原位力学微机电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及透射电子显微镜原子尺度原位力学研究技术领域，提供一种原位力学微机电装置

【技术实现步骤摘要】
原位力学微机电装置、系统及双轴倾转样品杆


[0001]本专利技术涉及透射电子显微镜原子尺度原位力学研究
，尤其涉及一种原位力学微机电装置
、
原位力学微机电系统及双轴倾转样品杆
。

技术介绍

[0002]透射电子显微镜能够发射高能电束子透过样品，在原子尺度表征材料结构，使其成为分析样品材料结构的重要科学仪器
。
[0003]基于透射电镜的原子分辨材料力学性能实验系统能够在原子尺度表征样品的同时，对样品施加拉伸
、
压缩等载荷模式，并实时获取样品的应力
‑
应变曲线，以研究材料的原子结构演变与力学性能之间的关联关系，该技术称之为透射电镜原位力学技术
。
[0004]透射电镜原位力学技术是通过在透射电镜样品杆上集成力学模块，进而对材料施加载荷，如果进一步在模块中设计安装力学传感器，则能够定量测量材料力学性能
。
[0005]比如：探针式原位力杆，该探针式原位力杆采用压电陶瓷电机驱动前端探针的方式对样品施加应力场，结合电容
、
压阻等传感器，对样品的力学性能进行定量测量
。
如果要对材料进行原子尺度表征，需要使样品能够绕
α
轴和
β
轴进行双轴倾转至正带轴，由于探针式原位力杆的驱动器尺寸较大，驱动轴贯穿样品杆主体，使其丧失了
β
轴倾转的功能，难以在力学加载过程中原位观察材料原子结构演化
。
[0006]为此，北京工业大学韩晓东教授通过将驱动器小型化，分别在
《Tracking the sliding of grain boundaries at the atomic scale》
和
《Timely and atomic
‑
resolved high
‑
temperature mechanical investigation of ductile fracture and atomistic mechanisms of tungsten》
中发展了双金属热驱动变形技术以及
MEMS
系统原位力学技术，实现了对材料引入应力场过程中的原子尺度表征
。
在此基础上，
Wang
等人在
《A MEMSDevice for Quantitative in situ Mechanical Testing in Electron Microscope》
中对
MEMS
系统进一步集成了压阻式位移传感器，在材料受力变形过程中，压敏电阻阻值发生变化，导致惠斯通电桥的输出电压产生改变，从而实现了对材料受力及形变量的定量化测量
。
但压阻传感器在工作过程中易产生焦耳热，较高的热噪声
、
热漂移难以滤除，定量化测量性能较低
。
[0007]为此，美国西北大学
Espinosa
课题组根据电容对工作温度不敏感，可保证不同工作温度下信号精度的优点，在
《An electromechanical material testing system for in situ electron microscopy and applications》
中开发了集成电容式位移传感器的
MEMS
器件，实现了低信号漂移量的位移及载荷测量
。
但是，由于微电容信号采集装置与原位样品杆分离，置于杆主体之外，距离电容传感器线路距离较远，存在较高的寄生电容，应用过程中外界电磁杂波对信号传输串扰较大，难以实现低噪声
、
高力学分辨的定量化测量
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的第一方面提供一种原位力学微机电装置，用以解决上述技术问题中的至
少一项技术缺陷，可以在原子尺度表征样品时，同时对样品所受载荷及形变量进行高力学分辨的稳定测量，从根本上建立样品材料原子结构演化与力学性能的关系
。
[0009]本专利技术的第二方面提供一种原位力学微机电系统
。
[0010]本专利技术的第三方面提供一种双轴倾转样品杆
。
[0011]本专利技术第一方面提供的一种原位力学微机电装置，包括：
[0012]基体，设有第一镂空腔
、
第二镂空腔和第三镂空腔，所述第三镂空腔位于所述第一镂空腔和所述第二镂空腔之间；
[0013]第一位移件，通过第一力学测量组件设于所述第一镂空腔，所述第一位移件延伸至所述第三镂空腔，并在所述第一位移件的延伸端设有第一样品搭载部；
[0014]第二位移件，通过第二力学测量组件设于所述第二镂空腔，所述第二位移件延伸至所述第三镂空腔，并在所述第二位移件的延伸端设有第二样品搭载部，所述第二样品搭载部与所述第一样品搭载部嵌套设置；
[0015]其中，所述第一位移件和所述第二位移件中的一个固定设置，所述第一位移件和所述第二位移件中的另一个连接有驱动部件
。
[0016]根据本专利技术提供的一种原位力学微机电装置，所述第一力学测量组件包括第一弹性支撑件
、
第一传感组件和第一导线组件，所述第一弹性支撑件和所述第一传感组件分别通过第一导线组件与集成模块连接；
[0017]所述第一弹性支撑件位于所述第一位移件的移动路径上，并与所述第一位移件固定连接，所述第一弹性支撑件的两端固定于所述基体；
[0018]所述第一传感组件设于所述第一位移件的至少一侧，部分所述第一传感组件适于随所述第一位移件移动，以改变所述第一传感组件的电容
。
[0019]根据本专利技术提供的一种原位力学微机电装置，所述第一传感组件包括多个第一固定极板和多个第一随动极板；
