RU188877U1 - Устройство для исследования деформации при низких температурах полимерных материалов методом атомно-силовой микроскопии - Google Patents
Устройство для исследования деформации при низких температурах полимерных материалов методом атомно-силовой микроскопии Download PDFInfo
- Publication number
- RU188877U1 RU188877U1 RU2018140761U RU2018140761U RU188877U1 RU 188877 U1 RU188877 U1 RU 188877U1 RU 2018140761 U RU2018140761 U RU 2018140761U RU 2018140761 U RU2018140761 U RU 2018140761U RU 188877 U1 RU188877 U1 RU 188877U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deformation
- study
- low temperatures
- materials
- sample
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 9
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 title 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 title 1
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000011835 investigation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 27
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 210000000078 claw Anatomy 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
- G01Q30/20—Sample handling devices or methods
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к исследованиям материалов с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) и может быть использована для исследования деформации различных материалов при низких температурах. Устройство содержит алюминиевый корпус с двумя параллельными ходовыми винтами с двух сторон, вращение которых приводит к разнонаправленному движению траверс с закрепленными образцами, а также элемент Пельтье, нагреваемая сторона которого плотно прикреплена к алюминиевому корпусу устройства. На поверхности охлаждаемой стороны прикреплен медный столик, прилегая к которому охлаждается исследуемый образец. Устройство позволяет исследовать деформацию материала при пониженных температурах. 1 ил.
Description
Область, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к исследованиям материалов с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) и может использоваться для исследования деформации различных материалов при низких температурах.
Уровень техники
Известно техническое решение (1. Takashi Nishino, Akiko Nozawa, Masaru Kotera, and Katsuhiko Nakamae. In situ observation of surface deformation of polymer films by atomic force microscopy // Rev. Scientific instruments 71(5), (2000) стр. 2094-2096), в котором приведено растягивающее устройство для проведения исследований материалов методом атомно-силовой микроскопии в деформированных состояниях. Устройство выполнено в виде отдельного растяжного блока, с одним подвижным захватом, движение которого обеспечивает растяжение исследуемого образца, на который сверху вручную подводится сканер микроскопа и проводится сканирование. Недостатком данного устройства является то, что деформация образца производится с помощью движения только одного захвата, что приводит к смещению центра сканирования, которое корректируется с помощью сложной системы винтов, грубый ручной подвод зонда к исследуемому материалу, а также невозможность проведения исследований деформации материалов при низких температурах.
Известно техническое решение (2. Bharat Bhushan, Prasad S. Mokashi, Tiejun Ma. A technique to measure Poisson's ratio of ultrathin polymeric films using atomic force microscopy // Rev. Scientific instruments 74(2), 1043-1047 (2003)), в котором приведено устройство с растяжным механизмом для исследования материалов в деформированных состояниях. Устройство представляет собой отдельный блок для растяжения материалов, в котором движение захватов в противоположные стороны осуществляются с помощью винта с левой и правой резьбой от мотора, обеспечивающее одновременное расхождение захватов. Недостатком данного устройства является ручной подвод сканирующей головки АСМ, приводящий к поломке сканирующих зондов (кантилеверов), а также невозможность проведения исследований деформации материалов при низких температурах.
Известно техническое решение (3. Багров Д., Яминский И. Атомно-силовая микроскопия деформаций полимерных пленок // Наноиндустрия, №5, 2008, с. 32-36), в котором приведено растяжное устройство для исследования материалов в деформированных состояниях методом АСМ. Устройство представляет собой конструкцию с пластиковым корпусом, которая благодаря небольшому весу и габариту, способна устанавливаться на позиционер АСМ из пьезотрубки. Движение захватов в противоположные стороны осуществляются с помощью закручивания винта с левой и правой резьбой вручную, обеспечивающее одновременное расхождение захватов. Для уменьшения вибраций, возникающих при сканировании, под исследуемым образцом (пленка), установлен столик, который поддерживает исследуемую область образца. Недостатком данного устройства является пластмассовый корпус, который из-за низкой теплопроводности и высокого коэффициента термического расширения, а также недостаточностью необходимого пространства под исследуемым материалом, не позволяет проводить исследование деформации материалов при низких температурах.
Наиболее близким является техническое решение (4. Шадринов Н.В., патент РФ №2521267 Устройство для исследования материалов в деформированных состояниях методом атомно-силовой микроскопии, 29.04.14, бюл. №18), в котором приведено устройство с растяжным механизмом для исследования деформации материалов методом АСМ. Устройство представляет собой конструкцию, которая благодаря небольшому весу и габариту, способна устанавливаться на пьезотрубке АСМ, выполняющей роль позиционера. Растяжение образцов осуществляется с помощью закручивания винта с левой и правой резьбой вручную, обеспечивающее одновременное расхождение захватов. Недостатком данного технического решения является невозможность проведения исследований деформации материалов при пониженных температурах образца, вследствие недостаточности свободного пространства для установки охлаждающего элемента.
