CN109037014B - 微拉伸机构及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微拉伸机构及其使用方法。微拉伸机构用于拉伸样品，微拉伸机构包括基座。基座具有第一凹槽、第二凹槽及第三凹槽，第一凹槽的两侧均具有拉伸处，第二凹槽和第三凹槽轴对称分布，第一凹槽的两端分别接近第二凹槽和第三凹槽，基座上还具有互相接近的断裂孔，断裂孔从第一凹槽处延伸至基座的边缘。

Description

微拉伸机构及其使用方法

技术领域

本发明涉及显微电镜设备技术领域，尤其是一种微拉伸机构及其使用方法。

背景技术

电子显微镜是材料微观研究的常用的设备之一，也是纳米材料最为主要的检测设备。目前电子显微镜不仅能用于形态分析，而且还结合了各种电子衍射分析及元素分析的功能。电子显微镜采用电子束作为光源从而得到极高的细节分辨能力，使其成为可以直观的检测到晶体材料的原子结构信息的重要工具。通过电子显微镜不仅可以获得带有晶体结构信息的高分辨照片，也可以给出纳米尺度选区的电子衍射。

电子显微镜主要由电子源、电磁透镜系统、样品台以及成像系统等部分组成。透射电子显微镜中入射电子从电子源出发经过电磁透镜系统聚焦后穿过样品台上的样品，与样品内部原子发生相互作用后在成像系统中的荧光屏或感光部件上成像，实现数据采集。

电子显微镜也是研究材料拉伸应变、损伤及变形的主要工具。实时观察样品原位变形的形貌、位错、原子排列的变化，对分析样品材料机理，改正和研发新材料非常重要。但是现有的电子显微镜不能用来观察样品的原位拉伸前后结构的变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以原位观察样品的拉伸前后结构的变化的微拉伸机构及其使用方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种微拉伸机构，和拉伸机构配合用于拉伸样品，微拉伸机构包括：

基座，具有第一凹槽、第二凹槽及第三凹槽，第一凹槽的两侧均具有拉伸处，第二凹槽和第三凹槽轴对称分布，第一凹槽的两端分别接近第二凹槽和第三凹槽，基座上还具有互相接近的断裂孔，断裂孔从第一凹槽处延伸至基座的边缘，拉伸机构用于从不同的方向拉伸基座。

可选的，微拉伸机构还包括加热元件，加热元件设于基座上用于加热所述样品。

可选的，断裂孔为多个，相邻的断裂孔之间的距离为100纳米到3微米。

可选的，第二凹槽包括第一段、第二段及第三段，第二段的两端分别和第三段、第一段连接，第二段呈直线状，第二段的中间部分的宽度比第二段的两端的宽度要大，第二段的中间部分和拉伸处相对，第一段和第三段均呈“凵”字型。第三凹槽包括第四段、第五段及第六段，第五段的两端分别和第四段、第六段连接，第五段呈直线状，第五段的中间部分的宽度比第五段的两端的宽度要大，第五段的中间部分和拉伸处相对，第四段和第六段均呈“凵”字型，第三凹槽和第二凹槽轴对称。

可选的，第一凹槽的两端分别设于第一段、第四段的“凵”的内部，第一凹槽包括弯曲段，弯曲段的形状为“己”字型，弯曲段的两侧均具有拉伸处。

可选的，基座还包括第四凹槽，第四凹槽的两端分别设于第三段、第六段的“凵”的内部。

可选的，拉伸处对应的弯曲段均和第五段、第二段平行。

可选的，基座采用铜材料制成，第一凹槽、第二凹槽及第三凹槽的槽宽的范围为2微米～3微米。

可选的，基座远离拉伸处的一端均具有拉伸孔，拉伸孔用于连接拉伸机构。

按照本发明的另一个方面，本发明还提供一种微拉伸机构使用方法，包括：样品的制作；将所述样品焊接于两个拉伸处；及拉伸所述样品。

综上，本发明提供的微拉伸机构利用第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽及断裂孔之间的互相组合，将较大的位移量转变成样品的较小的位移量，最终的拉伸行程0纳米～200纳米。同时，将较大的压缩力，通过基座的弹性形变，在拉伸处转变微小的拉伸力，最终实现原位观察拉伸样品的形变的过程的目的。

附图说明

图1是本发明中的实施例提供的微拉伸机构的示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是本发明中的实施例提供的微拉伸机构的电镜图；

