本发明专利技术提供了一种用于微纳样品的原位复合加载与测量装置，在以X、Y、Z为坐标轴的空间直角坐标系中，该装置包括沿X坐标轴的正方向依次设置的左加载调节组件和右加载调节组件，所述左加载调节组件含有沿X坐标轴的正方向依次连接的左部旋转压电陶瓷电机(3)、左部垂直直线压电陶瓷电机(4)和左部水平直线压电陶瓷电机(5)，所述右加载调节组件含有沿Z坐标轴的方向依次连接的右部连接块(12)和右部推进直线压电陶瓷电机(13)。该用于微纳样品的原位复合加载与测量装置体积小巧，结构紧凑，测试精度高，可以对各种材料的特征尺寸纳米级以上试件进行跨尺度原位拉伸弯曲扭转试验。
【技术实现步骤摘要】
用于微纳样品的原位复合加载与测量装置
本专利技术涉及一种用于微纳样品的原位复合加载与测量装置。
技术介绍
随着纳米技术的发展，微纳米材料被广泛的应用于航空航天、汽车工业、半导体、生物医学、MEMS、高分子、太阳能/燃料电池化工、石油、岩石、微电子、微型传感器、半导体材料、自动控制、航空航天、汽车工业及机械工具中。材料的微观力学性能与宏观的经典力学性能存在很大的差异。材料的微纳米力学测试的诸多性能参数中材料的拉伸、弯曲和扭转力学性能测试是非常重要的测试对象之一。原位微纳米力学性能测试技术是近几年发展起来的前沿技术，受到各国政府和研究机构的高度关注。相比于宏观的测试技术，原位测试技术可以在电子显微镜的观测下对试件进行原位加载，可以同时对材料的微观变形和损伤过程进行原位观察等诸多优势。然而，现阶段的原位测试技术及仪器，只能实现单个功能的测试，同时多集中在材料的拉伸和弯曲变形上，对材料的扭转测试以及复合加载情况下材料微观变形和损伤关注较少。主要原因在于多功能集成的力学测试平台设计相对复杂，多自由度的机构对于平台控制有着极高的要求，同时原位扭转测试平台对设备的小型化、精度、材料装配等有苛刻的要求，并且在实验过程中需要保证测试装置与工作腔体的电磁兼容性和真空兼容性，这些原因限制了微纳米尺度多功能原位力学测试平台的发展。
技术实现思路
为了解决现有微纳米尺度多功能原位力学测试平台体积大、结构复杂的问题，本专利技术提供了一种用于微纳样品的原位复合加载与测量装置，该用于微纳样品的原位复合加载与测量装置体积小巧，结构紧凑，测试精度高，能够与各种主流电子显微镜真空腔体匹配，应用范围广泛，可以对各种材料的特征尺寸纳米级以上试件进行跨尺度原位拉伸弯曲扭转试验，同时还能进行复合加载测试，通过对材料及其制品在载荷在下的微观变形进行动态观测，以揭示材料在微纳米尺度下的力学行为和损伤机制。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于微纳样品的原位复合加载与测量装置，在以X、Y、Z为坐标轴的空间直角坐标系中，该用于微纳样品的原位复合加载与测量装置包括沿X坐标轴的正方向依次设置的左加载调节组件和右加载调节组件，所述左加载调节组件含有沿X坐标轴的正方向依次连接的左部旋转压电陶瓷电机、左部垂直直线压电陶瓷电机和左部水平直线压电陶瓷电机，左部旋转压电陶瓷电机能够驱动左部垂直直线压电陶瓷电机和左部水平直线压电陶瓷电机以X坐标轴为轴旋转，左部垂直直线压电陶瓷电机能够驱动左部水平直线压电陶瓷电机沿Z坐标轴的方向移动，所述右加载调节组件含有沿Z坐标轴的方向依次连接的右部连接块和右部推进直线压电陶瓷电机，右部推进直线压电陶瓷电机能够驱动右部连接块沿X坐标轴的方向移动。本专利技术的有益效果是：1、右部连接块可以在基座上水平滑动并能锁紧，因而直径为微纳尺寸的试样的初始长度可以自行设定。2、在测试过程中，试样的对中对扭矩测试是非常关键，本专利技术提出采用精密压电陶瓷电机完成对试样的对中。