[0020]多个所述第一随动极板沿所述第一位移件的移动方向间隔设于所述第一位移件；
[0021]多个所述第一固定极板沿所述第一位移件的移动方向间隔设于所述基体，且每个所述第一固定极板位于相邻两个所述第一随动极板之间
。
[0022]根据本专利技术提供的一种原位力学微机电装置，所述第一导线组件包括第一分导线和第二分导线；
[0023]所述第一分导线通过设于所述基体上的金属粘附层与多个所述第一固定极板连接；
[0024]所述第二分导线通过设于所述基体上的压焊区与所述第一弹性支撑件连接
。
[0025]根据本专利技术提供的一种原位力学微机电装置，所述第二力学测量组件包括第二弹性支撑件
、
第二传感组件和第二导线组件，所述第二弹性支撑件和所述第二传感组件分别通过第二导线组件与集成模块连接；
[0026]所述第二弹性支撑件位于所述第二位移件的移动路径上，并与所述第二位移件固定连接，所述第二弹性支撑件的两端固定于所述基体；
[0027]所述第二传感组件设于所述第二位移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种原位力学微机电装置，其特征在于，包括：基体
(010)
，设有第一镂空腔
(011)、
第二镂空腔
(012)
和第三镂空腔
(013)
，所述第三镂空腔
(013)
位于所述第一镂空腔
(011)
和所述第二镂空腔
(012)
之间；第一位移件
(020)
，通过第一力学测量组件
(030)
设于所述第一镂空腔
(011)
，所述第一位移件
(020)
延伸至所述第三镂空腔
(013)
，并在所述第一位移件
(020)
的延伸端设有第一样品搭载部
(2242)
；第二位移件
(040)
，通过第二力学测量组件
(050)
设于所述第二镂空腔
(012)
，所述第二位移件
(040)
延伸至所述第三镂空腔
(013)
，并在所述第二位移件
(040)
的延伸端设有第二样品搭载部
(2242)
，所述第二样品搭载部
(2242)
与所述第一样品搭载部
(2242)
嵌套设置；其中，所述第一位移件
(020)
和所述第二位移件
(040)
中的一个固定设置，所述第一位移件
(020)
和所述第二位移件
(040)
中的另一个连接有驱动部件
(017)。2.
根据权利要求1所述的原位力学微机电装置，其特征在于，所述第一力学测量组件
(030)
包括第一弹性支撑件
(031)、
第一传感组件
(032)
和第一导线组件
(033)
，所述第一弹性支撑件
(031)
和所述第一传感组件
(032)
分别通过第一导线组件
(033)
与集成模块
(110)
连接；所述第一弹性支撑件
(031)
位于所述第一位移件
(020)
的移动路径上，并与所述第一位移件
(020)
固定连接，所述第一弹性支撑件
(031)
的两端固定于所述基体
(010)
；所述第一传感组件
(032)
设于所述第一位移件
(020)
的至少一侧，部分所述第一传感组件
(032)
适于随所述第一位移件
(020)
移动，以改变所述第一传感组件
(032)
的电容
。3.
根据权利要求2所述的原位力学微机电装置，其特征在于，所述第一传感组件
(032)
包括多个第一固定极板
(0321)
和多个第一随动极板
(0322)
；多个所述第一随动极板
(0322)
沿所述第一位移件
(020)
的移动方向间隔设于所述第一位移件
(020)
；多个所述第一固定极板
(0321)
沿所述第一位移件
(020)
的移动方向间隔设于所述基体
(010)
，且每个所述第一固定极板
(0321)
位于相邻两个所述第一随动极板
(0322)
之间
。4.
根据权利要求3所述的原位力学微机电装置，其特征在于，所述第一导线组件
(033)
包括第一分导线
(0331)
和第二分导线
(0332)
；所述第一分导线
(0331)
通过设于所述基体
(010)
上的金属粘附层与多个所述第一固定极板
(0321)
连接；所述第二分导线
(0332)
通过设于所述基体
(010)
上的压焊区与所述第一弹性支撑件
(031)
连接
。5.
根据权利要求1所述的原位力学微机电装置，其特征在于，所述第二力学测量组件
(050)
包括第二弹性支撑件
(051)、
第二传感组件
(052)
和第二导线组件
(053)
，所述第二弹性支撑件
(051)
和所述第二传感组件
(052)
分别通过第二导线组件
(053)
与集成模块
(110)
连接；所述第二弹性支撑件
(051)
位于所述第二位移件
(040)
的移动路径上，并与所述第二位移件
(040)
固定连接，所述第二弹性支撑件
(051)
的两端固定于所述基体
(010)
；所述第二传感组件
(052)
设于所述第二位移件
(040)
的至少一侧，部分所述第二传感组件
(052)
适于随所述第二位移件
(040)
移动，以改变所述第二传感组件
(052)
的电容
。
6.
根据权利要求5所述的原位力学微机电装置，其特征在于，所述第二传感组件
(052)
包括多个第二固定极板
(0521)
和多个第二随动极板
(0522)
；多个所述第二随动极板
(0522)
沿所述第二位移件
(040)
的移动方向间隔设于所述第二位移件

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑飞，张家宝，杨旭东，韩晓东，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：