CN101582366B - 透射电镜用非磁性双金属片驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种透射电镜用非磁性双金属片驱动器，包括非磁性单金属片、非磁性双金属片和导热金属框三部分，其特征在于：由线膨胀系数小的非磁性金属片和线膨胀系数大的非磁性金属片组成的非磁性的双金属片，固定在金属导热框的上方，非磁性单金属片位于两个非磁性双金属片之间，纳米材料位于非磁性的双金属片上方，置入透射电镜加热后，非磁性双金属片产生变形，驱动纳米材料变形。本发明排除了一般双金属片的磁性对透射电镜内纳米材料成像的影响，能方便快捷地得到纳米材料原子尺度的信息。

Description

透射电镜用非磁性双金属片驱动器 

技术领域：

本发明涉及一种透射电镜用非磁性双金属片驱动器，更具体的是排除了双金属片磁性影响的通过加热驱动的非磁性双金属片驱动器，能从原子尺度测试单体纳米材料原位实时动态的变化过程的装置与方法。 

背景技术：

透射电子显微镜在纳米科学和技术领域是最为有力的研究工具之一，透射电子显微镜的样品杆是用来支撑被检测样品的。纳米材料作为器件的基本结构单元，承载着支撑、传输等重要功能，人们对纳米材料的重要作用的认识越来越深刻。在应力场的作用下，研究其原子尺度的动态变化对器件内纳米材料力学性能的影响非常重要，这对器件的可靠性和实际应用具有非常重要的意义。目前在透射电子显微镜中，样品台与极靴极为有限的空间，一般是1-3mm，在原子尺度分辨率下对于单根纳米线或纳米薄膜的操纵和力学性能的直接测量非常困难，而且由于双金属片作为驱动力的产生部分，一般由Fe、Ni、Mn等磁性材料制作，双金属片的厚度一般在毫米量级，在透射电镜中产生强大的磁场，磁性材料产生的磁场对极靴中的电磁场影响非常大，电子束因此产生偏离，有时通过像散的调节也不能消除磁场带来的影响，以至不能获得单体纳米材料原子尺度的信息。另外，在透射电镜中的具体实验过程中，观察样品时，随着双金属片的移动，电子束透射斑也随着移动，将给实验过程中的观察与拍摄带来不便，如果由于操作不当使双金属片被吸附到极靴上，将对电镜产生致命影响，从而造成巨大危害。 

发明内容：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种透射电镜用非磁性双金属片驱动器。利用该非磁性双金属片驱动器能方便地对纳米材料进行观察与拍摄，而且排除了一般的双金属片的磁性影响，能够方便地调节像散，容易得到高质量的纳米材料的原子尺度的信息。该非磁性双金属片使用的是两种非磁性的不同线膨胀系数的金属材料制作而成，线膨胀系数大的金属片在内侧，线膨胀系数小的金属片在外侧，两种金属材料通过点焊、压焊等方法连接起来。借助透射电镜成像系统能原位记录纳米材料的变形过程，原子尺度地揭示单体纳米材料的变化过程。 

为了实现上面的目的，是通过如下的技术方案来实现的： 

一种透射电镜用非磁性双金属片驱动器，其特征在于：包括两个非磁性双金属片，一个非磁性单金属片和支撑金属片的金属导热框；所述非磁性双金属片由线膨胀系数小的非磁性金属片和线膨胀系数大的非磁性金属片组成； 

两个非磁性单金属片一端固定在金属导热框边框上，另一端搭在或悬空于金属导热框上；两个非磁性双金属片中线膨胀系数大的部分靠近非磁性单金属片，线膨胀系数小的部分在外侧； 

非磁性单金属片位于两个非磁性双金属片之间，且两个非磁性双金属片与非磁性单金属片处于同一水平面上，纳米材料固定在非磁性双金属片与非磁性单金属片之间。 

具体的，非磁性单金属片固定在金属导热框的上方，两个非磁性双金属片中线膨胀系数大的部分靠近非磁性单金属片，线膨胀系数小的部分在外侧。非磁性单金属片的厚度为50-500um，宽度为10-1000um，长度为1.5mm-2.5mm。非磁性双金属片的厚度为50-500um，宽度为10-1000um，长度为1.5mm-2.5mm。两个非磁性双金属片与非磁性单金属片的距离为2-1000um，两个非磁性双金属片与非磁性单金属片的上方处于同一水平面上，纳米材料固定在非磁性双金属片与非磁性单金属片之间；支撑金属片的金属导热框，为导热性良好的边长为1.5-2.5mm的金属导热框，此非磁性双金属片驱动器能在透射电镜内最大角度范围地倾转。 

本发明通过对驱动器加热，对纳米材料进行变形来测试纳米材料原子尺度的变化过程，通过如下步骤实施： 

1.选取两种线膨胀系数不同的非磁性金属片，金属片的厚度在5-500um，将两种非磁性金属薄片焊接在一起。加工非磁性双金属片，使非磁性双金属片的厚度在50-500um之间，宽度在10-1000um之间，长度在1.5-2.5mm之间。选取一种非磁性单金属片，加工成厚度在50-500um之间、宽度在10-1000um之间、长度在1.5-2.5mm之间的非磁性单金属片。 

