CN103868810A - 一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统，包括微机械器件、表征设备(1)、接口设备(2)、测试设备(3)，接口设备(2)将微机械器件放于表征设备(1)，其特征在于：所述接口设备(2)包括电学接头(6)和光纤接头(7)，通过电学接头(6)或通过光纤接头(7)将信号施加至微机械器件，微机械器件在测试设备(3)的驱动下发生形变；另外可以将微机械器件固定于电极(14)上，微纳米结构体(17)固定于微机械器件末端，测试设备驱动微机械器件的摆动，进而控制微纳米结构体(17)与作用块(16)发生碰撞，研究微纳米结构体的动态变化过程。

Description

一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统

技术领域

本发明属于电子显微镜配套附件技术领域，特别涉及一种在电子显微镜中测量微纳米机械器件或者微纳米材料载荷疲劳性质的装置。

背景技术

电子显微镜可以对微纳米机械器件进行结构表征和成分分析功能，现有设备可以在电子显微镜上原位实现对纳米材料的光学、电学、力学等性质的测量，但尚不能系统地研究微机械器件的载荷和疲劳性能。

发明内容

针对现有原位透射电子显微镜技术尚不能系统地研究微机械器件的载荷和疲劳性能，本发明提供一种能在透射电镜中进行原位测量的装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的目的在于提供一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统，包括微机械器件、表征设备1、接口设备2、测试设备3，接口设备2将微机械器件放于表征设备1，其特征在于：所述接口设备2包括电学接头6和光纤接头7，通过电学接头6或通过光纤接头7将信号施加至微机械器件，微机械器件在测试设备3的驱动下发生形变。

进一步地，所述微机械器件为纳米线、纳米管、纳米带或者悬臂梁。

进一步地，所述表征设备1为透射电子显微镜、扫描电子显微镜或者光学显微镜，用于对器件的结构进行表征，可以动态观测微机械器件或微纳米材料的结构变化。

进一步地，所述接口设备2还包括样品座4和杆体5。

进一步地，所述测试设备3为数字信号发生器或脉冲光学信号产生设备，用于产生驱动信号，控制微机械器件产生形变。

提供另一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统，包括微机械器件、测试设备、电极14、作用块16，微机械器件固定于电极14上，微纳米结构体17固定于微机械器件末端，测试设备驱动微机械器件的摆动，进而控制微纳米结构体17与作用块16发生碰撞。

进一步地，所述微机械器件为纳米线、纳米管、纳米带或者悬臂梁。

进一步地，所述测试设备为数字信号发生器或脉冲光学信号产生设备。

进一步地，该电极14由基片或其他装置取代。

进一步地，调节所述测试设备的驱动电压，控制微机械器件摆动的幅度，从而调节所述碰撞的强度。

本发明实现了微机械器件负荷和疲劳特性的测量，对于为微机械器件实际应用中的可靠性分析。

附图说明

图1是本发明一实施例的结构示意图。

图2是图1发明实施例中用于TEM的接口设备结构示意图。

图3是图2中4样品座的具体结构示意图。

图4是第二种测量方式的器件结构示意图。

图5是第一种测量方式下的实物照片。

图6为结构发生变化的微纳米线器件实物照片。

1、表征设备；2、接口设备；3、测试设备；4、样品座；5、杆体；6、电学接头；7、光纤接头；8、边框；9、对电极；10、电极；11、微纳米线器件；12、光纤；13、驱动装置；14、电极；15、悬臂梁；16、作用块；17、微纳米结构体。

具体实施方式

如图1所示为本发明一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统的结构示意图，所述系统包括表征设备1、接口设备2和测试设备3。表征设备1可以为透射电子显微镜、扫描电子显微镜或者光学显微镜；测试设备3可以为数字信号发生器或脉冲光学信号产生设备；微机械器件，可以为纳米线、纳米管、纳米带或者悬臂梁；接口设备2为微机械器件的安放装置，用于将微机械器件放于表征设备1。微机械器件在测试设备3的驱动下发生形变，形变大小和周期可以调节。

