電子顯微鏡用材料力、熱、電場耦合的原位拉伸臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及材料拉伸性能研究技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及電子顯微鏡用原位拉伸臺，尤其電子顯微鏡用材料力、熱、電場耦合性能的原位拉伸臺。
【背景技術(shù)】
[0002]材料的性能取決于其微觀結(jié)構(gòu)，在真實(shí)服役狀態(tài)下，諸如力場、熱場、電場等多場耦合條件下，材料能否使器件保持穩(wěn)定、可靠的性能是最值得工業(yè)界和科學(xué)界關(guān)注的前沿問題。然而，由于微觀結(jié)構(gòu)的表征需要電子顯微鏡等具有高分辨率的儀器來實(shí)現(xiàn)，如果想在獲得其結(jié)構(gòu)變化信息的同時(shí)研究其在多場耦合下的性能就需要在電子顯微鏡中同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)外場的施加，這不僅對傳統(tǒng)材料性能研究非常有幫助，同時(shí)對目前國家亟需解決的具有重大戰(zhàn)略意義領(lǐng)域的材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)也將會起到巨大的推動作用。然而，由于電子顯微鏡尤其是透射電子顯微鏡狹窄的樣品室空間的限制，在其中施加外場變得尤為困難。在擴(kuò)展透射電鏡功能方面很多公司和實(shí)驗(yàn)室在這方面做了很多的工作。例如，Gatan公司生產(chǎn)的652型加熱樣品桿可以研究材料在不同溫度下的結(jié)構(gòu)變化；原Nanofactory公司生產(chǎn)的電學(xué)性能樣品桿，可以實(shí)現(xiàn)材料的電學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)研究；有很多實(shí)驗(yàn)室也在這方面做了很多的研究；例如白雪冬研究員自制了透射電鏡樣品桿可以實(shí)現(xiàn)原位研究材料的光學(xué)性能。然而，到目前為止，還沒有一種成熟的方法可以實(shí)現(xiàn)材料在力場、熱場、電場共同作用下材料微觀結(jié)構(gòu)的演變信息，尤其是某一特定溫度段下力、熱、電多場耦合性能。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種電子顯微鏡用材料力、熱、電場耦合性能的原位拉伸臺，以解決樣品力、熱、電場的耦合下的綜合性能問題。
[0004]本實(shí)用新型一個(gè)方面提供了一種電子顯微鏡用材料力、熱、電場耦合性能的原位拉伸臺，包括:金屬環(huán)、拉伸器及驅(qū)動組件；其中，
[0005]所述金屬環(huán)的中心開有通孔；
[0006]所述拉伸器包括:“U”形框、支撐梁、測力懸臂梁和異形臂；所述拉伸器橫跨所述通孔，且“U”形框的兩個(gè)分支分別固定于所述金屬環(huán)，優(yōu)選為所述金屬環(huán)的上表面；所述支撐梁和所述測力懸臂梁并行排列，且各自的兩端分別固定連接于所述“U”形框的兩個(gè)分支上；所述支撐梁、所述測力懸臂梁的中部分別設(shè)置一個(gè)第一電極，兩個(gè)第一電極之間的空間為樣品放置腔，兩個(gè)第一電極各自連接一個(gè)第二電極，兩個(gè)第二電極設(shè)置于“U”形框；所述異形臂的兩端分別為驅(qū)動端、連接端，所述驅(qū)動端平行于所述支撐梁，所述連接端垂直于所述支撐梁，且連接于所述支撐梁的中部；
[0007]所述驅(qū)動組件處于所述“U”形框的開口側(cè)，所述驅(qū)動組件包括:溫變驅(qū)動片；所述溫變驅(qū)動片平行于所述支撐梁，其一端固定連接于所述金屬環(huán)的上表面，另一端插入所述異形臂圍成的空間內(nèi)，且與所述異形臂的驅(qū)動端之間預(yù)設(shè)狹縫。
[0008]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述金屬環(huán)為銅環(huán)、鉑環(huán)、鈀環(huán)、鉬環(huán)或金環(huán)。
[0009]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述拉伸器為硅質(zhì)拉伸器、銅質(zhì)拉伸器、鉑質(zhì)拉伸器、鈀質(zhì)拉伸器、鉬質(zhì)拉伸器或金質(zhì)拉伸器等。
[0010]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述拉伸器的上表面涂覆絕緣層。
[0011]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述支撐梁的中垂線和所述測力懸臂梁的中垂線重合。
[0012]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述支撐梁的中部設(shè)置第一載物臺，以放置第一電極及樣品；所述測力懸臂梁的中部設(shè)置第二載物臺，以放置第一電極及樣品。
