一种微小材料拉伸方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微小材料拉伸装置，本发明专利技术的所述装置包括：材料承载单元，用于承载并固定微小材料；驱动单元，用于固定所述材料承载单元，并利用温度对所述材料承载单元施加拉力；支撑单元，用于固定所述驱动单元；所述材料承载单元设置在所述驱动单元上；所述驱动单元设置在所述支撑单元上。本发明专利技术还同时公开了一种微小材料拉伸方法和一种力学性能检测系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料性能测试
，尤其涉及一种微小材料拉伸方法、装置及系统。
技术介绍
近年来，由于半导体线宽的限制，人们将未来半导体业界的新一代技术革命的希望寄托在了尺寸在100纳米以下的纳米材料上，包括以一维纳米线、纳米管、纳米棒；二维纳米薄膜、纳米环；三维纳米(中空)球等各式材料。由于纳米材料的尺寸极其微小，在以他们为基本单元的纳米器件中，这些微小的材料不可避免的会受到外界环境及各种外场的影响，包括力场、热场、磁场和电场等等。因此，针对此类微小个体的各种性能的测试就显得尤为重要，因为这将决定器件的可靠性和稳定性。在纳米材料诸多优异性能中，力学性能一直是人们关注的焦点，随着尺寸的减小，纳米材料表现出了与其宏观材料迥异的力学性能，针对材料微观力学性能的研究也越来越多，但是由于技术上的限制，世界上只有几个课题组在做相关的研究工作。目前，针对纳米材料力学性能的研究，人们已经陆续开发了多种纳米材料力学性能测试技术。各大电子显微镜辅助器材生产厂家针对纳米材料的力学性能的研究生产了若干种产品。例如美国Hysitron公司生产的PI-95型纳米压痕仪是针对透射电子显微镜而推出的一款纳米力学测试系统，可以实现纳米材料的压缩和拉伸变形操作。单志伟教授领用该系统验证了镍(Ni)单晶样品变形过程中的位错饥饿机制，随后在金属弹塑性变形机制的研究上做了大量的工作。美国Nanofactory公司生产的TEM-STM样品杆也可以实现在透射电镜中压痕试验，这些产品都对纳米材料力学性能的研究起到推动作用，Jianyu Huang领导
的课题组利用该实验装置在金纳米线的变形机制上做了大量的研究工作。然而，以上几种系统的价格极其昂贵，并且无法方便的获得原子尺度形变信息，因此，对于其自身的应用推广受到了很大的限制。此外，由于制备方法的限制，有些材料不能制备出大范围的结构均一的样品，例如无缺陷一维纳米材料，无缺陷二维纳米薄膜等材料。当此类材料的尺寸较小时，如长度小于2微米的纳米线、纳米管、纳米棒，长度在上述范围内且厚度在几纳米甚至是几十埃米或是单原子层的纳米薄膜等等时，由于缺乏对此类材料进行力学性能研究的方法，对于其力学行为的理解较少，大大限制了此类材料的制备及应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例期望提供一种微小材料拉伸方法、装置及系统，至少能解决现有纳米材料力学性能测试方法无法获得纳米材料原子尺度的形变信息等技术问题。本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：本专利技术实施例提供了一种微小材料拉伸装置，所述装置包括：材料承载单元，用于承载并固定微小材料；驱动单元，用于固定所述材料承载单元，并利用温度对所述材料承载单元施加拉力；支撑单元，用于固定所述驱动单元；所述材料承载单元设置在所述驱动单元上；所述驱动单元设置在所述支撑单元上。上述方案中，所述材料承载单元包括承载膜，所述承载膜上具有设定形状和设定尺寸的孔。上述方案中，所述驱动单元包括第一驱动子单元和/或第二驱动子单元；所述第一驱动子单元的第一端固定在所述支撑单元的内侧；所述第一驱动子单元的第二端在所述支撑单元的内侧悬空；所述第二驱动子单元的第一端固定在所述支撑单元的内侧；所述第二驱动子单元的第二端在所述支撑单元的内侧悬空。上述方案中，所述驱动单元还包括固定单元，所述固定单元的第一端固定在所述支撑单元的内侧；所述固定单元的第二端在所述支撑单元的内侧悬空。上述方案中，所述第一驱动子单元包括第一热双金属片；所述第一热双金属片包括第一金属片和第二金属片，所述第一金属片和第二金属片接触；所述第一金属片和第二金属片的线膨胀系数不同；所述第一金属片和第二金属片利用温度产生形变，通过所述形变产生远离所述第二驱动子单元或固定单元的第一拉力。上述方案中，所述第二驱动子单元包括第二热双金属片；所述第二热双金属片包括第三金属片和第四金属片，所述第三金属片和第四金属片接触；所述第三金属片和第四金属片的线膨胀系数不同；所述第三金属片和第四金属片利用温度产生形变，通过所述形变产生远离所述第一驱动子单元或固定单元的第二拉力。本专利技术实施例还提供了一种微小材料拉伸方法，所述方法包括：将微小材料固定在材料承载单元上；驱动单元利用温度对所述材料承载单元施加拉力，进而使得所述材料承载单元对微小材料进行拉伸。