图4是图3中区域A的放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参考图1至图4。本发明中提到的微拉伸机构中的“微”指拉伸的行程在纳米级别，本发明中提到的微拉伸机构主要用于纳米级别和微米级别的样品的拉伸。本发明中提到的槽宽指的是槽的两侧壁在中径线上的轴向距离(如图3中的槽宽B所示)。本发明中涉及的所有范围均包括端点值。

本发明提供一种微拉伸机构，和拉伸机构配合用于拉伸样品15，微拉伸机构包括基座1。基座1具有第一凹槽10、第二凹槽14及第三凹槽9，第一凹槽10的两侧均具有拉伸处，第二凹槽14和第三凹槽9轴对称分布，第一凹槽10的两端分别接近第二凹槽14和第三凹槽9，基座1上还具有互相接近的断裂孔4，断裂孔4从第一凹槽10处延伸至基座1的边缘。拉伸机构用于从不同的方向拉伸基座1。

要达到原位观察拉伸前后的结构的变化的目的，主要难点在于拉伸机构不能直接实现纳米级别的拉伸行程，而且拉伸机构的拉伸力较大，容易将样品15快速拉断，从而不能很好地观察在拉伸过程中，样品15的结构变化的情况。在拉伸机构从不同的方向拉伸基座1时，互相接近的断裂孔4之间的连接最为薄弱，因此会先发生断裂变形，断裂孔4的断裂变形要小于拉伸机构的位移量，因为拉伸机构的位移也被同时分布在第一凹槽10、第二凹槽14及第三凹槽9的位移变形中。断裂孔4断裂变形后，拉伸处相应产生微小位移，从而对样品15产生微小拉伸，样品15在微小拉伸中的形变，被原位记录。由于通过断裂孔4的断裂变形对第一凹槽10的两端的拉伸处的变形影响较小，所以拉伸处的微小位移要小于断裂孔4的断裂形变。因此，本发明提供的微拉伸机构利用第一凹槽10、第二凹槽14、第三凹槽9及断裂孔4之间的互相组合，将较大的位移量转变成样品15的较小的位移量，最终的拉伸行程0纳米～200纳米。同时，将较大的压缩力，通过基座1的弹性形变，在拉伸处转变微小的拉伸力，最终实现原位观察拉伸样品15的形变的过程的目的。

于本实施例中，加热元件2设于基座1上，加热元件2用于加热样品15，用于观察样品15加热状态下拉伸样品15的形变的过程。加热元件2和基座1在图2中显示的宽度一致，但是本发明对加热元件2的尺寸不做任何限定，于其他实施例中，加热元件2还可以比基座1小。

于本实施例中，断裂孔4为多个，相邻的断裂孔4之间的距离为100纳米到3微米。孔与孔之间的距离在该范围内，断裂孔4在拉伸机构的作用下，能适时发生断裂变形。于本实施例中，断裂孔4的其中一个横截面为圆形，但是本发明对断裂孔4的形状不做任何限定，于其他实施例中，断裂孔4还可以是三角形、方形、菱形或椭圆形。于本实施例中，断裂孔4呈同一条直线排列，但是本发明对断裂孔4的排列方式不做任何限定，只需保证相邻孔之间互相接近即可。

于本实施例中，第二凹槽14包括第一段11、第二段12及第三段13，第二段12的两端分别和第三段13、第一段11连接，第二段12呈直线状，第二段12的中间部分的宽度比第二段12的两端的宽度要大，第二段12的中间部分和拉伸处相对，第一段11和第三段13均呈“凵”字型。第三凹槽9包括第四段6、第五段7及第六段8，第五段7的两端分别和第四段6、第六段8连接，第五段7呈直线状，第五段7的中间部分的宽度比第五段7的两端的宽度要大，第五段7的中间部分和拉伸处相对，第四段6和第六段8均呈“凵”字型，第三凹槽9和第二凹槽14轴对称。于本实施例中，第一凹槽10的两端分别设于第一段11、第四段6的“凵”的内部，第一凹槽10包括弯曲段，弯曲段的形状为“己”字型，弯曲段的两侧均具有拉伸处。第一凹槽10的两端分别位于第一段11、第四段6的“凵”的内部，使得第一凹槽10的两端分别和第二凹槽14、第三凹槽9的相邻部分的面积很大，增加了第二凹槽14和第三凹槽9的变形位移带动第一凹槽10的变形位移的程度。并且，第二凹槽14和第三凹槽9呈轴对称，使得基座1的两端的拉伸动作的一致性，从而保证样品15被拉伸的两个方向上的一致性。

