原子力显微镜配套微型万能力学试验机的制作方法

本发明涉及分析类仪器领域，具体涉及一种原子力显微镜配套微型万能力学试验机。

背景技术：

原子力显微镜已经被广泛用来分析材料的纳米形貌和力学性能。为了研究纳米材料在拉伸压缩过程中的形貌和力学性能变化，并进一步研究纳米材料的微观断裂行为和机理，学术界和工程技术界正在开发一些力学测试装置来与原子力显微镜等仪器配合使用。

现在有一种原子力显微镜配套用薄膜用样品拉伸装置和原子力显微镜配套用薄膜用样品压缩装置，主要是基底设置有内凹槽，左夹具和右夹具一个固定在内凹槽内，一个位于内凹槽的导轨上并通过推进螺杆推动而实现薄膜样品拉伸和压缩功能。但是这两个装置时通过手动推进螺杆，从而无法深入分析样品拉伸和压缩过程中的力学信息。现在有一种原子力显微镜配套用卧式材料拉伸压缩试验机，包括传动机构、伺服电机、电源、框架、左夹具、右夹具等。但是该机器较为庞大，是围绕原子力显微镜而设计，无法放置在原子力显微镜台面上，更无法放置到光学显微镜、红外光谱仪、扫描电子显微镜等仪器的台面上进行工作。因而，有必要设计一种微型的原子力显微镜配套微型万能力学试验机。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种原子力显微镜配套微型万能力学试验机。

一种原子力显微镜配套微型万能力学试验机，其特征在于：包括基架、左夹具、右夹具、力传感器、移动横梁、丝杠、电子控制与记录系统、l型紧固块。基架由中空基板和中空基座组成，通过螺栓和l型紧固块固定在原子力显微镜工作台上，中空基座前后横梁左侧有横向通槽，中空基座前后横梁内侧有支撑板，中空基座前横梁上有刻度。

进一步地，左夹具由盖板和台阶型底板组成，两端位于在基座凹槽内支撑板上，并通过螺栓固定在基座凹槽内。

进一步地，右夹具由盖板和台阶型底板组成，固定在力传感器上，力传感器固定在可移动横梁上。

进一步地，电子控制与记录系统由电源、伺服电机、被动轮、减速器、圆弧同步齿带、力学传感器模数转换器。

进一步地，丝杠从左到右依次通过转动轴连接中空基座左横梁，穿过左夹具台阶型底板的通孔，传动连接可移动横梁的两端，通过中空基座右横梁，右端通过转动轴连接电子控制与记录系统。

进一步地，丝杠右端转动轴与从动轮连接，从动轮通过圆弧同步痴呆与减速器传动连接，减速器与伺服电机传动连接。

进一步地，力学传感器模数转换器与力学传感器相连接。

本发明制备成能与原子力显微镜配套使用的微型万能力学试验机，结构简单，使用方便，解决了万能力学试验机太大不能与原子力显微镜等仪器配合使用的问题，能满足广大普通原子力显微镜用户需求，且能够用于光学显微镜、红外光谱仪、扫描电子显微镜等仪器的台面上与这些仪器配合进行工作。通过本发明也可以测量样品的宏观力学性能，从而可以分析样品的微观断裂力学行为，并且使用效果良好。

附图说明

附图1是本发明的立体结构示意图。

附图2是本发明的正视图。

附图3是本发明中左夹具和右夹具的立体结构示意图。

附图4是本发明中电子控制与记录系统内的结构示意图。

1-基架、11-中空基板、12-中空基座、13-横向通槽、14-支撑板、15-刻度。

2-左夹具、21-台阶型底板、22-盖板、23-螺栓、24-螺栓、25-圆形通孔。

3-右夹具、31-台阶型底板、32-盖板。

4-力传感器

5-移动横梁

6-丝杠

7-电子控制与记录系统、71-电源、72-伺服电机、73-被动轮、74-减速器、75-圆弧同步齿带、76-力学传感器模数转换器

8-l型紧固块

9-原子力显微镜工作台

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图说明如下：

一种原子力显微镜配套微型万能力学试验机，包括基架(1)、左夹具(2)、右夹具(3)、力传感器(4)、移动横梁(5)、丝杠(6)、电子控制与记录系统(7)、l型紧固块(8)。基架由中空基板(11)和中空基座(12)组成，通过螺栓和l型紧固块(8)固定在原子力显微镜工作台(9)上，中空基座(12)前后横梁左侧有横向通槽(13)，中空基座前后横梁内侧有支撑板(14)，中空基座前横梁上有刻度(15)。

左夹具(2)由盖板(22)和台阶型底板(21)组成，两端位于在基座凹槽内支撑板(14)上，并通过螺栓固定在基座凹槽内。

右夹具(3)由盖板(32)和台阶型底板(31)组成，固定在力传感器(4)上，力传感器固定在可移动横梁(5)上。

电子控制与记录系统(7)由电源(71)、伺服电机(72)、被动轮(73)、减速器(74)、圆弧同步齿带(75)、力学传感器模数转换器(76)组成。

丝杠(6)从左到右依次通过转动轴连接中空基座左横梁，穿过左夹具台阶型底板的通孔(25)，传动连接可移动横梁(5)的两端，通过中空基座右横梁，右端通过转动轴连接电子控制与记录系统(7)。

丝杠右端转动轴与从动轮连接，从动轮通过圆弧同步齿带(75)与减速器(74)传动连接，减速器与伺服电机(72)传动连接。

力学传感器模数转换器(76)与力学传感器(4)相连接。

本发明的工作原理如下：通过螺栓和l型紧固块将原子力显微镜配套微型万能力学试验机固定在原子力显微镜工作台上，调节左夹具位置直到其位于原子力显微镜探针左端，通过螺栓将左夹具固定在中空基座内；利用左夹具和右夹具夹住被测样品的样品，并拧紧夹具上的螺栓从而使夹具紧紧夹住样品；利用电脑软件控制伺服电机驱动减速器，利用圆弧同步齿带带动丝杠运动，从而带动可移动横梁作用移动，从而拉伸或者压缩被测样品，利用电脑软件分析力学传感器模数转换器内的信息，分析被测样品的宏观力学性能；或者拉伸或者压缩样品到一定距离后停止，再采用原子力显微镜观察样品表面的纳米形貌和力学性能信息，从而分析被测样品的微观断裂力学行为。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例做了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：

技术总结
一种原子力显微镜配套微型万能力学试验机，包括基架、左夹具、右夹具、力传感器、移动横梁、丝杠、电子控制与记录系统、L型紧固块。基架通过螺栓固定在原子力显微镜工作台上；左夹具由盖板和台阶型底板组成，固定在基座凹槽内；右夹具由盖板和台阶型底板组成，固定在力传感器上，力传感器固定在可移动横梁上；丝杠从左到右依次连接中空基座左横梁，穿过左夹具台阶型底板的通孔，传动连接可移动横梁的两端，通过中空基座右横梁，右端连接电子控制与记录系统。本发明结构简单，可以整体放置在原子力显微镜样品工作台上与原子力显微镜配套使用，也可以与光学显微镜、红外光谱仪、扫描电子显微镜等设备联合使用。

技术研发人员：钟建
受保护的技术使用者：上海海洋大学
技术研发日：2017.09.13
技术公布日：2018.03.06