上述方案中，所述驱动单元利用温度对所述材料承载单元施加拉力包括：从所述驱动单元的第一驱动子单元、第二驱动子单元和固定单元中选择任意两个单元作为拉力组合；将所述材料承载单元设置在所述拉力组合之间；所述拉力组合利用温度对所述材料承载单元施加拉力。本专利技术实施例还提供了一种力学性能检测系统，所述系统包括上述任一所述的微小材料拉伸装置。本实施例的微小材料拉伸装置通过材料承载单元对微小材料进行承载并固定；驱动单元利用温度产生精确形变，对材料承载单元施加拉力，进而实现对微小材料的原子尺度的拉伸形变。附图说明图1为实施例1的微小材料拉伸装置的组成结构图；图2为实施例1的驱动单元的结构示意图；图3为实施例2的微小材料拉伸方法的流程图；图4为实施例2的驱动单元102利用温度对所述材料承载单元101施加拉力的流程图；图5为实施例4的对微小纳米线和承载膜1011的操作示意图；图6为实施例4的对微小纳米薄膜和承载膜1011的操作示意图。为了能明确实现本专利技术的实施例的结构，在图中标注了特定的尺寸、结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本专利技术限定在该特定尺寸、结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。具体实施方式在以下的描述中，将描述本专利技术的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本专利技术的一些或者全部结构或者流程来实施本专利技术。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本专利技术。在其他情况下，为了不混淆本专利技术，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。实施例1为了解决现有纳米材料力学性能测试方法无法获得纳米材料原子尺度的形变信息等技术问题，本实施例提供了一种微小材料拉伸装置，如图1所示，本装置包括：材料承载单元101，用于承载并固定微小材料；本实施例所述的微小材料是指长度和宽度分别在几十纳米到几微米范围，厚度在几十埃到十几纳米范围的材料。材料承载单元101用于承载微小材料，由于材料承载单元101在微小材料的拉伸过程中要受力进而对微小材料进行拉伸，所以还需要对微小材料进
行固定，否则无法实现对微小材料的拉伸操作。驱动单元102，用于固定所述材料承载单元101，并利用温度对所述材料承载单元101施加拉力；材料承载单元101固定在驱动单元102上，驱动单元102属于热敏部件，能够根据温度的变化产生不同形变，进而对材料承载单元101施加不同的拉力。由于驱动单元是利用温度产生形变的，而温度的值很容易控制，因此，通过控制温度就能够控制驱动单元的精确形变，实现对被测量微小材料的原子尺度的力学性能测试。支撑单元103，用于固定所述驱动单元102；所述材料承载单元101设置在所述驱动单元102上；所述驱动单元102设置在所述支撑单元103上，因此，支撑单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微小材料拉伸装置，其特征在于，所述装置包括：材料承载单元，用于承载并固定微小材料；驱动单元，用于固定所述材料承载单元，并利用温度对所述材料承载单元施加拉力；支撑单元，用于固定所述驱动单元；所述材料承载单元设置在所述驱动单元上；所述驱动单元设置在所述支撑单元上。

【技术特征摘要】
1.一种微小材料拉伸装置，其特征在于，所述装置包括：材料承载单元，用于承载并固定微小材料；驱动单元，用于固定所述材料承载单元，并利用温度对所述材料承载单元施加拉力；支撑单元，用于固定所述驱动单元；所述材料承载单元设置在所述驱动单元上；所述驱动单元设置在所述支撑单元上。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述材料承载单元包括承载膜，所述承载膜上具有设定形状和设定尺寸的孔。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动单元包括第一驱动子单元和/或第二驱动子单元；所述第一驱动子单元的第一端固定在所述支撑单元的内侧；所述第一驱动子单元的第二端在所述支撑单元的内侧悬空；所述第二驱动子单元的第一端固定在所述支撑单元的内侧；所述第二驱动子单元的第二端在所述支撑单元的内侧悬空。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述驱动单元还包括固定单元，所述固定单元的第一端固定在所述支撑单元的内侧；所述固定单元的第二端在所述支撑单元的内侧悬空。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一驱动子单元包括第一热双金属片；所述第一热双金属片包括第一金属片和第二金属片，所述第一金属片和第二金属片接触；...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳永海，郭林，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11