專利名稱:一種透射電鏡中納米線原位拉伸下力電性能測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料性能原位檢測(cè)領(lǐng)域。背景技術(shù)：
實(shí)現(xiàn)對(duì)單體納米結(jié)構(gòu)的操縱和原位性能測(cè)量，是當(dāng)今納米新結(jié)構(gòu)、新性質(zhì)以及新 器件研究的瓶頸性關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，尤其是在透射電子顯微鏡中，由于其狹小的空間，使 得人們更難實(shí)現(xiàn)單體納米結(jié)構(gòu)的測(cè)試。
應(yīng)該指出，盡管近年來人們對(duì)單體納米材料的力學(xué)性能和電學(xué)性能有了深入的研
究，但因其難度和復(fù)雜性，至今尚未形成公認(rèn)的結(jié)論。 一維納米材料作為微機(jī)電系統(tǒng)和納機(jī)
電系統(tǒng)的互連線或基本功能單元，因此充分了解單根一維納米材料的力學(xué)性能和電學(xué)性能
以及在應(yīng)力作用下的電/力偶合性能是設(shè)計(jì)納米器件的基本準(zhǔn)則。
目前對(duì)于單根一維納米材料力學(xué)性能的測(cè)試手段大致可以分為以下三種。
第一，以原子力顯微鏡或掃描隧道顯微鏡為基本手段的測(cè)試方法。由于這些設(shè)備
具有高的力學(xué)和位移分辨率，其中一種方法是報(bào)道于《advancedmaterials》1999， vol. 11，
161-165頁上的"有序和雜亂排列的多壁彈納米管的彈性模量"(Elastic modulus of
ordered and disordered multiwalledcarbon nanotubes)，公開了——禾中橫跨在——個(gè)洞上面
的碳納米管，利用原子力顯微鏡針尖壓彎曲納米管，利用原子力顯微鏡高的力學(xué)和位移傳
感特性，測(cè)試了納米管的彈性模量，隨后類似的方法多有報(bào)道用于測(cè)試其它納米線的力學(xué)
性能。另一中方法報(bào)道于《Nano Letters》2005， vol. 5， 1954-1958上的，"垂直陣列生長(zhǎng)納
米線的彈性性會(huì)g，， (elastic property of verticallyaligned薩owires)，同樣是利用原
子力顯微鏡彎曲豎直生長(zhǎng)的氧化鋅納米線，利用彎曲位移和力的關(guān)系，計(jì)算了氧化鋅納米
線的彈性模量。由于優(yōu)越的力學(xué)和位移分辨率，原子力顯微鏡基的力學(xué)測(cè)試方法非常適合
于測(cè)量單根納米線的力學(xué)性能，但是不能原位監(jiān)測(cè)納米線變形過程中的結(jié)構(gòu)變化，難于解
釋納米線的變形機(jī)制和斷裂過程。
第二，在掃描電子顯微鏡中發(fā)展單根一維納米材料性能測(cè)量的方法。2000 年，《Science》vol. 287， 637-640上的"拉應(yīng)力加載下多壁碳納米管的強(qiáng)度和斷裂機(jī) 制"(Strength and breaking mechanism of multiwalled carbo皿anotubes under tensile load) —文中報(bào)道了在掃描透射電鏡中安裝一套原子力探針系統(tǒng)，利用兩個(gè)原子 力探針實(shí)現(xiàn)了對(duì)碳納米管的拉伸。同樣是在掃描電鏡中，2005年《Nature materials》， vol. 4， 525-529上的"超高強(qiáng)度金納米線的力學(xué)性能"(Mechanical properties of ultrahigh-strength goldnanowires)文章報(bào)道了利用單個(gè)原子力探針壓金納米線的裝置 與方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)納米線的力學(xué)性能的測(cè)試。掃描顯微鏡與原子力探針的結(jié)合盡管能夠 給出測(cè)量數(shù)據(jù)以及原位的變形過程，但是由于其分辨率是在納米量級(jí)，不能給出原子尺度 的信息，對(duì)于變形機(jī)理的研究受到一定的限制。