Раскрытие полезной модели
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка растяжного устройства для АСМ, которое позволит проводить исследование деформации материала при пониженных температурах.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, достигается путем установления элемента Пелтье в алюминиевый корпус растяжного устройства, который благодаря высокой теплопроводности обеспечит разность температур, необходимый для элемента Пелтье для достижения низких температур.
Существенные признаки, характеризующие полезную модель:
Ограничительные: Растяжное устройство представляет собой конструкцию с механизмом, который устанавливается в позиционер АСМ и при закручивании винта вручную, обеспечивает одновременное расхождение захватов в противоположные стороны.
Отличительные: Растяжное устройство содержит элемент Пелтье, которое плотно прикреплено к алюминиевому корпусу конструкции и обеспечивает охлаждение исследуемого материала. На поверхности элемента Пелтье плотно прикреплен медный столик, на поверхность которого должен плотно прилегать исследуемый образец.
Для достижения низких температур, необходимо обеспечить температурную разность между сторонами элемента Пелтье, т.е. выделяемая с одной стороны теплота должна отводиться. Температурная разность между сторонами элемента Пелтье, достигается благодаря высокой теплопроводности алюминиевого корпуса, который отводит выделяемую теплоту.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 приведено схематическое изображение предлагаемого устройства для исследования деформации различных материалов при низких температурах методом АСМ.
Осуществление изобретения
Устройство для исследования деформации материалов методом АСМ содержит общее металлическое основание 1 (фиг. 1), закрепленное на каретке держателя образца 2, на котором с двух сторон закреплены ходовые винты (далее винты) 3 и 4. При закручивании ручки 5, закрепленной к винту 3, по шестеренкам передается усилие и оба винта начинают противоположно вращаться, что приводит к разнонаправленному движению траверс 6 и 7, на которых с помощью зажимов 8 и 9 закреплен исследуемый образец 10. В одном из двух отверстий каждой траверсы отсутствует резьба и половина винта работает в качестве направляющего. К алюминиевому корпусу устройства плотно прикреплен элемент Пелтье 11 (прямоугольная пластина), на охлаждаемой поверхности которого прикреплен медный столик 12 таким образом, что бы исследуемый образец 10 прилегал к его поверхности.
Для обеспечения быстрого отвода выделяемого с одной стороны элемента Пелтье тепла, корпус устройства должен быть выполнен из алюминия, с общим весом не более 300 г. (Проведение измерений АСМ и СТМ измерения, спектроскопия, многопроходные методы, литография // Руководство пользователя. Зондовая нанолаборатория Интегро. НТ-МДТ, 2007 г., стр. 3-40). Длина, ширина и высота (от основания до поверхности сканируемого образца) устройства не должны превышать 100 мм, 50 мм и 20 мм, соответственно.
Исследование деформации материалов методом АСМ с помощью данного устройства осуществляется следующим образом. Образец исследуемого материала 10 с помощью зажимов 8 и 9 закрепляется на траверсах, и устройство устанавливается в позиционер атомно-силового микроскопа с помощью специальных крепежей АСМ. Затем, на элемент Пелтье 11 подается напряжение, что приводит к охлаждению его верхней стороны, где установлен медный столик 12, который охлаждает исследуемый образец 10. После проведения предварительных стандартных процедур (запуск программы управления, включение прибора, установка зондового датчика, настройка системы регистрации отклонений кантилевера, установка образца, установка измерительной головки, ручной подвод образца к зонду на расстояние 0.5-1 мм) производится автоматический (с помощью программного управления АСМ) подвод образца 10 на рабочее расстояние (1-2 нм) и проводится сканирование его поверхности. Затем, образец обратно отводится (с помощью программного управления) от зонда на безопасное для зонда расстояние (0,5-1 мм) и с помощью закручивания ручки винта 5 производится растягивание образца на определенную длину, из которого определяется относительное удлинение и степень деформации образца. Величина удлинения измеряется с помощью штангенциркуля. Затем процедура повторяется (подвод и сканирование образца). Такой цикл можно повторять несколько раз. Для того, что зонд все время оставался над одной и той же областью образца, процессы деформации и сканирования контролируются при помощи встроенной оптики АСМ. Обычно, в качестве маркера на поверхности выбирается определенный дефект, и сканирование проводится вблизи него. В результате получаются серии сканов определенного участка поверхности образца при различных значениях одноосного растяжения.