3、在测试过程中，试样一直处于装置的中间位置附近，也是处于显微镜便于观察的范围内，这避免了现有测试装置中试样固定在一端进而出现测试图像偏移的缺陷，使测试过程便于进行。4、整个测试装置结构简单，体积较小，便于在扫描电子显微镜SEM等成像仪器的狭小空间中工作，具有良好的结构兼容性、真空兼容性及电磁兼容性。5、可在各类成像仪器的观测下开展针对三维微纳米试样的跨尺度原位拉伸弯曲扭转测试，通过本专利技术亦可对材料在拉伸弯曲扭矩作用下的微观变形和损伤过程进行原位观察，并一定程度上揭示材料及其制品在微纳米尺度下的力学行为和破坏机制。6、可以对微纳尺度材料进行复合加载测试，并进行微观变形和损伤过程实时原位观察，可以揭示材料及其制品在微纳米尺度下的复合加载下的力学行为和破坏机制。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术所述用于微纳样品的原位复合加载与测量装置的结构示意图。1、固定基座；2、左部操作臂连接块；3、左部旋转压电陶瓷电机；4、左部垂直直线压电陶瓷电机；5、左部水平直线压电陶瓷电机；6、左部样品固定平台；7、传感器模块；8、微纳尺度材料样品；9、右部样品固定平台；10、右部水平直线压电陶瓷电机；11、右部垂直直线压电陶瓷电机；12、右部连接块；13、右部推进直线压电陶瓷电机；14、右部操作臂连接块。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。一种用于微纳样品的原位复合加载与测量装置，在以X、Y、Z为坐标轴的空间直角坐标系中，该用于微纳样品的原位复合加载与测量装置包括沿X坐标轴的正方向依次设置的左加载调节组件和右加载调节组件，所述左加载调节组件含有沿X坐标轴的正方向依次连接的左部旋转压电陶瓷电机3、左部垂直直线压电陶瓷电机4和左部水平直线压电陶瓷电机5，左部旋转压电陶瓷电机3能够驱动左部垂直直线压电陶瓷电机4和左部水平直线压电陶瓷电机5以X坐标轴为轴旋转，左部垂直直线压电陶瓷电机4能够驱动左部水平直线压电陶瓷电机5沿Z坐标轴的方向移动，所述右加载调节组件含有沿Z坐标轴的方向依次连接的右部连接块12和右部推进直线压电陶瓷电机13，右部推进直线压电陶瓷电机13能够驱动右部连接块12沿X坐标轴的方向移动，如图1所示。在本实施例中，左部水平直线压电陶瓷电机5直接连接有左部样品固定平台6或左部水平直线压电陶瓷电机5通过连接座连接有左部样品固定平台6，左部样品固定平台6位于左部水平直线压电陶瓷电机5和该右加载调节组件之间，左部水平直线压电陶瓷电机5能够驱动左部样品固定平台6沿Y坐标轴的方向移动。在本实施例中，左部样品固定平台6呈凸字形，左部样品固定平台6的顶部为朝向所述右加载调节组件凸出的凸出部，左部样品固定平台6的底部与左部水平直线压电陶瓷电机5通过连接座连接固定，左部样品固定平台6为片状结构，左部样品固定平台6与X坐标轴平行，如图1所示。左部样品固定平台6的顶端外连接有传感器模块7，传感器模块7能够安装固定微纳尺度材料样品8。在本实施例中，右部连接块12连接有右部水平直线压电陶瓷电机10或右部垂直直线压电陶瓷电机11。优选右部连接块12直接与右部垂直直线压电陶瓷电机11连接，如右部垂直直线压电陶瓷电机11固定于右部连接块12朝向该左加载调节组件的一侧表面。在本实施例中，右部垂直直线压电陶瓷电机11连接有右部水平直线压电陶瓷电机10，右部水平直线压电陶瓷电机10、右部垂直直线压电陶瓷电机11和右部连接块12沿X坐标轴的正方向依次设置，右部垂直直线压电陶瓷电机11能够驱动右部水平直线压电陶瓷电机10沿Z坐标轴的方向移动。