第三，利用透射電子顯微鏡為基本測(cè)試手段實(shí)現(xiàn)單根一維納米材料力學(xué)性能 的測(cè)試。機(jī)械共振方法也是單根納米線力學(xué)性能測(cè)試的一種方法，最早的文獻(xiàn)報(bào)道于
3《Science》1999，vo1. 283， 1513-1516頁上的"碳納米管的靜電偏轉(zhuǎn)和共振"(Electrostatic deflections and electromechanicalresonances of carbon nanotubes)，此實(shí)驗(yàn)在透身寸 電子顯微鏡中原位進(jìn)行，利用施加在一端固定的納米管上的交變電場(chǎng)誘導(dǎo)納米管發(fā)生共 振，利用共振頻率的變化測(cè)量納米管的彎曲模量。隨后多個(gè)研究小組利用這種方法在透射 電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡中，測(cè)量了不同納米線的彈性模量。這種方法避免了納米線 直接操縱的困難，同時(shí)可以利用透射電子顯微鏡原位獲得納米管/線的結(jié)構(gòu)信息，但是這 種方法僅限于納米線的彈性變形范圍，不能測(cè)量納米線的塑性變形、斷裂強(qiáng)度等其他重要 的力學(xué)性能。2007年，《Nano Letter》，vol. 7，452-457《陶瓷SiC納米線低溫原位大應(yīng)變 塑性以及它原子層次的機(jī)理》(Low temperature in situ large strain plasticity of ceramic SiCnanowires and its atomic—scale mechanism)報(bào)道了在高分辨透身寸電鏡中利 用電子束輻照一種特殊支持膜的巻曲實(shí)現(xiàn)對(duì)單根納米線的彎曲，發(fā)現(xiàn)了 SiC納米線大應(yīng)變 塑性行為，并給出了原子尺度的形變過程和機(jī)理。盡管這種方法能夠有效的給出原子尺度 上的信息，但是不能對(duì)單根一維納米材料的彈性系數(shù)給出量化。
以上這些方法均不能在應(yīng)力狀態(tài)下對(duì)單根一維納米材料進(jìn)行電學(xué)性能的測(cè)量，已 經(jīng)不能滿足目前在微觀尺度上對(duì)納米材料力學(xué)性能，電學(xué)性能，力學(xué)電學(xué)耦合性能測(cè)試的 要求。透射電子顯微鏡是人們依賴的可以直接揭示納米甚至原子尺度信息的最重要的工 具之一。把透射電子顯微鏡作為單體一維納米材料性能測(cè)試的平臺(tái)，最主要是它能夠給出 實(shí)時(shí)的原子尺度的信息，對(duì)應(yīng)于應(yīng)力狀態(tài)下力學(xué)性能以及電學(xué)性能的變化給出最直接的證 據(jù)，有助于我們更有效更真實(shí)的揭示事情的本質(zhì)。
在透射電子顯微鏡中原位測(cè)量單根一維納米材料的彈性模量，塑性變形，屈服強(qiáng) 度和斷裂強(qiáng)度是最直接的測(cè)試方法，同時(shí)可以利用它的記錄功能，原位的記錄一維納米材 料在變形過程中的原子尺度上的變化細(xì)節(jié)，為揭示一維納米材料的變形機(jī)理提供直接的實(shí) 驗(yàn)證據(jù)。對(duì)于在透射電子顯微鏡中單根一維納米材料的電學(xué)性能測(cè)試，揭示在電流，電壓作 用下的電學(xué)性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)變化也是一維納米材料應(yīng)用的基本性能參數(shù)和重要的依據(jù)，以及 在應(yīng)力狀態(tài)下測(cè)試一維納米材料的電學(xué)特性，是一維納米材料作為基本器件和功能單元在 實(shí)際工作環(huán)境需要解決的重要問題，而且還可以將一維納米材料在應(yīng)力狀態(tài)下電荷輸運(yùn)性 能的變化實(shí)時(shí)的與其結(jié)構(gòu)的高分辨圖像結(jié)合起來，對(duì)于我們了解結(jié)構(gòu)與其電學(xué)性能的關(guān)聯(lián) 起到至關(guān)重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明是提供一種透射電鏡中納米線原位拉伸下力電
