原位觀察力學(xué)測試納米壓痕儀-掃描電子顯微鏡SEM聯(lián)用 PI88 可以施加載荷，檢測位移，在電鏡SEM下進(jìn)行壓痕、壓縮、彎曲、劃痕、拉伸和疲勞等力學(xué)性能測試；此外，通過升級電學(xué)、加熱模塊，還可研究材料在力、電、熱等多場耦合條件下結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。
組裝到掃描電子顯微鏡SEM，通過載荷和位移驅(qū)動壓頭，測試從納米到微米尺度的樣品，同步結(jié)合材料變形的觀察和力學(xué)數(shù)據(jù)的輸出。
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原位觀察力學(xué)測試納米壓痕儀 - PI88 特點(diǎn)
1. Hysitron-三板電容式傳感器
SEM條件下，測試儀器針尖的靈敏度和操控性是原位探測系統(tǒng)的關(guān)鍵。Hysitron PI88原位測試系統(tǒng)的針尖采用壓電陶瓷精細(xì)定位和三板電容傳感器精密驅(qū)動探測的技術(shù)，使得樣品的原位操控得以實(shí)現(xiàn)。Hysitron的三板電容式傳感器提供靜電式驅(qū)動和電容式位移傳感，程度降低熱漂移；同時，緊湊的設(shè)計、較小的體積使其能夠放進(jìn)SEM的試樣交換室，而且不需要固定在顯微鏡內(nèi)。樣品桿載荷、位移的高檢測靈敏度，使納米材料的電熱及力學(xué)性能得以探測。
2. 主動阻尼減震的Q-Control
Q-Control集成于Performech? II控制模塊，通過增加主動阻尼，降低了真空環(huán)境中的振動，從而了圖像和視頻采集的高分辨率。
3. 載荷和位移控制Load & Displ
多控制模式既可以通過設(shè)定載荷控制模式，觀察相應(yīng)針尖的位移情況；還可以通過設(shè)定位移控制模式，觀察壓痕過程中針尖受到樣品的作用力變化。兩種控制模式豐富了我們研究材料力學(xué)性能的方法，比如載荷控制模式可以通過設(shè)定恒定壓力研究材料的蠕變特性，而位移控制模式則在應(yīng)力松弛的研究中更為。
4. 數(shù)字控制模塊
Hysitron性能的反饋控制算法與優(yōu)異的測試靈敏度相結(jié)合，使得Hysitron 納米力學(xué)測試手段。Hysitron PI-88反饋控制功能采用Performech? II控制系統(tǒng)，內(nèi)嵌數(shù)字信號處理器（DSP）可對用戶輸入做出響應(yīng)，進(jìn)行控制。內(nèi)部反饋頻率78 kHz，了載荷/位移函數(shù)可以捕捉到壓痕產(chǎn)生過程中轉(zhuǎn)瞬即逝的變化，這對應(yīng)變速率快的壓痕測試適用，如位錯、斷裂起始等，同時能降低噪聲背景（＜20nN），從而實(shí)現(xiàn)真正的微觀納米尺度測試。
Slower electronics (3kHz) Performech enhanced control 78kHz
原位觀察力學(xué)測試納米壓痕儀 - PI88 技術(shù)指標(biāo) |
1. 儀器能同時同步提供原位納米力學(xué)材料測試結(jié)果和掃描電鏡中材料變形的觀察，
并能準(zhǔn)確提供定量的載荷和位移的數(shù)據(jù)。
2. 設(shè)備應(yīng)采用靜電驅(qū)動和電容式位移傳感,在同一個傳感器執(zhí)行納米壓痕試驗
3. 施加縱向載荷: 10mN
4. 縱向載荷分辨率: <3nN
5. 縱向載荷噪音背景: <400nN
6. 壓痕深度: 5μm
7. 位移分辨率: <0.02nm
8. 位移噪音背景: <1nm
9. 掃描電鏡壓痕儀透過艙體現(xiàn)有接口接駁電線，應(yīng)能安放在電鏡的艙體之內(nèi)。
10. 掃描電鏡壓痕儀須能于掃描電鏡內(nèi)進(jìn)行納米拉伸測試，利用PTP可以把壓縮應(yīng)力轉(zhuǎn)換成拉伸應(yīng)力。
11. 應(yīng)采用壓電陶瓷驅(qū)動的樣品傳導(dǎo)平臺
(1) 樣品臺范圍：X軸:>12 mm; Y軸:>16 mm; Z軸:>8 mm;
(2) 靈敏度: X, Y, Z: < 5 nm
12. 數(shù)據(jù)采集率: 閉環(huán)載荷和位移控制數(shù)據(jù)采集不少于38,000Hz
13. 設(shè)備應(yīng)能夠提供閉環(huán)載荷和位移控制, 控制環(huán)率至少78,000 Hz
14. 控制設(shè)備應(yīng)將DSP和FPGA新技術(shù)嵌入, 并行U 2.0連接
原位觀察力學(xué)測試納米壓痕儀 - PI88 功能模塊 |
1. 樣品傾斜&旋轉(zhuǎn)模塊
