原位觀察力學(xué)測(cè)試納米壓痕儀-掃描電子顯微鏡SEM聯(lián)用 PI88 可以施加載荷，檢測(cè)位移，在電鏡SEM下進(jìn)行壓痕、壓縮、彎曲、劃痕、拉伸和疲勞等力學(xué)性能測(cè)試；此外，通過(guò)升級(jí)電學(xué)、加熱模塊，還可研究材料在力、電、熱等多場(chǎng)耦合條件下結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。

組裝到掃描電子顯微鏡SEM，通過(guò)載荷和位移驅(qū)動(dòng)壓頭，測(cè)試從納米到微米尺度的樣品，同步結(jié)合材料變形的觀察和力學(xué)數(shù)據(jù)的輸出。

原位觀察力學(xué)測(cè)試納米壓痕儀 - PI88 特點(diǎn)

1.  Hysitron-三板電容式傳感器

    SEM條件下，測(cè)試儀器針尖的靈敏度和操控性是原位探測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。Hysitron PI88原位測(cè)試系統(tǒng)的針尖采用壓電陶瓷精細(xì)定位和三板電容傳感器精密驅(qū)動(dòng)探測(cè)的技術(shù)，使得樣品的原位操控得以實(shí)現(xiàn)。Hysitron的三板電容式傳感器提供靜電式驅(qū)動(dòng)和電容式位移傳感，程度降低熱漂移；同時(shí)，緊湊的設(shè)計(jì)、較小的體積使其能夠放進(jìn)SEM的試樣交換室，而且不需要固定在顯微鏡內(nèi)。樣品桿載荷、位移的高檢測(cè)靈敏度，使納米材料的電熱及力學(xué)性能得以探測(cè)。

2.  主動(dòng)阻尼減震的Q-Control

    Q-Control集成于Performech? II控制模塊，通過(guò)增加主動(dòng)阻尼，降低了真空環(huán)境中的振動(dòng)，從而了圖像和視頻采集的高分辨率。

3.   載荷和位移控制Load & Displ

    多控制模式既可以通過(guò)設(shè)定載荷控制模式，觀察相應(yīng)針尖的位移情況；還可以通過(guò)設(shè)定位移控制模式，觀察壓痕過(guò)程中針尖受到樣品的作用力變化。兩種控制模式豐富了我們研究材料力學(xué)性能的方法，比如載荷控制模式可以通過(guò)設(shè)定恒定壓力研究材料的蠕變特性，而位移控制模式則在應(yīng)力松弛的研究中更為。

4.   數(shù)字控制模塊

    Hysitron性能的反饋控制算法與優(yōu)異的測(cè)試靈敏度相結(jié)合，使得Hysitron 納米力學(xué)測(cè)試手段。Hysitron PI-88反饋控制功能采用Performech? II控制系統(tǒng)，內(nèi)嵌數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）可對(duì)用戶輸入做出響應(yīng)，進(jìn)行控制。內(nèi)部反饋頻率78 kHz，了載荷/位移函數(shù)可以捕捉到壓痕產(chǎn)生過(guò)程中轉(zhuǎn)瞬即逝的變化，這對(duì)應(yīng)變速率快的壓痕測(cè)試適用，如位錯(cuò)、斷裂起始等，同時(shí)能降低噪聲背景（＜20nN），從而實(shí)現(xiàn)真正的微觀納米尺度測(cè)試。

                 Slower electronics (3kHz)                        Performech enhanced control 78kHz

1. 儀器能同時(shí)同步提供原位納米力學(xué)材料測(cè)試結(jié)果和掃描電鏡中材料變形的觀察，

   并能準(zhǔn)確提供定量的載荷和位移的數(shù)據(jù)。

2. 設(shè)備應(yīng)采用靜電驅(qū)動(dòng)和電容式位移傳感,在同一個(gè)傳感器執(zhí)行納米壓痕試驗(yàn)

3. 施加縱向載荷: 10mN

4. 縱向載荷分辨率: <3nN

5. 縱向載荷噪音背景: <400nN

6. 壓痕深度: 5μm

7. 位移分辨率: <0.02nm

8. 位移噪音背景: <1nm

9. 掃描電鏡壓痕儀透過(guò)艙體現(xiàn)有接口接駁電線，應(yīng)能安放在電鏡的艙體之內(nèi)。

10. 掃描電鏡壓痕儀須能于掃描電鏡內(nèi)進(jìn)行納米拉伸測(cè)試，利用PTP可以把壓縮應(yīng)力轉(zhuǎn)換成拉伸應(yīng)力。

11. 應(yīng)采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的樣品傳導(dǎo)平臺(tái)

    (1) 樣品臺(tái)范圍：X軸:>12 mm; Y軸:>16 mm; Z軸:>8 mm;

    (2) 靈敏度: X, Y, Z: < 5 nm

12. 數(shù)據(jù)采集率: 閉環(huán)載荷和位移控制數(shù)據(jù)采集不少于38,000Hz

13. 設(shè)備應(yīng)能夠提供閉環(huán)載荷和位移控制, 控制環(huán)率至少78,000 Hz

14. 控制設(shè)備應(yīng)將DSP和FPGA新技術(shù)嵌入, 并行U 2.0連接

1. 樣品傾斜&旋轉(zhuǎn)模塊

    Hysitron PI88具有可移動(dòng)范圍大、分辨率高的 XYZ 樣品定位平臺(tái)，XYZ三軸可移動(dòng)范圍均>8 mm，其的橫向和線性度，為大尺寸樣品的測(cè)試提供了更多可能。同時(shí)，PI-88選配樣品傾斜&旋轉(zhuǎn)平臺(tái)模塊后可在原先3個(gè)自由度（X/Y/Z/）的基礎(chǔ)上新增傾斜和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)自由度，以用于樣品的定位；并可在不破壞真空環(huán)境的條件下，實(shí)現(xiàn)與EBSD、EDS、FIB的無(wú)縫鏈接。節(jié)省了整個(gè)測(cè)試過(guò)程中花費(fèi)在顯微鏡上的工藝時(shí)間，并可使敏感性樣品免于暴露在大氣中。