性能測(cè)試裝置，其目的是利用該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)單根一維納米材料原位力學(xué)性能和電學(xué)性能測(cè) 量，以及在拉應(yīng)力作用下進(jìn)行電學(xué)測(cè)量的裝置，利用透射電子顯微鏡成像系統(tǒng)原位實(shí)時(shí)記 錄一維納米材料在拉應(yīng)力場(chǎng)和電場(chǎng)作用下彈塑性變形過程、斷裂失效的方式以及電荷傳輸 特性，將一維納米材料的力學(xué)性能，電學(xué)性能，力學(xué)和電學(xué)耦合的性能以及微觀結(jié)構(gòu)變化直 接對(duì)應(yīng)起來，從原子尺度上揭示一維納米材料的綜合性能。
為了實(shí)現(xiàn)上面的目的，本發(fā)明中一種透射電鏡中納米線原位拉伸下力電性能測(cè)試 裝置，其特征在于，將壓電陶瓷片2放置于樣品桿的密封管1內(nèi)，并將壓電陶瓷片2靠近樣 品桿的手握柄3的一端固定于樣品桿的密封管1上，兩根驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線19的一端接于壓電陶瓷
4片2的正負(fù)兩極，另一端外接與驅(qū)動(dòng)電源20。連動(dòng)桿5放置于承載底座4的溝槽內(nèi)，連動(dòng)桿 5的一端與壓電陶瓷片2的外端固定連接，連動(dòng)桿5的另一端通過螺釘與集成塊6上的金屬 滑塊13相連接。集成塊6的構(gòu)造如下所述長(zhǎng)方體外殼7的開口端與承載底座4相接，其 中長(zhǎng)方體外殼7的頂部與底部均不封口 。第一絕緣墊片8與第二絕緣墊片9水平放置于長(zhǎng) 方體外殼7內(nèi)并與之相固定，其中第一絕緣墊片8與第二絕緣墊片9的中間保留一條30-50 微米的縫隙，使縫隙與長(zhǎng)方體外殼7的開口端平行。第一絕緣墊片8放在靠近長(zhǎng)方體外殼7 的開口端，第二絕緣墊片9放在靠近長(zhǎng)方體外殼7的封閉端。在第一絕緣墊片之上平行固 定一鍍金屬硅片IO，它靠近第二絕緣墊片9的一側(cè)通過刻蝕法刻一條懸臂梁ll，并且使懸 梁臂11也平行于長(zhǎng)方體外殼7的開口端。在第二絕緣墊片9之上垂直于懸梁臂11的方向 上固定一滑軌12，在滑軌2之上安裝金屬滑塊13。將懸臂梁11與金屬滑塊13的上表面設(shè) 置在同一水平面上，懸臂梁11與金屬滑塊13之間的縫隙寬度可通過微調(diào)旋鈕15調(diào)整金屬 滑塊13來改變。微調(diào)旋鈕15安裝在與長(zhǎng)方體外殼7開口端相對(duì)應(yīng)的封閉端上。 通過驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線19外接的驅(qū)動(dòng)電源20驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷片2，使其在軸向上發(fā)生微位 移，由于壓電陶瓷片2的內(nèi)端已固定，壓電陶瓷片2只能向外側(cè)發(fā)生位移，因此就會(huì)帶動(dòng)連 動(dòng)桿5以及與之相連的金屬滑塊13(之前將微調(diào)旋鈕15，緊固螺釘14松開)遠(yuǎn)離懸臂梁 11滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)兩端固定的納米線21的單軸拉伸。納米線21的拉伸就會(huì)帶動(dòng)懸臂梁11 的變形，通過透射電子顯微鏡中自身的實(shí)時(shí)記錄功能，可以計(jì)算懸臂梁11的偏移量，根據(jù) 它已知的彈性常數(shù)，可以計(jì)算出施加在納米線21上的拉力的大小。
