[发明专利]一种高普适性单轴滑杆式应变仪

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种高普适性单轴滑杆式应变仪,可以适用多尺度样品，并能够配合其他多种分析仪器在多环境(例如不同的气氛或温度)下使用，具有极高的普适性。

背景技术

原子外层电子结构密切关系材料的物理化学性能，而原子间距离的改变(施加弹性应变)又影响外层电子结构，相应的，材料的物理、化学性能也随之改变。因此，通过施加弹性应变为可控、可逆、定量的调控材料的物理、化学性能提供了新思路，即所谓的“弹性应变工程”。然而，传统的力学加载方式主要针对的是宏观尺度的材料且难于同时测量其他材料的物理、化学性能，而当材料尺寸减小到微纳尺度时，传统的方式难以发挥作用。为了在多种不同尺度的材料上施加超大弹性应变的同时实现对材料多种物理、化学性能(如光学、热学、磁学、催化性能等)的测试，开发和发展一套简单、可靠且可以在多种实验研究仪器装置下使用的可实现多场耦合的应变产生仪就显得格外重要。

目前应用于微纳尺度材料的应变产生方式主要有MEMS(Micro-electromechanical Systems)和三/四点弯的方法。MEMS的优点在于具有测量精密程度高，单轴性能好的特点，但是其单个成本高，及易损坏且需要借助专用的样品杆来完成加载，目前主要应用在透射电子显微镜中。MEMS中现在主要使用的有PTP(Y.Oh,et al.,Micro/nano-mechanical test system employing tensile test holder with push-to-pull transformer,EP2349913)以及H.D.Espinosa研究组设计的利用静电驱动和焦耳热驱动分别实现力控制和位移控制的测试系统(Y.Zhu,et al.,An electromechanical material testing system for in situ electron microscopy and applications[J],PNAS,2005)。MEMS一次只能够针对单一实验样品进行实验，同时制样方法较为困难，需借用昂贵的聚焦离子束(FIB)，利用机械手和铂沉积来完成样品的转移和固定。该过程需要较高的FIB技术才可以完成，而且整个过程耗时较长，大大增加了整个实验的成本。此外样品在FIB和TEM中也容易受到高能电子束和离子束的影响，对实验结果可能造成失真。这就需要一个制样简单并且易于与其他表征手段连用的测试样品台。

三/四点弯的应变产生方式的实施是将实验样品两端固定在金属板上，然后依靠三个或者四个力作用点使金属板形成弯曲。通过金属板表面将位移传递给实验样品的两个固定点从而实现力的传递，实现对实验样品的拉伸和压缩。如P.Yang研究组在“Giant piezoresistance effect in silicon nanowires”文章中就使用了这种方式(R.He,P.Yang,Giant piezoresistance effect in silicon nanowires[J],Nature Nanotechnology,2006)。该方法具有制样简单并且易于与其他表征手段连用的特点，但是这种应变产生方式不能够实现应变的连续可调和纯单轴拉伸。该实用新型相比于这种方式的优点就在于可实现单轴拉伸，双向应变，定量控制，加载过程中样品上下位移小，易于原位实时观察。

此外,对于宏观膜状材料的测试系统大多体积庞大，虽然在力学性能参数的测试上确实拥有不可替代的优点，但绝大多无法与其他仪器联用，无法获得对材料力学行为与结构演变的深层次的关系。相比较，该应变仪就可以和多种光谱仪、衍射仪等材料结构、性能的表征设备联用。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高普适性单轴滑杆式应变仪，该应变仪具有体积小、制造成本低、实验成本低、制样简单的特点，可以避免高能电子束和离子束影响，能够观察视野内所有样品，并能够均匀单轴向施加应变、同时进行拉伸压缩实验，适合多场合使用，因此具有高普适性的优势。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：