在本实施例中，右部水平直线压电陶瓷电机10连接有右部样品固定平台9，右部样品固定平台9位于右部水平直线压电陶瓷电机10和该左加载调节组件之间，右部水平直线压电陶瓷电机10能够驱动右部样品固定平台9沿Y坐标轴的方向移动。右部样品固定平台9呈凸字形，右部样品固定平台9的顶部为朝向所述左加载调节组件凸出的凸出部，右部样品固定平台9的底部与右部水平直线压电陶瓷电机10连接固定，右部样品固定平台9为片状本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于微纳样品的原位复合加载与测量装置，其特征在于，在以X、Y、Z为坐标轴的空间直角坐标系中，该用于微纳样品的原位复合加载与测量装置包括沿X坐标轴的正方向依次设置的左加载调节组件和右加载调节组件，所述左加载调节组件含有沿X坐标轴的正方向依次连接的左部旋转压电陶瓷电机(3)、左部垂直直线压电陶瓷电机(4)和左部水平直线压电陶瓷电机(5)，左部旋转压电陶瓷电机(3)能够驱动左部垂直直线压电陶瓷电机(4)和左部水平直线压电陶瓷电机(5)以X坐标轴为轴旋转，左部垂直直线压电陶瓷电机(4)能够驱动左部水平直线压电陶瓷电机(5)沿Z坐标轴的方向移动，所述右加载调节组件含有沿Z坐标轴的方向依次连接的右部连接块(12)和右部推进直线压电陶瓷电机(13)，右部推进直线压电陶瓷电机(13)能够驱动右部连接块(12)沿X坐标轴的方向移动。
【技术特征摘要】
1.一种用于微纳样品的原位复合加载与测量装置，其特征在于，在以X、Y、Z为坐标轴的空间直角坐标系中，该用于微纳样品的原位复合加载与测量装置包括沿X坐标轴的正方向依次设置的左加载调节组件和右加载调节组件，所述左加载调节组件含有沿X坐标轴的正方向依次连接的左部旋转压电陶瓷电机(3)、左部垂直直线压电陶瓷电机(4)和左部水平直线压电陶瓷电机(5)，左部旋转压电陶瓷电机(3)能够驱动左部垂直直线压电陶瓷电机(4)和左部水平直线压电陶瓷电机(5)以X坐标轴为轴旋转，左部垂直直线压电陶瓷电机(4)能够驱动左部水平直线压电陶瓷电机(5)沿Z坐标轴的方向移动，所述右加载调节组件含有沿Z坐标轴的方向依次连接的右部连接块(12)和右部推进直线压电陶瓷电机(13)，右部推进直线压电陶瓷电机(13)能够驱动右部连接块(12)沿X坐标轴的方向移动。2.根据权利要求1所述的用于微纳样品的原位复合加载与测量装置，其特征在于，左部水平直线压电陶瓷电机(5)连接有左部样品固定平台(6)，左部样品固定平台(6)位于左部水平直线压电陶瓷电机(5)和该右加载调节组件之间，左部水平直线压电陶瓷电机(5)能够驱动左部样品固定平台(6)沿Y坐标轴的方向移动。3.根据权利要求2所述的用于微纳样品的原位复合加载与测量装置，其特征在于，左部样品固定平台(6)呈凸字形，左部样品固定平台(6)的顶部为朝向所述右加载调节组件凸出的凸出部，左部样品固定平台(6)的底部与左部水平直线压电陶瓷电机(5)连接固定，左部样品固定平台(6)为片状结构，左部样品固定平台(6)与X坐标轴平行。4.根据权利要求3所述的用于微纳样品的原位复合加载与测量装置，其特征在于，左部样品固定平台(6)的顶端外连接有传感器模块(7)。5.根据权利要求1所述的用于微纳样品的原位复合加载与测量装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：申亚京，陆豪健，
申请(专利权)人：香港城市大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44
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