Claims (1)
- Устройство для исследования деформации материалов методом атомно-силового микроскопа, содержащее алюминиевый корпус с двумя параллельными ходовыми винтами с двух сторон, вращение которых приводит к разнонаправленному движению траверс с закрепленными образцами, отличающееся тем, что устройство содержит элемент Пелтье, нагреваемая сторона которого плотно прикреплена к алюминиевому корпусу устройства, а на поверхности охлаждаемой стороны прикреплен медный столик, прилегая к которому охлаждается исследуемый образец.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140761U RU188877U1 (ru) | 2018-11-19 | 2018-11-19 | Устройство для исследования деформации при низких температурах полимерных материалов методом атомно-силовой микроскопии |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140761U RU188877U1 (ru) | 2018-11-19 | 2018-11-19 | Устройство для исследования деформации при низких температурах полимерных материалов методом атомно-силовой микроскопии |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU188877U1 true RU188877U1 (ru) | 2019-04-25 |
Family
ID=66315088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018140761U RU188877U1 (ru) | 2018-11-19 | 2018-11-19 | Устройство для исследования деформации при низких температурах полимерных материалов методом атомно-силовой микроскопии |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU188877U1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5654546A (en) * | 1995-11-07 | 1997-08-05 | Molecular Imaging Corporation | Variable temperature scanning probe microscope based on a peltier device |
| JP2013044743A (ja) * | 2011-08-26 | 2013-03-04 | Kenjiro Kimura | 中低温原子間力顕微鏡用サンプルホルダー |
| RU2521267C1 (ru) * | 2012-11-08 | 2014-06-27 | Николай Викторович Шадринов | Устройство для исследования материалов в деформированных состояниях методом атомно-силового микроскопа |
-
2018
- 2018-11-19 RU RU2018140761U patent/RU188877U1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5654546A (en) * | 1995-11-07 | 1997-08-05 | Molecular Imaging Corporation | Variable temperature scanning probe microscope based on a peltier device |
| JP2013044743A (ja) * | 2011-08-26 | 2013-03-04 | Kenjiro Kimura | 中低温原子間力顕微鏡用サンプルホルダー |
| RU2521267C1 (ru) * | 2012-11-08 | 2014-06-27 | Николай Викторович Шадринов | Устройство для исследования материалов в деформированных состояниях методом атомно-силового микроскопа |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106525571B (zh) | 一种适配于光学显微镜上的显微镜拉伸仪 | |
| CN109781516B (zh) | 一种材料应变原位ebsd观察试验用夹具及该试验方法 | |
| CN106908311B (zh) | 一种基于ebsd分析的原位力-热耦合加载装置和试验方法 | |
| US7975316B2 (en) | Atomic force microscope and interaction force measurement method using atomic force microscope | |
| RU188877U1 (ru) | Устройство для исследования деформации при низких температурах полимерных материалов методом атомно-силовой микроскопии | |
| RU2521267C1 (ru) | Устройство для исследования материалов в деформированных состояниях методом атомно-силового микроскопа | |
| CN112730744B (zh) | 基于微滴脱粘法的复合材料界面力学评价装置及方法 | |
| CN212083074U (zh) | 定伸保持器 | |
| RU2456594C1 (ru) | Устройство для определения деформационных свойств трикотажных полотен при растяжении неразрушающим методом | |
| CN117169005A (zh) | 复合材料界面力学性能测试系统 | |
| RU194314U1 (ru) | Устройство с активным охлаждением для исследования деформации полимерных материалов при низких температурах методом атомно-силовой микроскопии | |
| CN109470571A (zh) | 一种束纤维拉伸微应变的测量机构及用途 | |
| JP2006292564A (ja) | 小型面内多軸延伸試験機及び小型面内多軸延伸試験法 | |
| RU2704579C1 (ru) | Способ и устройство для испытаний эластичных материалов с малым поперечным сечением при воздействии на них натяжения и температуры | |
| Tobias et al. | Shrinkage behavior of oriented PVC by thermomechanical analysis | |
| CN106443078B (zh) | 一种扫描电子显微镜原位检测装置及扫描电子显微镜系统 | |
| WO2020224002A1 (zh) | 一种用于测量微纳米尺度纤维力学性能的装置 | |
| RU225203U1 (ru) | Устройство для измерений упругих, термоупругих характеристик материалов на атомно-силовом микроскопе | |
| CN214702581U (zh) | 钢丝张力计精度检测装置 | |
| CN217180318U (zh) | 碳纤维单丝拉伸测试装置 | |
| Bischoff et al. | Analytical methods for polymers and polymer fibres | |
| RU2227282C1 (ru) | Установка для испытаний листовых материалов на растяжение | |
| Harvey et al. | Determining the helical pitch and relative polarity of collagen using polarization-resolved SHG | |
| Spagnolo et al. | Flash thermography with a periodic mask: profile evaluation of the principal diffusivities for the control of composite materials | |
| RU2602766C1 (ru) | Оптоэлектронное устройство для оценки параметров раздвигаемости нитей текстильных материалов |