[发明专利]纳米纤维并行拉伸测试系统和方法

权利要求书

1.一种纳米纤维并行拉伸测试系统，包括电子显微镜以及与电子显微镜连接的并行拉伸测试系统，其特征在于：所述电子显微镜利用其优秀的成像能力为并行拉伸测试系统提供图像数据和操作依据；所述并行拉伸测试系统包括工作台(7)、两个闭环快速进给机构(6)、两个闭环精进给机构(1)、柔性探针组(2)、刚性探针组(5)、纳米纤维培养皿(4)、样品工作台(3)；所述两个闭环快速进给机构(6)分别安装在工作台(7)左右边上，两个闭环精进给机构(1)分别安装在两个闭环快速进给机构(6)上；所述柔性探针组(2)和刚性探针组(5)分别安装在左右两侧的闭环精进给机构(1)上；所述纳米纤维培养皿(4)固定在样品工作台(3)中央上；所述纳米纤维并行拉伸测试系统对纳米纤维进行拾取和并行拉伸操作。

2.一种纳米纤维并行拉伸测试方法，采用根据权利要求1所述的纳米纤维并行拉伸测试系统进行操作，其特征在于操作步骤如下：

步骤1：研究对象固定：将纳米纤维培养皿(4)固定在样品工作台(3)上，推样品工作台(3)至电子显微镜腔室内进行后续工作；

步骤2：大视场搜索：利用电子显微镜的大视场搜索能力确定样品工作台(3)上纳米纤维的位置，将研究对象调焦至清晰可见；

步骤3：感兴趣区域定位：移动样品工作台(3)确定研究对象上感兴趣的区域，提高放大倍数聚焦定位至感兴趣的纳米纤维；

步骤4：纳米纤维拾取：根据全局位置坐标标定出感兴趣区域，利用并行拉伸系统实现柔性探针组(2)在x，y，z三个方向上的移动，由闭环快速进给机构(6)达到平面的x，y方向坐标，再由闭环精进给机构(1)实现平面的z方向坐标，柔性探针组(2)移动至感兴趣区域后进行纳米纤维的拾取操作；

步骤5：探针并行拉伸操作：将拾取到纳米纤维的柔性探针组(2)沿z轴升至给定位置，调整探针位姿使其与(x，y)平面平行；刚性探针组(5)将纳米纤维组的自由悬浮端固定在其探针头部，此时纳米纤维的误差范围可控的初始长度确定；沿纳米纤维轴线方向，将柔性探针组(2)移动而进行并行拉伸操作，至此，完成了纳米纤维的并行拉伸操作；

步骤6：数据采集和处理：利用柔性探针组(2)上的力传感器获取该组纳米纤维的力大小，获取误差范围可控的力值；通过电子显微镜获取纳米纤维拉伸后误差可控的平均直径和纳米纤维长度；

步骤7：数据库计算分析：通过控制各环节中影响因素的误差范围，对纳米纤维拉伸后获取的力值，平均直径，伸长量数据进行分析计算；

步骤8：利用并行拉伸测试系统控制各参数的误差影响，通过计算分析各有效数据，获取纳米纤维误差可控的杨氏模量。

3.根据权利要求2所述的纳米纤维并行拉伸测试方法，其特征在于：所述步骤2中确定感兴趣区域所遵循的原则是：选择给定长度具有自由悬浮端的纳米纤维，且纳米纤维间不存在交叉，无污染物。

4.根据权利要求2所述的纳米纤维并行拉伸测试方法，其特征在于：所述步骤3中定位感兴趣纳米纤维的方法是：利用电子显微镜优秀的成像功能，找出一组平均直径在合理偏差范围内波动的纳米纤维，通过控制平均直径的偏差范围定位感兴趣的纳米纤维。

5.根据权利要求4所述的纳米纤维并行拉伸测试方法，其特征在于：对于任一组纳米纤维的平均直径大小按如下方式进行计算：其中d_max、d_min分别表示单根纳米纤维感兴趣段的最大、最小直径，表示平均直径。

6.根据权利要求4所述的纳米纤维并行拉伸测试方法，其特征在于：对于选中的一组感兴趣纳米纤维，平均直径的合理偏差范围按如下方式进行计算：其中表示平均直径的偏差大小，分别表示一组纳米纤维内任意两根纳米纤维的平均直径。