樣品臺(tái): X-軸: >12 mm Y-軸: >16 mm Z-軸: >8 mm

樣品傾斜&旋轉(zhuǎn)模塊：傾斜范圍: 180°| 傾斜: <0.33°| 旋轉(zhuǎn)范圍: 180°| 旋轉(zhuǎn): <0.12°

2. 可拓展量程（xR）模塊

    前沿的壓電技術(shù)與Hysitron電容式位移傳感技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)在不靈敏度及材料性能的條件下，對(duì)樣品施加更大的力及應(yīng)變。該模塊可提供>500 mN的縱向力以及>150 μm的縱向位移，可用于測(cè)試更大及更強(qiáng)的樣品。

3. 400℃ & 800℃高溫臺(tái)

    Hysitron自行研發(fā)的MEMS加熱系統(tǒng)具有400℃和800℃兩種加熱模塊可供選擇，采用電阻式加熱有利于在更大范圍內(nèi)原位研究材料的力學(xué)性能。PID技術(shù)可在真空中具有更好的熱穩(wěn)定性。同時(shí)，真空條件可表面氧化的發(fā)生。此外，還可直接測(cè)量及觀察材料的熱致轉(zhuǎn)變過(guò)程。

（a）400℃高溫臺(tái) 

（b）800℃高溫臺(tái) 

4.納米劃痕模塊

    與SEM成像同步的原位劃痕測(cè)試可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程中的定位以及對(duì)小尺度磨損機(jī)制的實(shí)時(shí)觀察。我們的納米劃痕傳感器可提供與滑移和剪切條件下材料響應(yīng)性相關(guān)聯(lián)的定量橫向力測(cè) 試。

    橫向力：30 mN | 橫向移動(dòng)距離：30 μm | 橫向力噪聲背景： < 3Μn

5. 學(xué)表征模塊 (Electrical Characterization Module, ECM)

    ECM是測(cè)量納米尺度電接觸電阻的優(yōu)選工具，提供大的無(wú)縫原位電學(xué)、力學(xué)及同時(shí)力電性能測(cè)量。傳感器無(wú)以倫比的力學(xué)測(cè)試，提供工業(yè)的力和位移測(cè)量。導(dǎo)電硼摻雜金剛石探針既可以用于標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)測(cè)試，也可以用于電學(xué)測(cè)試。此外，導(dǎo)電壓頭支架允許用戶裝載他們的導(dǎo)電探針，實(shí)現(xiàn)樣品化的表征研究。

    Hysitron(海思創(chuàng))已經(jīng)開發(fā)專有軟件為電學(xué)測(cè)量提供自動(dòng)化控制，多功能載荷函數(shù)編輯器允許單點(diǎn)或I-V曲線測(cè)量和獲取壓痕加載過(guò)程中任意點(diǎn)?？梢钥焖贆z測(cè)結(jié)果和通過(guò)單雙坐標(biāo)圖觀察或輸入到Hysitron TriboAnalysis 軟件，提供進(jìn)一步nanoECR數(shù)據(jù)分析和定制數(shù)據(jù)分析。

6. 原位拉伸測(cè)試臺(tái)(PTP, Push- to Bull)

    PI88 還可搭載Push-to-Pull (PTP) 原位拉伸裝置，用于微尺度原位拉伸測(cè)試，能夠同步獲得微觀結(jié)構(gòu)圖像和定量應(yīng)力-應(yīng)變曲線，是市面上也是可以進(jìn)行原位定量拉伸測(cè)試的裝置，適用于測(cè)量傳統(tǒng)方式不易進(jìn)行測(cè)試的低維材料，如納米線、薄膜以及石墨烯等納米尺度的拉伸性能。

7. E-PTP（Electrical+Push-to-Pull）

    Hysitron的E-PTP測(cè)試模塊采用了在PTP拉伸臺(tái)鍍上具有圖案的電，使研究人員在進(jìn)行拉伸測(cè)試的同時(shí)，可以輸入電學(xué)信號(hào)，來(lái)研究動(dòng)態(tài)拉伸過(guò)程中樣品的電學(xué)特性，如電阻等。這對(duì)研究電致伸縮材料、壓電材料等。

8. Nano DMA(Dynamic Mechanical Analysis) in PI separately

    動(dòng)態(tài)力學(xué)是測(cè)試粘彈性材料力學(xué)性能的一種方法。該模塊可提供頻率300 Hz的正弦載荷加載，以評(píng)估眾多材料的時(shí)間響應(yīng)性。這一技術(shù)簡(jiǎn)化了測(cè)試裝置，是直接觀察微納結(jié)構(gòu)柱子、粒子、梁、納米纖維以及薄膜材料疲勞性能的理想選擇。

9. 不同尺寸形狀、摻雜導(dǎo)電探針

    針對(duì)不同的材料和測(cè)試需求，Hysitron提供多種針尖，除了上圖中的三種Berkovich、Cube Corner和Conical常規(guī)形狀的針尖，Hysitron還可按客戶具體用途及需求定制生產(chǎn)各種針尖。此外，針對(duì)導(dǎo)電樣品，我們也有的硼摻雜金剛石針尖。由于采用的是硬的金剛石材料做針尖，因此其在日常使用中磨損較少，壽命很長(zhǎng)。

       (left) Berkovich           (Mid) Cube Corner        (Right) Conical