[發(fā)明專利]一種高普適性單軸滑桿式應(yīng)變儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510567124.2
• 申請日: 2015-09-08
• 公開（公告）號: CN105115822B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳凱;沈昊;王曉光;張永強
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/20
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61215
• 代理人: 何會俠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高普適性單軸滑桿式應(yīng)變儀,可以適用多尺度樣品，并能夠配合其他多種分析儀器在多環(huán)境(例如不同的氣氛或溫度)下使用，具有極高的普適性。

背景技術(shù)

原子外層電子結(jié)構(gòu)密切關(guān)系材料的物理化學(xué)性能，而原子間距離的改變(施加彈性應(yīng)變)又影響外層電子結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的，材料的物理、化學(xué)性能也隨之改變。因此，通過施加彈性應(yīng)變?yōu)榭煽?、可逆、定量的調(diào)控材料的物理、化學(xué)性能提供了新思路，即所謂的“彈性應(yīng)變工程”。然而，傳統(tǒng)的力學(xué)加載方式主要針對的是宏觀尺度的材料且難于同時測量其他材料的物理、化學(xué)性能，而當(dāng)材料尺寸減小到微納尺度時，傳統(tǒng)的方式難以發(fā)揮作用。為了在多種不同尺度的材料上施加超大彈性應(yīng)變的同時實現(xiàn)對材料多種物理、化學(xué)性能(如光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、催化性能等)的測試，開發(fā)和發(fā)展一套簡單、可靠且可以在多種實驗研究儀器裝置下使用的可實現(xiàn)多場耦合的應(yīng)變產(chǎn)生儀就顯得格外重要。

目前應(yīng)用于微納尺度材料的應(yīng)變產(chǎn)生方式主要有MEMS(Micro-electromechanical Systems)和三/四點彎的方法。MEMS的優(yōu)點在于具有測量精密程度高，單軸性能好的特點，但是其單個成本高，及易損壞且需要借助專用的樣品桿來完成加載，目前主要應(yīng)用在透射電子顯微鏡中。MEMS中現(xiàn)在主要使用的有PTP(Y.Oh,et al.,Micro/nano-mechanical test system employing tensile test holder with push-to-pull transformer,EP2349913)以及H.D.Espinosa研究組設(shè)計的利用靜電驅(qū)動和焦耳熱驅(qū)動分別實現(xiàn)力控制和位移控制的測試系統(tǒng)(Y.Zhu,et al.,An electromechanical material testing system for in situ electron microscopy and applications[J],PNAS,2005)。MEMS一次只能夠針對單一實驗樣品進行實驗，同時制樣方法較為困難，需借用昂貴的聚焦離子束(FIB)，利用機械手和鉑沉積來完成樣品的轉(zhuǎn)移和固定。該過程需要較高的FIB技術(shù)才可以完成，而且整個過程耗時較長，大大增加了整個實驗的成本。此外樣品在FIB和TEM中也容易受到高能電子束和離子束的影響，對實驗結(jié)果可能造成失真。這就需要一個制樣簡單并且易于與其他表征手段連用的測試樣品臺。

三/四點彎的應(yīng)變產(chǎn)生方式的實施是將實驗樣品兩端固定在金屬板上，然后依靠三個或者四個力作用點使金屬板形成彎曲。通過金屬板表面將位移傳遞給實驗樣品的兩個固定點從而實現(xiàn)力的傳遞，實現(xiàn)對實驗樣品的拉伸和壓縮。如P.Yang研究組在“Giant piezoresistance effect in silicon nanowires”文章中就使用了這種方式(R.He,P.Yang,Giant piezoresistance effect in silicon nanowires[J],Nature Nanotechnology,2006)。該方法具有制樣簡單并且易于與其他表征手段連用的特點，但是這種應(yīng)變產(chǎn)生方式不能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)變的連續(xù)可調(diào)和純單軸拉伸。該實用新型相比于這種方式的優(yōu)點就在于可實現(xiàn)單軸拉伸，雙向應(yīng)變，定量控制，加載過程中樣品上下位移小，易于原位實時觀察。

此外,對于宏觀膜狀材料的測試系統(tǒng)大多體積龐大，雖然在力學(xué)性能參數(shù)的測試上確實擁有不可替代的優(yōu)點，但絕大多無法與其他儀器聯(lián)用，無法獲得對材料力學(xué)行為與結(jié)構(gòu)演變的深層次的關(guān)系。相比較，該應(yīng)變儀就可以和多種光譜儀、衍射儀等材料結(jié)構(gòu)、性能的表征設(shè)備聯(lián)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高普適性單軸滑桿式應(yīng)變儀，該應(yīng)變儀具有體積小、制造成本低、實驗成本低、制樣簡單的特點，可以避免高能電子束和離子束影響，能夠觀察視野內(nèi)所有樣品，并能夠均勻單軸向施加應(yīng)變、同時進行拉伸壓縮實驗，適合多場合使用，因此具有高普適性的優(yōu)勢。

為達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：