Hysitron PI88具有可移動范圍大、分辨率高的 XYZ 樣品定位平臺，XYZ三軸可移動范圍均>8 mm，其的橫向和線性度，為大尺寸樣品的測試提供了更多可能。同時，PI-88選配樣品傾斜&旋轉(zhuǎn)平臺模塊后可在原先3個自由度（X/Y/Z/）的基礎(chǔ)上新增傾斜和旋轉(zhuǎn)兩個自由度，以用于樣品的定位；并可在不破壞真空環(huán)境的條件下，實(shí)現(xiàn)與EBSD、EDS、FIB的無縫鏈接。節(jié)省了整個測試過程中花費(fèi)在顯微鏡上的工藝時間，并可使敏感性樣品免于暴露在大氣中。
樣品臺: X-軸: >12 mm Y-軸: >16 mm Z-軸: >8 mm
樣品傾斜&旋轉(zhuǎn)模塊：傾斜范圍: 180°| 傾斜: <0.33°| 旋轉(zhuǎn)范圍: 180°| 旋轉(zhuǎn): <0.12°
2. 可拓展量程（xR）模塊
前沿的壓電技術(shù)與Hysitron電容式位移傳感技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)在不靈敏度及材料性能的條件下，對樣品施加更大的力及應(yīng)變。該模塊可提供>500 mN的縱向力以及>150 μm的縱向位移，可用于測試更大及更強(qiáng)的樣品。
3. 400℃ & 800℃高溫臺
Hysitron自行研發(fā)的MEMS加熱系統(tǒng)具有400℃和800℃兩種加熱模塊可供選擇，采用電阻式加熱有利于在更大范圍內(nèi)原位研究材料的力學(xué)性能。PID技術(shù)可在真空中具有更好的熱穩(wěn)定性。同時，真空條件可表面氧化的發(fā)生。此外，還可直接測量及觀察材料的熱致轉(zhuǎn)變過程。
（a）400℃高溫臺
（b）800℃高溫臺
4.納米劃痕模塊
與SEM成像同步的原位劃痕測試可以實(shí)現(xiàn)測試過程中的定位以及對小尺度磨損機(jī)制的實(shí)時觀察。我們的納米劃痕傳感器可提供與滑移和剪切條件下材料響應(yīng)性相關(guān)聯(lián)的定量橫向力測 試。
橫向力：30 mN | 橫向移動距離：30 μm | 橫向力噪聲背景： < 3Μn
5. 學(xué)表征模塊 (Electrical Characterization Module, ECM)
ECM是測量納米尺度電接觸電阻的優(yōu)選工具，提供大的無縫原位電學(xué)、力學(xué)及同時力電性能測量。傳感器無以倫比的力學(xué)測試，提供工業(yè)的力和位移測量。導(dǎo)電硼摻雜金剛石探針既可以用于標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)測試，也可以用于電學(xué)測試。此外，導(dǎo)電壓頭支架允許用戶裝載他們的導(dǎo)電探針，實(shí)現(xiàn)樣品化的表征研究。
Hysitron(海思創(chuàng))已經(jīng)開發(fā)專有軟件為電學(xué)測量提供自動化控制，多功能載荷函數(shù)編輯器允許單點(diǎn)或I-V曲線測量和獲取壓痕加載過程中任意點(diǎn)。可以快速檢測結(jié)果和通過單雙坐標(biāo)圖觀察或輸入到Hysitron TriboAnalysis 軟件，提供進(jìn)一步nanoECR數(shù)據(jù)分析和定制數(shù)據(jù)分析。
6. 原位拉伸測試臺(PTP, Push- to Bull)
PI88 還可搭載Push-to-Pull (PTP) 原位拉伸裝置，用于微尺度原位拉伸測試，能夠同步獲得微觀結(jié)構(gòu)圖像和定量應(yīng)力-應(yīng)變曲線，是市面上也是可以進(jìn)行原位定量拉伸測試的裝置，適用于測量傳統(tǒng)方式不易進(jìn)行測試的低維材料，如納米線、薄膜以及石墨烯等納米尺度的拉伸性能。
7. E-PTP（Electrical+Push-to-Pull）
Hysitron的E-PTP測試模塊采用了在PTP拉伸臺鍍上具有圖案的電，使研究人員在進(jìn)行拉伸測試的同時，可以輸入電學(xué)信號，來研究動態(tài)拉伸過程中樣品的電學(xué)特性，如電阻等。這對研究電致伸縮材料、壓電材料等。
8. Nano DMA(Dynamic Mechanical Analysis) in PI separately
動態(tài)力學(xué)是測試粘彈性材料力學(xué)性能的一種方法。該模塊可提供頻率300 Hz的正弦載荷加載，以評估眾多材料的時間響應(yīng)性。這一技術(shù)簡化了測試裝置，是直接觀察微納結(jié)構(gòu)柱子、粒子、梁、納米纖維以及薄膜材料疲勞性能的理想選擇。
9. 不同尺寸形狀、摻雜導(dǎo)電探針
針對不同的材料和測試需求，Hysitron提供多種針尖，除了上圖中的三種Berkovich、Cube Corner和Conical常規(guī)形狀的針尖，Hysitron還可按客戶具體用途及需求定制生產(chǎn)各種針尖。此外，針對導(dǎo)電樣品，我們也有的硼摻雜金剛石針尖。由于采用的是硬的金剛石材料做針尖，因此其在日常使用中磨損較少，壽命很長。
(left) Berkovich (Mid) Cube Corner (Right) Conical