[0013]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述支撐梁的個(gè)數(shù)為一條以上；當(dāng)為多條時(shí)，多個(gè)所述支撐梁并行排列，其中的一條與所述異形臂的連接端連接。
[0014]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述溫變驅(qū)動片為熱雙金屬片，所述熱雙金屬片由第一金屬片和第二金屬片相互貼合而成，所述第一金屬片的熱膨脹系數(shù)大于所述第二金屬片的熱膨脹系數(shù)。
[0015]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，當(dāng)研究樣品高于室溫的性能時(shí)，所述第二金屬片與所述異形臂的驅(qū)動端的距離大于所述第一金屬片與所述異形臂的驅(qū)動端的距離。
[0016]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，當(dāng)研究樣品低于室溫的性能時(shí)，所述第一金屬片與所述異形臂的驅(qū)動端的距離大于所述第二金屬片與所述異形臂的驅(qū)動端的距離。
[0017]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述溫變驅(qū)動片為形狀記憶合金片或壓電陶瓷片。
[0018]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電子顯微鏡用材料力、熱、電場耦合性能的原位拉伸臺，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該拉伸臺尺寸跟現(xiàn)有透射電鏡微柵尺寸相同，可以方便的安裝在透射電鏡加熱樣品桿中，可以實(shí)現(xiàn)X、Y軸兩個(gè)方向的自由傾轉(zhuǎn)，因此可以在原子尺度獲得材料的結(jié)構(gòu)演變信息，更為重要的是，可以根據(jù)需要研究材料在特定溫度區(qū)間內(nèi)的力、熱、電等綜合性能。該電子顯微鏡用材料力、熱、電場耦合性能的原位拉伸臺的結(jié)構(gòu)包括金屬環(huán)，智能力、熱、電拉伸器(簡稱拉伸器)，用來作為力學(xué)驅(qū)動原件的溫變驅(qū)動片(比如熱雙金屬片)。根據(jù)研究的需要，調(diào)整熱雙金屬片驅(qū)動端與拉伸器上N型推動器之間的距離，當(dāng)溫度升高到特定溫度時(shí)，熱雙金屬片驅(qū)動端接觸拉伸器，從而開始對樣品的拉伸，利用透射電鏡成像系統(tǒng)，從原子尺度實(shí)現(xiàn)材料特定溫度段下的力、熱、電性能研究，同時(shí)該原位拉伸臺還可以實(shí)現(xiàn)材料低于室溫的力、熱、電性能的結(jié)構(gòu)演變信息研究。利用本實(shí)用新型可以原位研究材料的力、熱、電多場耦合下的結(jié)構(gòu)演變行為，從原子尺度研究材料的多場耦合性能，尤其是研究材料在預(yù)定溫度下力場、熱場、電場多場耦合作用的綜合性能。而且設(shè)計(jì)的電子顯微鏡用材料力、熱、電場耦合性能的原位拉伸臺結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制作，極大的節(jié)約了制備成本，很好的拓展了電子顯微鏡的功能。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中原位拉伸臺的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中原位拉伸臺拉伸中的變化示意圖。
[0021]注:1金屬環(huán)；2拉伸器；3熱雙金屬片；4 “U”型框；5異形臂；6支撐梁；7支撐梁的載物臺；8異形臂的驅(qū)動端；9測力懸臂梁；10測力懸臂梁的載物臺；11第一電極；12導(dǎo)線；13第二電極；14樣品；15狹縫。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面通過具體的實(shí)施例結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0023]考慮到現(xiàn)有材料在多場耦合條件下的微觀結(jié)構(gòu)變化性能不成熟的問題，本實(shí)用新型提供了一種電子顯微鏡用材料力、熱、電場耦合性能的原位拉伸臺。
[0024]該一種電子顯微鏡用材料力、熱、電場耦合性能的原位拉伸臺，包括:金屬環(huán)、拉伸器及驅(qū)動組件；其中，金屬環(huán)的中心開有通孔；拉伸器包括:“U”形框、支撐梁、測力懸臂梁和異形臂；拉伸器橫跨通孔，且“U”形框的兩個(gè)分支分別固定于金屬環(huán)，優(yōu)選為金屬環(huán)的上表面；拉伸器上表面涂敷絕緣層；支撐梁和測力懸臂梁并行排列，且各自的兩端分別固定連接于“U”形框的兩個(gè)分支上；支撐梁、測力懸臂梁的中部分別設(shè)置一個(gè)第一電極，兩個(gè)第一電極之間的空間為樣品放置腔，兩個(gè)第一電極各自連接一個(gè)第二電極，兩個(gè)第二電極設(shè)置于“U”形框；異形臂的兩端分別為驅(qū)動端、連接端，驅(qū)動端平行于支撐梁，連接端垂直于支撐梁，且連接于支撐梁