電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)16通過加載導(dǎo)線17，信號(hào)導(dǎo)線18與鍍金硅片10和金屬滑塊13相 連接，加載導(dǎo)線17與電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的控制電源相接，信號(hào)導(dǎo)線18與電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的場(chǎng)發(fā)生 測(cè)試儀器相接。電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)包括可控電源，電流，電壓，電阻，電容，場(chǎng)發(fā)生測(cè)試儀器。電 學(xué)性能可以在沒有施加應(yīng)力場(chǎng)作用下測(cè)量，也可以在同時(shí)施加電場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)作用下測(cè)量。 本發(fā)明提供一種透射電鏡中納米線原位拉伸下力電性能測(cè)試裝置，可實(shí)現(xiàn)單根一 維納米材料在透射電子顯微鏡中原位的單軸拉伸，可以表征其彈性性能，塑性性能以及斷 裂過程，可以從原子尺度上獲得信息。同時(shí)它還可以測(cè)試單根一維納米材料在拉應(yīng)力的狀 態(tài)下，其電荷輸運(yùn)性能的變化，實(shí)現(xiàn)單根一維納米材料力電耦合性能的測(cè)試，其特征在于該 方法按如下步驟進(jìn)行
1.將集成塊6從樣品桿上取下，擰松緊固螺釘14，在光學(xué)顯微鏡下調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕 15至所需縫寬，然后擰緊緊固螺釘14。
2.將一維納米材料放入與試樣不發(fā)生反應(yīng)的有機(jī)溶劑(例如，乙醇、丙酮等)中，
超聲波分散10-60分種，將懸浮液滴在樣品金屬滑塊和微懸臂梁的上表面。
3.在掃描電子顯微鏡中利用微機(jī)械手將單根一維納米材料擺好，然后利用聚焦離
子束將一維納米材料固定于金屬滑塊和懸臂梁上。
4.將集成塊6與樣品桿連接，然后將連動(dòng)桿5與金屬滑塊13固定好，并將集成塊
6與承載底座用螺釘固定。將樣品桿放入透射電子顯微鏡中，抽好真空。
5.將驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線19，加載導(dǎo)線17，信號(hào)導(dǎo)線18分別與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源20以及電
學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的控制電源，場(chǎng)發(fā)生測(cè)試儀器連接好。通過控制壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，驅(qū)動(dòng)壓電陶
瓷沿軸向伸張，使固定在樣品臺(tái)上的一維納米材料得以單軸拉伸，并通過透射電子顯微鏡
的成像功能實(shí)時(shí)的記錄拉伸過程，獲得一維納米材料拉伸變形的序列圖像。[0020] 6.在一維納米材料拉伸的同時(shí)，利用透射電子顯微鏡記錄懸臂梁的形變量，通過 文獻(xiàn)中報(bào)道的公式，以及已知的彈性系數(shù)獲得一維納米材料所受的拉力。同時(shí)，還可以利用 電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)的監(jiān)控一維納米材料在拉伸過程中電學(xué)性能的變化。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果本發(fā)明的透射電子顯微鏡 中的一維納米材料力學(xué)、電學(xué)測(cè)試系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，安裝簡(jiǎn)便，便于操作，應(yīng)用 范圍廣的特點(diǎn)，可以適用于長(zhǎng)度大于5微米的所有一維納米材料。該發(fā)明利用微懸臂梁靈 敏的力學(xué)傳感性能，和壓電陶瓷精確的位移傳感特性，可以實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)的位移分辨和納 牛量級(jí)的力學(xué)分辨。