电子显微镜用材料力、热、电场耦合的原位拉伸台的制作方法_2

文档序号:10079035阅读:来源:国知局
的中部;驱动组件处于“U”形框的开口侧,驱动组件包括:温变驱动片;温变驱动片平行于支撑梁,其一端固定连接于金属环的上表面,另一端插入异形臂围成的空间内,且与异形臂的驱动端之间预设狭缝。
[0025]上述电子显微镜用材料力、热、电场耦合性能的原位拉伸台的使用方法,包括:按照上述电子显微镜用材料力、热、电场耦合性能的原位拉伸台来拼装原位拉伸台;根据样品测试的温度,调整温变驱动片在金属环的安装方式,及温变驱动片与异形臂的驱动端之间的狭缝;将装载有样品的原位拉伸台置于透射电镜原位加热台,将第一电极连接外接电极;加热,温变驱动片施加驱动力,借助异形臂和支撑臂的传力,拉伸样品。
[0026]该拉伸台尺寸跟现有透射电镜微栅尺寸相同,可以方便的安装在透射电镜加热样品杆中,可以实现x、Y轴两个方向的自由倾转,因此可以在原子尺度获得材料的结构演变信息,更为重要的是,可以根据需要研究材料在特定温度区间内的力、热、电等综合性能。该电子显微镜用材料力、热、电场耦合性能的原位拉伸台的结构包括金属环,智能力、热、电拉伸器(简称拉伸器),用来作为力学驱动原件的温变驱动片(比如热双金属片)。根据研究的需要,调整热双金属片驱动端与拉伸器上Ν型推动器之间的距离,当温度升高到特定温度是,热双金属片驱动端接触拉伸器,从而开始对样品的拉伸,利用透射电镜成像系统,从原子尺度实现材料特定温度段下的力、热、电性能研究,同时该原位拉伸台还可以实现材料低于室温的力、热、电性能的结构演变信息研究。利用本实用新型可以原位研究材料的力、热、电多场耦合下的结构演变行为,从原子尺度研究材料的多场耦合性能,尤其是研究材料在预定温度下力场、热场、电场多场耦合作用的综合性能。而且设计的电子显微镜用材料力、热、电场耦合性能的原位拉伸台结构简单,易于加工制作,极大的节约了制备成本,很好的拓展了电子显微镜的功能。
[0027]接下来,通过一些实施例来详细描述该电子显微镜用材料力、热、电场耦合性能的原位拉伸台及使用方法,如图1,2所示:
[0028]实施例1:
[0029]电子显微镜用材料力、热、电场耦合性能的原位拉伸台,拉伸台包括支持部分,力、热、电拉伸器,驱动部分;支持部分为金属环1 ;力、热、电拉伸器2(以下简称拉伸器)是经精密蚀刻技术制备的具有特殊结构的载片;驱动部分为拉伸器提供驱动力,驱动力来自温变驱动片根据温度变化产生变形的变形力。在本实施例中采用热双金属片3。金属环1中间有通孔16以保证电子束可以顺利通过金属环1。拉伸器2的主体为一个U形框4,需要说明的是,该“U”型框的结构涵盖了各种变形结构,比如弧状框结构,半方框结构,只要方便支撑梁、测力悬臂梁方便安装即可。U形框4上依次包括支撑梁6和测力悬臂梁9。“U”形框的两个分支分别固定于金属环的上表面,支撑梁6可以是一条也可以是多条梁,支撑梁6和测力悬臂梁9平行排列,且各自的两端分别固定连接于“U”形框的两个分支上。整个拉伸器包括“U”型框,悬臂梁、支撑梁、以及异形臂(具备驱动功能),拉伸器是一次成型制备,考虑到简化制备流程的话在其上表面全部涂敷绝缘层。
[0030]支撑梁6的中间位置制备为载物台17 ;测力悬臂梁9中间位置制备为载物台1110,在载物台17和载物台1110上分别制备了两个电极1(即第一电极)11,两个电极111经过分布于其中一条支撑梁6和测力悬臂梁9上的导线12连接到拉伸器2的U型外框4上的电极II (即第二电极)13上。样品14的两端分别固定在位于载物台17和载物台1110上的两个电极111上。异形臂(类似N型)的两端分别为驱动端、连接端,驱动端平行于支撑梁,悬空状态,连接端垂直于支撑梁,且连接端连接于支撑梁的中部(该中部即载物台17)。
