本发明涉及材料测试技术领域，尤其涉及一种与扫描电镜、原子力显微镜、光学显微镜等设备配套使用的柔性基底薄膜剪切载荷的力学性能原位测试辅助装置。
背景技术：
目前，纳米复合材料、薄膜材料具有良好的机械性能好、耐磨损、耐高温等优点，已在各个领域得到了广泛应用，比如表面涂层、光学薄膜、low-e薄膜、磁存储介质、微机电系统（mems）等等。如果薄膜器件在使用过程中发生脱层、开裂、鼓包等，表明器件出现了结构失效和功能损失，这在实际应用中是需要避免的。所以对薄膜力学性能的研究和抗疲劳能力的测试就显得非常重要。但由于微纳尺度材料的力学性能与宏观材料差异较大，用于分析材料的屈服强度、断裂强度、弹性模量等材料力学参数传统宏观的拉伸试验机，已不能满足微纳尺度材料尤其是薄膜材料的研究需求。而且，用传统的拉伸试验无法对薄膜材料的微观结构进行实时观察，只能运用显微技术对材料断面进行观察研究。研究薄膜材料在外力加载状态下的微观形貌变化及损伤状况对理解材料的断裂、脱层等力学行为有着重要的意义。因而，实现薄膜材料在载荷状态下的原位监测，就显得非常迫切和重要。
目前，国内外很多研究都集中在薄膜原位拉伸/压缩装置的研制。如：cn102346117公开的一种扫描电镜下微弧度级精度原位扭转材料力学性能测试装置，电机通过蜗轮蜗杆传动带动主动牙钳微转，从动牙钳装有扭矩传感器测试扭转变形引起应力应变数据。cn102359912公开了一种基于准静态加载的扫描电镜下原位拉伸/压缩材料力学测试平台，双电机驱动，实现拉伸与压缩加载后材料的微观观测。现有技术研究薄膜在拉伸状态下的形貌演化及微裂纹的产生和传播，借此推算薄膜的屈服强度、断裂强度等力学参数，并估算薄膜的抗疲劳能力和使用寿命。在压缩载荷方面，主要研究柔性衬底上弹性薄膜在单轴载荷下的褶皱或屈曲形成问题，并借此测算薄膜的弹性模量、内应力和结合能等力学参数。如cn102384875公开的显微镜下拉压弯复合载荷模式材料力学性能测试装置，通过驱动弯头侧向进给使得试件发生弯曲变形。
然而，现有的原位测试仪存在的问题有：（1）模拟工况过于简单，不能模拟如剪切载荷引起错位的复杂变形，无法检测薄膜试件在剪切形变下的膜基结合能力、形貌变化以及失效参数等；（2）原位测试仪与原子力显微镜数据相互独立，很难复现薄膜材料受载荷变形乃至失效的整个动态过程，没有实现真正意义上的原位观测；（3）机构复杂，如cn102384875，显微镜观测角度不好，试件变形过程观测不便等。
技术实现要素：
针对以上问题，本发明的发明目的在于提供一种可原位测量试件剪切载荷下复杂变形的柔性薄膜材料剪切载荷力学性能原位测试仪。
为达上述目的，本发明采用的方案为：一种柔性基底薄膜剪切载荷的力学性能原位测试辅助装置，其特征在于，包括有框架结构的机架、安装在机架上的加载机构和精密测量单元；加载机构包括反方向设置的两套丝杆传动组件，每套丝杆传动组件均包括精密伺服直流电机、丝杆、滑块、压片、联轴器、轴承，精密伺服直流电机安装在机架上，精密伺服直流电机驱动丝杆转动，丝杆通过轴承装配在机架上，丝杆与滑块配合传动；滑块上连接有压片，压片将薄膜试件侧边压紧在滑块上；精密伺服直流电机驱动两滑块朝反方向移动给试件加载剪切载荷；精密检测单元包括有光电编码器、位移传感器、采集卡及pc机，光电编码器与精密直流伺服电机同轴相连，位移传感器安装在框架和滑块底部采集滑块位移量；光电编码器、位移传感器经过采集卡采集数据传输给pc机处理，pc机与显微镜主机通讯。
较佳地，所述位移传感器为光栅尺，光栅尺读数头安装在丝杆外侧的框架侧壁，主尺安装在滑块底部采集滑块位移量。
较佳地，所述压片与薄膜试件接触表面滚有花纹。
较佳地，所述框架设有可安装至电子显微镜腔体内的螺纹孔。
较佳地，所述精密伺服直流电机配备有减速器。
本发明通过两套相反运动的丝杆传动组件，给薄膜试件加载剪切力，原子力显微镜直接观测剪切力下薄膜的微观结构变化，从而得到样品的宏观力学性能。本发明可复现薄膜材料受剪切载荷的工况，原位测量整个过程中的形变学、变形机制和力学性能，是研究新型薄膜材料在此工况下的弹性模量、内应力和膜基结合能、失效参数的有力试验工具。
附图说明
图1为本发明实施例夹持薄膜试件的三维示意图；
图2为本发明实施例中精密检测单元原理图。
图中标记说明：
1-机架。
2-加载机构，21-精密伺服直流电机，22-丝杆，23-滑块，24-压片，25-联轴器、26-轴承。
3-精密测量单元，31-光电编码器，32-采集卡，33-光栅尺，34-显微镜主机，35-pc机，36驱动器。
4-薄膜试件。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步说明，参见图1至图2。
按本发明实施的柔性基底薄膜剪切载荷的力学性能原位测试辅助装置，主要由三个部分组分，分别为支承整个机构的机架1，安装在机架上的加载机构2和精密测量单元3。
加载机构2包括两套丝杆传动组件，丝杆传动组件将电机的旋转运动转化为直线运动，两套组件运动方向相反设置。每套丝杆传动组件均包括精密伺服直流电机21、丝杆22、滑块23、压片24、联轴器25、轴承26，精密伺服直流电机21安装在机架1上，为了达到微细移动，电机配备有减速器，其输出轴再通过联轴器25与丝杆22头端连接。丝杆22通过轴承26装配在机架1上，丝杆22上与滑块23配合传动。滑块23上连接有压片24，压片24将薄膜试件4侧边压紧在滑块23上，为夹的牢靠，在与薄膜试件4接触的压片表面上滚有花纹。而且为配合观测，机架1对角设有可安装至电子显微镜腔体内的螺纹孔。测试时，精密伺服直流电机驱动两滑块朝反方向移动给试件加载剪切载荷。
精密检测单元3包括有光电编码器31、采集卡32、光栅尺33、驱动器36及pc机35，光电编码器31与加载机构2的精密直流伺服电机21同轴相连，光栅尺33读数头安装在机架1上，光栅尺33主尺安装在滑块23底部采集滑块位移量。pc机35通过驱动器36驱动精密直流伺服电机21，光电编码器31可针对精密直流伺服电机21的脉冲或方向控制提供速率和转速的反馈信号，达到精密闭环控制，光栅尺33对滑块23的位移量进行检测，由于其为刚性，换算成薄膜的位移量。光电编码器31、光栅尺33经过采集卡32采集数据传输给pc机35分析计算，pc机35与显微镜主机34通讯，从而实现了原位测试辅助装置与原子力显微镜数据同步，记录薄膜材料受载荷变形乃至失效的整个动态过程，实现真正意义上的原位观测。因而可定量研究材料的宏观力学行为和微观机制的关系。本发明可复现薄膜材料受剪切载荷的工况，原位测量整个过程中的形变学、变形机制和力学性能，是研究新型薄膜材料在此工况下的弹性模量、内应力和结合能有力试验工具。