與現(xiàn)有的原子力或掃描隧道顯微鏡一維納米材料力學(xué)測(cè)試裝置相比 較，本發(fā)明在對(duì)單根一維納米材料力學(xué)性能測(cè)試過程中利用透射電子顯微鏡原位的在納米 尺度甚至原子尺度記錄一維納米材料變形的微結(jié)構(gòu)變化，將一維納米材料的力學(xué)性能和微 觀結(jié)構(gòu)直接對(duì)應(yīng)起來，具有直觀性和定量檢測(cè)的特性，便于解釋和發(fā)現(xiàn)一維納米材料優(yōu)異 的力學(xué)性能，與現(xiàn)有的掃描或透射電子顯微鏡中測(cè)試一維納米材料的技術(shù)方法相比，本發(fā) 明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一維納米材料的彈性，塑性和斷裂過程的全部測(cè)量，可以提供原子尺度上的 變形過程的信息，同時(shí)可以得到一維納米材料在單軸拉伸作用下的應(yīng)力應(yīng)變曲線，可以全 方位解釋一維納米材料的力學(xué)性能。此外，還可以利用本發(fā)明的裝置原位的測(cè)試一維納米
材料在拉應(yīng)力的作用下，電荷輸運(yùn)性能的變化，并且可以將電學(xué)性能的變化直接與其原子 尺度上結(jié)構(gòu)的變化對(duì)應(yīng)起來，可以揭示一維納米材料豐富的物理性能，為一維納米材料在 微機(jī)電系統(tǒng)以及半導(dǎo)體器件、傳感器等諸多領(lǐng)域的開發(fā)設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)。


圖1是本發(fā)明的一種透射電鏡中納米線原位拉伸下力電性能測(cè)試裝置的俯視圖。
圖2是實(shí)現(xiàn)拉伸納米線功能的集成塊6的俯視圖。
圖3是實(shí)現(xiàn)拉伸納米線功能的集成塊6的AB剖視圖。
圖4是金屬滑塊13與其導(dǎo)軌12的CD剖視圖
具體實(shí)施方式
如圖1所示，壓電陶瓷片2放置于樣品桿的密封管1內(nèi)，并將其內(nèi)端固定于樣品桿 的密封管1上，兩根驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線19的一端接于壓電陶瓷片2的正負(fù)兩極，另一端外接于驅(qū)動(dòng) 電源20。連動(dòng)桿5屬剛性材料，放置于承載底座4的溝槽內(nèi)，連動(dòng)桿5的一端與壓電陶瓷 片2的外端固定連接，連動(dòng)桿5的另一端通過螺釘與集成塊6上的金屬滑塊13相連接。兩 根加載導(dǎo)線17與兩根信號(hào)導(dǎo)線18 —端均與集成塊6上的鍍金硅片10和金屬滑塊13相連 接，并且可拆卸。驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線19，加載導(dǎo)線17以及信號(hào)導(dǎo)線18的另一端從樣品桿的手握柄3 外端引出，便于與外面的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源20以及電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)16的控制電源，場(chǎng)發(fā)生測(cè) 試儀器相連接。并保證樣品桿的密封性。
集成塊6的構(gòu)造圖2所示長(zhǎng)方體外殼7可通過螺釘與承載底座4固定相接，通過 擰松螺釘，可將集成塊6與承載底座4脫離，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)操作與處理。長(zhǎng)方體外殼7的頂部與 底部以及靠近承載底座4 一側(cè)均不封閉，其它部分封閉。長(zhǎng)方體外殼7的尺寸根據(jù)原樣品 桿的規(guī)格設(shè)計(jì)。第一絕緣墊片8和第二絕緣墊片9平行放置于長(zhǎng)方體外殼內(nèi)，并與之相固 定，并將第一絕緣墊片8放置在靠近承載底座4 一側(cè)，而將第二絕緣墊片9放置在靠近長(zhǎng)方
