chǎn)生的推動(dòng)力通過所述三懸梁部件的空載梁傳遞給第二驅(qū)動(dòng)觸球；所述第二驅(qū)動(dòng)觸球帶動(dòng)所述三懸梁部件的驅(qū)動(dòng)梁向所述樣品定位裝置移動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述壓痕裝置對(duì)樣品定位裝置上的被測(cè)量材料施加壓力包括: 所述驅(qū)動(dòng)梁上的測(cè)力懸臂梁被所述驅(qū)動(dòng)梁帶動(dòng)向所述樣品定位裝置移動(dòng)，測(cè)力懸臂梁經(jīng)過第二設(shè)定距離后接觸到所述樣品定位裝置上的被測(cè)量材料，進(jìn)而對(duì)被測(cè)量材料施加壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 當(dāng)所述測(cè)力懸臂梁接觸被測(cè)量材料時(shí)，所述壓痕裝置的驅(qū)動(dòng)梁上的第一電極、樣品定位裝置的樣品支撐臺(tái)上的第二電極和外部電源構(gòu)成測(cè)量電路，對(duì)被測(cè)量材料的電學(xué)性能進(jìn)行測(cè)量。
【文檔編號(hào)】B82Y35/00GK104198663SQ201410475986
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】岳永海, 郭林 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)