于本实施例中，基座1还包括第四凹槽3，第四凹槽3的两端分别设于第三段13、第六段8的“凵”的内部，进一步增加基座1的拉伸变形量。

于本实施例中，拉伸处对应的弯曲段均和第五段7、第二段12平行。从而保证在拉伸机构在往相反的方向拉伸基座1时，拉力方向始终和样品15的所需拉伸方向平行。

图3中的黑色线条均为凹槽。于本实施例中，基座1采用铜材料制成，第一凹槽10、第二凹槽14及第三凹槽9的槽宽的范围为2微米～3微米。铜材料具有很好的延展性、高导热性能及容易刻蚀，第一凹槽10、第二凹槽14及第三凹槽9均采用刻蚀的方法制成，但是本发明对凹槽的制作方法不做任何限定。

于本实施例中，微拉伸机构和拉伸机构配合使用，基座1远离拉伸处的一端均具有拉伸孔5，拉伸孔5用于连接拉伸机构，拉伸机构用于从不同的方向拉伸基座1。于本实施例中，每一端的拉伸孔5均有两个，保证两端施加的拉力的平衡。

于本实施例中，加热元件2为微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems(MEMS))加热元件2，加热范围为0摄氏度～1000摄氏度。

Claims (8)

1.一种微拉伸机构，和拉伸机构配合用于拉伸样品，其特征在于，所述微拉伸机构包括：

基座，具有第一凹槽、第二凹槽及第三凹槽，所述第一凹槽的两侧均具有拉伸处，所述第二凹槽和所述第三凹槽轴对称分布，所述第一凹槽的两端分别接近所述第二凹槽和所述第三凹槽，所述基座上还具有互相接近的断裂孔，所述断裂孔从所述第一凹槽处延伸至所述基座的边缘，所述拉伸机构用于从不同的方向拉伸所述基座；

所述第二凹槽包括第一段、第二段及第三段，所述第二段的两端分别和所述第三段、所述第一段连接，所述第二段呈直线状，所述第二段的中间部分的宽度比所述第二段的两端的宽度要大，所述第二段的中间部分和所述拉伸处相对，所述第一段和所述第三段均呈“凵”字型，所述第三凹槽包括第四段、第五段及第六段，所述第五段的两端分别和所述第四段、所述第六段连接，所述第五段呈直线状，所述第五段的中间部分的宽度比所述第五段的两端的宽度要大，所述第五段的中间部分和所述拉伸处相对，所述第四段和所述第六段均呈“凵”字型，所述第三凹槽和所述第二凹槽轴对称；

所述第一凹槽的两端分别设于所述第一段、所述第四段的“凵”的内部，所述第一凹槽包括弯曲段，所述弯曲段的形状为“己”字型，所述弯曲段的两侧均具有所述拉伸处。

2.如权利要求1所述的微拉伸机构，其特征在于，所述微拉伸机构还包括加热元件，所述加热元件设于所述基座上用于加热所述样品。

3.如权利要求1所述的微拉伸机构，其特征在于，所述断裂孔为多个，相邻的断裂孔之间的距离为100纳米到3微米。

4.如权利要求1所述的微拉伸机构，其特征在于，所述基座还包括第四凹槽，所述第四凹槽的两端分别设于所述第三段、所述第六段的“凵”的内部。

5.如权利要求1所述的微拉伸机构，其特征在于，所述拉伸处对应的所述弯曲段均和所述第五段、所述第二段平行。

6.如权利要求1所述的微拉伸机构，其特征在于，基座采用铜材料制成，所述第一凹槽、所述第二凹槽及所述第三凹槽的槽宽的范围为2微米～3微米。

7.如权利要求1所述的微拉伸机构，其特征在于，所述基座远离所述拉伸处的一端均具有拉伸孔，所述拉伸孔用于连接所述拉伸机构。

8.一种微拉伸机构使用方法，适用于如权利要求1至7中的任一权利要求所述的微拉伸机构，其特征在于，所述微拉伸机构使用方法包括：样品的制作；将所述样品焊接于两个拉伸处；及拉伸所述样品。

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