6體外殼7的封閉端。第一絕緣墊片8和第二絕緣墊片9之間設(shè)置一窄縫，縫寬為30-50微 米，便于電子束通過。第一絕緣墊片8之上固定一鍍金屬硅片IO，靠近縫一側(cè)處，利用刻蝕 法刻蝕一條懸臂梁11。在鍍金屬硅片10上表面引出兩個(gè)電極，便于與兩根加載導(dǎo)線17以 及兩根信號(hào)導(dǎo)線18連接。懸臂梁11長(zhǎng)為0. 3厘米，寬為600納米，厚為800納米，它與鍍 金硅片的縫寬為5微米。第二絕緣墊片9之上固定一滑軌12，在滑軌12之上安裝一金屬滑 塊13，金屬滑塊13可用緊固螺釘14與滑軌12固定，滑軌12的截面可設(shè)計(jì)成梯形。懸臂 梁11的與金屬滑塊13的上表面在同一水平面上。并且在長(zhǎng)方體外殼7的封閉端內(nèi)設(shè)置一 微調(diào)旋鈕15，使其一端可接觸金屬滑塊13。懸臂梁11的與金屬滑塊13之間的縫寬可通過 調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕15來改變。為了更清楚的表示出各個(gè)部件的相對(duì)位置，我們給出了兩個(gè)剖視 圖，圖3是沿AB面的剖視圖，圖4給出了第二絕緣墊片9，滑軌12，金屬滑塊13以及緊固螺 釘14沿CD面的剖視圖。
將懸臂梁11的與金屬滑塊13之間的縫寬調(diào)至所需寬度后，擰緊緊固螺釘14，然后 將單根一維納米材料21在掃描電鏡中利用機(jī)械手搭在鍍金硅片10和金屬滑塊13上，再利 用聚焦電子束將其固定在懸臂梁11和金屬滑塊上。進(jìn)一步將集成塊6上的長(zhǎng)方體外殼7 以及金屬滑塊13分別與承載底座4以及連動(dòng)桿5固定好。將真?zhèn)€樣品桿放入透射電鏡中， 抽好真空。將驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線19，加載導(dǎo)線17以及信號(hào)導(dǎo)線18的另一端引至樣品桿外，與外面的 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源20以及電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)16的控制電源，場(chǎng)發(fā)生測(cè)試儀器連接，然后控制壓 電陶瓷的驅(qū)動(dòng)電源實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷片2的橫向位移，由于壓電陶瓷片2的內(nèi)端固定，位移只向 外側(cè)進(jìn)行，帶動(dòng)連動(dòng)桿5以及金屬滑塊13運(yùn)動(dòng)，并使金屬滑塊13遠(yuǎn)離懸臂梁ll，從而實(shí)現(xiàn) 一維納米材料的單軸拉伸。進(jìn)一步利用透射電鏡的原位觀測(cè)記錄系統(tǒng)記錄一維納米材料的 變形以及懸臂梁11的變形，根據(jù)懸臂梁11的變形量計(jì)算一維納米材料的彈性模量。同時(shí) 還可以在一維納米材料拉伸的過程中，對(duì)它進(jìn)行通電，從而可以實(shí)現(xiàn)一邊拉伸一邊測(cè)量電 學(xué)性能的變化。
權(quán)利要求
一種透射電鏡中納米線原位拉伸下力電性能測(cè)試裝置，其特征在于將壓電陶瓷片(2)放置于透射電鏡樣品桿的密封管(1)內(nèi)，壓電陶瓷片(2)的一端固定，壓電陶瓷片(2)的固定端外接兩根驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線(19)，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線(19)的另一端外接于驅(qū)動(dòng)電源(20)，壓電陶瓷片(2)的另一端與放置于承載底座(4)的溝槽內(nèi)的連動(dòng)桿(5)相接，連動(dòng)桿(5)的另一端與集成塊(6)內(nèi)的金屬滑塊(13)相接，承載底座(4)一端接于透射電鏡樣品桿的密封管(1)，承載底座(4)的另一端接于集成塊(6)；所述集成塊(6)的構(gòu)造如下所述長(zhǎng)方體外殼(7)的開口端與承載底座(4)相接，其中長(zhǎng)方體外殼(7)的頂部與底部均不封口，第一絕緣墊片(