第一种实施例是在透射电子显微镜中原位测量微纳米器件的载荷疲劳特性。如图2所示为用于TEM中的接口设备结构示意图，所述接口设备2包括样品座4、杆体5、电学接头6和光纤接头7。电学测试设备可以通过电学接头6将电学信号施加到微纳米器件上，光学信号可以通过光纤施加到微纳米器件上。如图3所示为第一种实施例中用于TEM接口设备中样品座4的结构示意图，所述样品座4包括边框8、对电极9、电极10、微纳米线器件11、光纤12、驱动装置13。通过导线将对电极9和电极10分别连接至电学接头6，用于施加电学信号。光纤12可以将光学信号施加到微纳米器件上。驱动装置13采用压电陶瓷，用于控制微纳米器件的位置。

在第一种实施例的测试中，将接口设备2放入TEM中。通过电学接头6将电学信号施加到微纳米线器件11或通过光纤12将光学信号施加至微纳米线器件11，使微纳米线器件11发生振荡，效果如图5所示。纳米线振荡的幅度可以通过改变测试设备3的驱动电压的大小调节。在周期性应变下，微纳米线器件11可能会产生疲劳，结构发生变化。图6为纳米线结构发生变化的实物照片。通过这个实施例，可以测量到在应变作用下结构随时间的变化，对微纳米线器件的可靠性进行分析。

如图4所示为第二种实施例。在该实施例中，微机械器件的末端放置微纳米结构体，并通过微机械器件的振荡，控制微纳米结构体发生碰撞，研究微纳米结构体在周期性碰撞作用下的动态特性。碰撞的周期和力度可以通过测试设备调节。具体地，悬臂梁15固定于电极14上（该电极14也可由基片或其他装置取代），将待测微纳米结构体17固定于悬臂梁15末端。测试设备驱动悬臂梁(15)的摆动，进而通过悬臂梁15的摆动，可以控制微纳米结构体17与作用块16发生碰撞。调节测试设备的驱动电压，控制悬臂梁15摆动的幅度，可以调节碰撞的强度，结合TEM的结构表征功能，可以研究微纳米结构体17在碰撞作用下的结构变化，对其疲劳特性和力学性能进行研究。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统，包括微机械器件、表征设备(1)、接口设备(2)、测试设备(3)，接口设备(2)将微机械器件放于表征设备(1)，其特征在于：所述接口设备(2)包括电学接头(6)和光纤接头(7)，通过电学接头(6)或通过光纤接头(7)将信号施加至微机械器件，微机械器件在测试设备(3)的驱动下发生形变。

2.根据权利要求1所述的一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统，其特征在于：所述微机械器件为纳米线、纳米管、纳米带或者悬臂梁。

3.根据权利要求1或2所述的一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统，其特征在于：所述表征设备(1)为透射电子显微镜、扫描电子显微镜或者光学显微镜，用于对器件的结构进行表征，可以动态观测微机械器件或微纳米材料的结构变化。

4.根据权利要求1或2所述的一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统，其特征在于：所述接口设备(2)还包括样品座(4)和杆体(5)。

5.根据权利要求1或2所述的一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统，其特征在于：所述测试设备(3)为数字信号发生器或脉冲光学信号产生设备，用于产生驱动信号，控制微机械器件产生形变。

6.一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统，包括微机械器件、测试设备、电极(14)、作用块(16)，微机械器件固定于电极(14)上，微纳米结构体(17)固定于微机械器件末端，测试设备驱动微机械器件的摆动，进而控制微纳米结构体(17)与作用块(16)发生碰撞。

7.根据权利要求6所述的一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统，其特征在于：所述微机械器件为纳米线、纳米管、纳米带或者悬臂梁。

8.根据权利要求6或7所述的一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统，其特征在于：所述测试设备为数字信号发生器或脉冲光学信号产生设备。

9.根据权利要求6或7所述的一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统，其特征在于：该电极(14)由基片或其他装置取代。

10.根据权利要求6或7所述的一种微机械器件的载荷疲劳性能测试系统，其特征在于：调节所述测试设备的驱动电压，控制微机械器件摆动的幅度，从而调节所述碰撞的强度。

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