2.选取导热性良好的边长为1.5-2.5mm的金属导热框，先将非磁性单金属片的两端都固定在金属导热框的两条相对着的边框上，再将两个非磁性双金属片相对于非磁性单金属片平行或斜着排放，一端固定在边框上，另一端搭在或悬空于金属导热框上，两个非磁性双金属片与非磁性单金属片的距离为2-1000um。 

本发明具有如下优点： 

1.本发明对透射电镜中驱动纳米材料的装置进行了全新的设计，实现 在透射电镜中原位变形纳米材料的同时，观测纳米材料原子尺度的像，提供了一种具有方便、容易、可靠的变形纳米材料的非磁性双金属片驱动器。 

2.本发明应用于准一维纳米线、二维纳米薄膜等纳米材料的力学性能研究，应用范围广，研究对象丰富。 

附图说明

图1非磁性双金属片驱动器 

1、金属导热框；2、线膨胀系数小的非磁性金属片；3、线膨胀系数大的非磁性金属片；4、非磁性单金属片；5纳米材料； 

图2纳米材料原子尺度的像的变化过程； 

图3纳米材料原子尺度的像的变化过程。 

具体实施方式：

装置从下到上依次为：金属导热框，厚度为150um，边长为2.15mm。非磁性单金属片，选用的是紫铜，厚度为100um，宽度为300um，长度为2.5mm。非磁性双金属片，由大的线膨胀系数的铝镁合金和较小线膨胀系数的青铜压合而成，两个非磁性双金属片线膨胀系数大的部分，均在靠近两个非磁性双金属片缝隙之处，线膨胀系数小的均在外侧，非磁性双金属片厚度为100um，宽度为350um，长度为2mm。非磁性单金属片的两端都固定在相对着的金属导热框上，将两个非磁性双金属片相对于非磁性单金属片平行或斜着排放，一端固定在边框上，另一端搭在或悬空于金属导热框上，两个非磁性双金属片与非磁性单金属片的距离为0.05mm。 

制作和测试的方法具体为：金属导热框使用的是铜导热框。选取铝镁合金和青铜两种线膨胀系数不同的非磁性金属片，铝镁合金金属片的厚度在0.1mm，将铝镁合金金属片置入10％的NaOH溶液中，在40-50℃下进行金属片表面的化学腐蚀去除表面油污和氧化层，青铜金属片的厚度在0.25mm，将青铜金属片进行机械打磨的清理方法去除表面油污、氧化层及其他杂质，立即将处理后的两种非磁性金属薄片放入热扩散压焊炉，对炉子进行抽真空到10-3Pa以下，缓慢加热到550℃，保温一小时，再缓慢降温，将两种金属薄片扩散焊接在一起。 

定义有铝镁合金的一面为水平方向，对铝镁合金-青铜双金属片的垂直方向进行切割，切割成宽2mm，长10mm的小条，再进行精细加工，先使用600#的砂子打磨，然后用2000#的砂子打磨，直到在光镜下观察测量非磁性双金属薄片水平方向的尺度为0.1mm×10mm的矩形为止。将紫铜金属片两端涂AB混合胶，用镊子夹住紫铜金属片，在光镜下固定在铜导热框上，同时使两个 铝镁合金-青铜双金属片的上方处在同一水平面在250℃下加热4个小时，完成紫铜金属片的固定，再将铝镁合金-青铜双金属片的一端涂AB混合胶，用镊子夹住，粘在金属导热框上，相同的方法加热、固定住铝镁合金-青铜双金属片，固定的过程中确定铝镁合金部分靠内侧青铜部分靠外侧，两个铝镁合金-青铜双金属片中间的距离在光镜下控制为0.05mm。 

两个铝镁合金-青铜双金属片在加热过程中，向远离中间的紫铜片的方向运动，原位得到纳米材料原子尺度的像的变化过程如图2、3。 

Claims (1)

1.一种透射电镜用非磁性双金属片驱动器，其特征在于：包括两个非磁性双金属片，一个非磁性单金属片和支撑金属片的金属导热框；所述非磁性双金属片由线膨胀系数小的非磁性金属片和线膨胀系数大的非磁性金属片组成；

将两个非磁性双金属片相对于非磁性单金属片平行或斜着排放，一端固定在金属导热框的两条相对着的边框上，另一端搭在或悬空于金属导热框上；两个非磁性双金属片中线膨胀系数大的部分靠近非磁性单金属片，线膨胀系数小的部分在外侧；

将非磁性单金属片的两端都固定在金属导热框的两条相对着的边框上，非磁性单金属片位于两个非磁性双金属片之间，且两个非磁性双金属片与非磁性单金属片处于同一水平面上，纳米材料固定在非磁性双金属片与非磁性单金属片之间。

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