8)與第二絕緣墊片(9)水平放置于長(zhǎng)方體外殼(7)內(nèi)并與長(zhǎng)方體外殼(7)相固定，其中第一絕緣墊片(8)與第二絕緣墊片(9)的中間保留一條30-50微米的縫隙，并使縫隙與長(zhǎng)方體外殼(7)的開口端平行，第一絕緣墊片(8)放在靠近長(zhǎng)方體外殼(7)的開口端，第二絕緣墊片(9)放在靠近長(zhǎng)方體外殼(7)的封閉端，在第一絕緣墊片(8)之上平行固定一鍍金屬硅片(10)，通過刻蝕法在金屬硅片(10)靠近第二絕緣墊片(9)的一側(cè)刻一條懸臂梁(11)，并且使懸梁臂(11)也平行于長(zhǎng)方體外殼(7)的開口端，在第二絕緣墊片(9)之上垂直于懸梁臂(11)的方向上固定一滑軌(12)，在滑軌(12)之上安裝金屬滑塊(13)，將懸臂梁(11)與金屬滑塊(13)的上表面設(shè)置在向一水平面上，懸臂梁(11)與金屬滑塊(13)之間的縫隙寬度可通過微調(diào)旋鈕(15)調(diào)整金屬滑塊(13)來改變，微調(diào)旋鈕(15)安裝在與長(zhǎng)方體外殼(7)開口端相對(duì)的封閉端上；還包括電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)(16)，該電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)(16)通過兩根加載導(dǎo)線(17)、兩根信號(hào)導(dǎo)線(18)與集成塊(6)相連接，加載導(dǎo)線(17)的一端與電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的控制電源相接，加載導(dǎo)線(17)的另一端分別與懸臂梁(11)和金屬滑塊(13)相接；信號(hào)導(dǎo)線(18)一端與電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的場(chǎng)發(fā)生測(cè)試儀器相接，信號(hào)導(dǎo)線(18)的另一端也分別與懸臂梁(11)和金屬滑塊(13)相接；所述的電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)包括控制電源、電流、電壓、電阻、電容和場(chǎng)發(fā)生測(cè)試儀器。
專利摘要
一種透射電鏡中納米線原位拉伸下力電性能測(cè)試裝置，屬于納米材料性能原位檢測(cè)領(lǐng)域。該發(fā)明設(shè)計(jì)通過壓電陶瓷拉伸單元、微懸臂梁力學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)以及電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)單根納米線以及其它的一維納米材料在透射電鏡中實(shí)現(xiàn)原位拉伸，并在拉伸過程中實(shí)現(xiàn)可以利用透射電鏡的成像系統(tǒng)，原位的獲得納米尺度甚至原子尺度上的變形信息，而且還可以實(shí)現(xiàn)彈性，塑性和斷裂的力學(xué)性能定量測(cè)量，同時(shí)也可以對(duì)一維納米材料進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)量，實(shí)現(xiàn)在拉伸過程中的電荷輸運(yùn)性能的研究。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，應(yīng)用范圍廣，具有直觀性和定量檢測(cè)的特性，便于解釋和發(fā)現(xiàn)納米材料優(yōu)異的力學(xué)/電學(xué)等綜合性能。
文檔編號(hào)G01N3/00GKCN101109687 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200710119316
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2007年7月20日
發(fā)明者張澤, 鄭坤, 韓曉東 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3),