气体环境原位应力应变测量实验平台制造技术

本实用新型专利技术实施例涉及透射/扫描电子显微镜气体环境力学技术领域，提供的气体环境原位应力应变测量实验平台，包括由下至上依次连接的底座模块、力学加载与测量模块和顶部窗口模块；力学加载与测量模块包括具有的力学加载与测量模块本体，用于放置样品、为样品施加力与位移约束和获取样品的实时应力应变数据；底座模块和顶部窗口模块之间为气体存储空间，用于为不同的环境气体提供反应空间；顶部窗口模块用于密封样品气氛环境，并使电子束穿透样品，从而得到样品的透射电子显微镜图像。该气体环境原位应力应变测量实验平台在原位施加应力载荷状态下，调控样品所处气氛环境，研究样品在不同气氛环境下的力学状态。

In situ stress and strain measurement platform in gas environment

【技术实现步骤摘要】
气体环境原位应力应变测量实验平台
本技术实施例涉及透射/扫描电子显微镜气体环境力学
，尤其涉及一种气体环境原位应力应变测量实验平台。
技术介绍
材料力学性质的微观表现一直是科学家们关注的方向，透射电子显微镜是研究材料纳米及原子尺度显微结构与物理、化学性质的有力手段。然而多数透射电子显微镜观察样品是在高真空的环境下，且目前的环境透射电子显微镜仅可以实现较低压强的气氛观测。面对材料的气体腐蚀、氢脆等失效问题，以及涉及催化材料解决日益严峻的大气问题，这些材料与气体作用的显微机理研究便显得尤为重要。然而，目前国际上解决这类问题的原位透射电子显微学实验仅可实现气体环境下的观察或单独进行力学拉伸实验。无法在大气压及更高气压条件下，将两种条件集成在同一实验平台，使得在研究样品力学行为过程中，缺乏真实气体环境的影响。
技术实现思路
本技术实施例提供气体环境原位应力应变测量实验平台，用以解决目前的原位透射电子显微学实验仅可实现气体环境下的观察或单独进行力学拉伸实验的问题，实现了在原位施加应力载荷状态下调控样品所处气氛环境，以研究样品在不同气体环境下的力学状态与性质。本技术实施例提供一种气体环境原位应力应变测量实验平台，包括由下至上依次连接的底座模块、力学加载与测量模块以及顶部窗口模块；所述力学加载与测量模块包括具有压焊区的力学加载与测量模块本体，所述力学加载与测量模块本体的中间位置设置为镂空区，所述镂空区设置有对称布置的第一样品搭载梁和第二样品搭载梁，所述第一样品搭载梁和所述第二样品搭载梁之间设置有用于放置样品的样品搭载区，所述镂空区还设置有用于驱动所述第一样品搭载梁的第一组驱动梁、用于驱动所述第二样品搭载梁的第二组驱动梁以及用于获取所述第一样品搭载梁与所述第二样品搭载梁的实时应力应变数据的传感器；所述底座模块和所述顶部窗口模块之间构成气体存储空间，所述气体存储空间用于为不同的环境气体提供反应空间；所述顶部窗口模块用于密封样品气氛环境，并使电子束穿透样品，从而得到样品的透射电子显微镜图像。其中，所述底座模块包括底座本体，所述底座本体的中间位置设置有凹槽，所述凹槽内设置有用于进气的第一通孔以及用于出气的第二通孔。其中，所述底座模块还包括第一氮化硅薄膜窗口，所述第一氮化硅薄膜窗口形成于中心观察窗表面，所述中心观察窗位于所述凹槽。其中，所述第一组驱动梁和所述第二组驱动梁沿所述镂空区的长度方向依次间隔排布；所述第一样品搭载梁与所述第一组驱动梁端点连线垂直布置，所述第二样品搭载梁与所述第二组驱动梁端点连线垂直布置。其中，所述镂空区还设置有沿所述镂空区的长度方向依次间隔排布的第一组质量块、第一压力传感梁、第二压力传感梁以及第二组质量块；所述第一组质量块和所述第二组质量块位于所述第一组驱动梁和所述第二组驱动梁之间；所述第一组质量块的两块质量块之间通过第一位移传感梁连接，所述第二组质量块的两块质量块之间通过第二位移传感梁连接；沿所述第一组驱动梁、所述第一位移传感梁以及所述第一压力传感梁的宽度方向设置有所述第一样品搭载梁；沿所述第二组驱动梁、所述第二位移传感梁以及所述第二压力传感梁的宽度方向设置有所述第二样品搭载梁；所述第一位移传感梁和/或所述第二位移传感梁设置有压阻式位移传感器，所述第一压力传感梁和/或所述第二压力传感梁设置有压阻式力传感器。其中，所述第一压力传感梁和所述第二压力传感梁的长度均为100-2000μm。其中，所述第一组驱动梁和所述第二组驱动梁均包括多个依次间隔排布的驱动梁单元，且所述驱动梁单元为V型梁。其中，所述力学加载与测量模块本体上设置有用于进气的第三通孔以及用于出气的第四通孔。其中，所述力学加载与测量模块还包括多晶硅层，所述力学加载与测量模块本体通过所述多晶硅层和所述顶部窗口模块接触。其中，所述顶部窗口模块包括顶部窗口本体以及设置于所述顶部窗口本体上的第二氮化硅薄膜窗口。本技术实施例提供的气体环境原位应力应变测量实验平台，控制外部气体进入气体存储空间，进而控制位于力学加载与测量模块内部的样品所处的气氛环境，同时通过第一组驱动梁和第二组驱动梁分别控制第一样品搭载梁和第二样品搭载梁，以对位于样品搭载区的样品施加载荷，获取第一样品搭载梁与第二样品搭载梁的实时应力应变数据，进而得到样品的应力应变数据，通过顶部窗口模块密封样品气氛环境，并使电子束可以穿透样品，从而得到样品的透射电子显微镜图像，进而详细了解样品在不同气氛环境下的力学状态与性质。