[0031]驱动部分,即驱动组件,处于“U”形框的开口侧,驱动组件包括:温变驱动片。温变驱动片平行于支撑梁,其一端固定连接于金属环的上表面,另一端插入异形臂围成的空间内,且与异形臂的驱动端之间预设狭缝。另一端在温度变化的情况下能发生位移变化,且向异形臂的驱动端方向移动。
[0032]使用时,将拉伸器2固定在金属环1上,热双金属片3的一端固定在金属环1上并与拉伸器2并行排列,另一端为驱动端,置于拉伸器2上的异形臂5内部并与异形臂5的驱动端8预置狭缝15,狭缝15的尺寸取决于所要研究的特定温度。将该原位拉伸台置于透射电镜原位加热台中,并将电极Π11与样品杆上的外接电极相连,将样品杆放入透射电镜中,将所要研究的样品倾转到特定的低指数正带轴下,通过外部控温元件改变温度。在到达制定温度前,热双金属片3的驱动端发生朝向异形臂5驱动端8的弯曲运动。在到达预定温度后,热双金属片3的驱动端恰好与驱动端8内壁接触。随着温度的进一步升高,异形臂5带动支撑梁6和载物台17发生远离测力悬臂梁9和载物台1110的运动,从而实现对样品14的拉伸变形操作。
[0033]通过透射电镜的成像系统原位记录拉伸变形过程中的结构演变信息,同时通过外部电学测量仪器记录材料在变形过程中的电学性能的演变信息,结合材料的结构演变信息,综合给出材料在此预定温度区间内的力学、热学、电学的综合性能研究。
[0034]上述的金属环可以选自铜环、铂环、钯环、钼环或金环,主要起到支撑、固定的作用。
[0035]在本实施例中,温变驱动片采用热双金属片,热双金属片由第一金属片和第二金属片相互贴合而成,第一金属片的热膨胀系数大于第二金属片的热膨胀系数。
[0036]具体的应用为:当研究样品高于室温的性能时,第二金属片与异形臂的驱动端的距离大于第一金属片与异形臂的驱动端的距离。高于室温以上所有温度范围,这个拉伸台的主要作用可以实现以下几个,如果要研究材料近室温的性能,只需将热双金属片与驱动端之间的狭缝变为零就可以了,这样温度比室温稍高一点就可以驱动热双金属片带动驱动端运动,样品受到拉伸作用力;如果要研究材料某个温度以上的性能,则需调整狭缝的宽度,举个例子,如果需要研究材料200°C以上的性能,根据热双金属片的尺寸,计算出热双金属片在200°C时端头偏转的距离,将这个距离设置成热双金属片和驱动端之间狭缝的距离,这样在温度低于200°C时,虽然热双金属片发生了弯曲变形,但是由于还没有跟驱动端接触,因此不能带动驱动端运动,因此不能拉伸样品,只有200°C以上时,样品才被拉伸变形。
[0037]具体的应用为:当研究样品低于室温的性能时,第一金属片与异形臂的驱动端的距离大于第二金属片与异形臂的驱动端的距离。低于室温的区域也是指比室温温度低的所有范围,一样也可以这样来实现。
[0038]上述的拉伸器为硅质拉伸器、铜质拉伸器、铂质拉伸器、钯质拉伸器、钼质拉伸器或金质拉伸器等。(异形臂和拉伸器为一体成型制备的,当温度近室温时可以采用Si材料,当研究高于室温的和低于室温的特性时采用金属材料)
[0039]为了提高绝缘效果,在拉伸器的上表面涂覆绝缘层。需要说明的是,支撑梁和测力悬臂梁的长度可以相同,也可以不同,但是,为了促使样品沿垂直于支撑梁的方向拉伸,因此,支撑梁支撑梁的中垂线和测力悬臂梁的中垂线重合,也就是说二者的中心点连线垂直于支撑梁。
[0040]另外,支撑梁的条数可以为一条以上,当多条时,相互并行排列,其中
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