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术气体环境原位应力应变测量实验平台的整体装配结构示意图；图2为本技术气体环境原位应力应变测量实验平台的底座模块的结构示意图；图3为本技术气体环境原位应力应变测量实验平台的第一氮化硅薄膜窗口的结构示意图；图4为本技术气体环境原位应力应变测量实验平台的力学加载与测量模块的结构示意图；图5为本技术气体环境原位应力应变测量实验平台的顶部窗口模块的结构示意图；图6为本技术气体环境原位应力应变测量实验平台的控制系统的结构框图。附图标记说明:1-底座模块；2-力学加载与测量模块；3-顶部窗口模块；4-底座本体；5-第一氮化硅薄膜窗口；6-第一氮化硅薄膜窗口支撑件；7-第一通孔；8-第二通孔；9-第一组驱动梁；10-第二组驱动梁；11-压阻式位移传感器；12-样品搭载区；13-第三通孔；14-第四通孔；15-质量块；16-压阻式力传感器；17-多晶硅层；18-压焊区；19-顶部窗口本体；20-第二氮化硅薄膜窗口。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。目前多数透射电子显微镜观察样品是在高真空的环境下，且目前的环境透射电子显微镜仅可以实现较低压强的气氛观测，例如美国FEI公司的环境透射电子显微镜TitanETEMG2实验中的气压范围可在10-3Pa至2000Pa(使用N2时)范围内精确预设，远低于通常标准大气压的工作状况。尤其是面对材料的气体腐蚀、氢脆等失效问题，以及涉及催化材料解决日益严峻的大气问题，这些材料与气体作用的显微机理研究便显得尤为重要。作为气体影响材料力学性能的典型，氢脆就是由气体环境引起，并会引发几乎所有金属及其合金产生的严重失效。然而即使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体环境原位应力应变测量实验平台，其特征在于，包括由下至上依次连接的底座模块、力学加载与测量模块以及顶部窗口模块；/n所述力学加载与测量模块包括具有压焊区的力学加载与测量模块本体，所述力学加载与测量模块本体的中间位置设置为镂空区，所述镂空区设置有对称布置的第一样品搭载梁和第二样品搭载梁，所述第一样品搭载梁和所述第二样品搭载梁之间设置有用于放置样品的样品搭载区，所述镂空区还设置有用于驱动所述第一样品搭载梁的第一组驱动梁、用于驱动所述第二样品搭载梁的第二组驱动梁以及用于获取所述第一样品搭载梁与所述第二样品搭载梁的实时应力应变数据的传感器；/n所述底座模块和所述顶部窗口模块之间构成气体存储空间，所述气体存储空间用于为不同的环境气体提供反应空间；/n所述顶部窗口模块用于密封样品气氛环境，并使电子束穿透样品，从而得到样品的透射电子显微镜图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种气体环境原位应力应变测量实验平台，其特征在于，包括由下至上依次连接的底座模块、力学加载与测量模块以及顶部窗口模块；
所述力学加载与测量模块包括具有压焊区的力学加载与测量模块本体，所述力学加载与测量模块本体的中间位置设置为镂空区，所述镂空区设置有对称布置的第一样品搭载梁和第二样品搭载梁，所述第一样品搭载梁和所述第二样品搭载梁之间设置有用于放置样品的样品搭载区，所述镂空区还设置有用于驱动所述第一样品搭载梁的第一组驱动梁、用于驱动所述第二样品搭载梁的第二组驱动梁以及用于获取所述第一样品搭载梁与所述第二样品搭载梁的实时应力应变数据的传感器；
所述底座模块和所述顶部窗口模块之间构成气体存储空间，所述气体存储空间用于为不同的环境气体提供反应空间；
所述顶部窗口模块用于密封样品气氛环境，并使电子束穿透样品，从而得到样品的透射电子显微镜图像。


2.根据权利要求1所述的气体环境原位应力应变测量实验平台，其特征在于，所述底座模块包括底座本体，所述底座本体的中间位置设置有凹槽，所述凹槽内设置有用于进气的第一通孔以及用于出气的第二通孔。


3.根据权利要求2所述的气体环境原位应力应变测量实验平台，其特征在于，所述底座模块还包括第一氮化硅薄膜窗口，所述第一氮化硅薄膜窗口形成于中心观察窗表面，所述中心观察窗位于所述凹槽。


4.根据权利要求1所述的气体环境原位应力应变测量实验平台，其特征在于，所述第一组驱动梁和所述第二组驱动梁沿所述镂空区的长度方向依次间隔排布；
所述第一样品搭载梁与所述第一组驱动梁端点连线垂直布置，所述第二样品搭载梁与所述第二组驱动梁端点连线垂直布置。


5.根据权利要求4所述的气体环境原位应力应变测量实验平台，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓东，栗晓辰，毛圣成，马东锋，张剑飞，李雪峤，李志鹏，翟亚迪，张晴，马腾云，张泽，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：新型
国别省市：北京;11