力热耦合微机电系统及原位力学平台技术方案

本实用新型专利技术涉及高温微纳实验力学装置技术领域，公开了一种力热耦合微机电系统及原位力学平台，其中力热耦合微机电系统包括基体、T形加热端、C形加热端、内部温度约束结构和驱动端温度约束结构，T形加热端的横杆部间隔地嵌套于C形加热端中，以形成样品搭载区；纵杆部伸出C形加热端的开口侧并连接于内部温度约束结构，内部温度约束结构安装于凹槽的槽底；C形加热端连接于驱动端温度约束结构，驱动端温度约束结构安装于凹槽的槽口。该力热耦合微机电系统通过设置相互配合的T形加热端和C形加热端，可以减少加热区域热质，降低功率，减小热漂移，可以实现样品拉压、剪切等力学加载同时结合加热升温的原位原子分辨的力热耦合测试。

【技术实现步骤摘要】
力热耦合微机电系统及原位力学平台
本技术涉及高温微纳实验力学装置
，尤其涉及一种力热耦合微机电系统及原位力学平台。
技术介绍
原位观察技术在透射电子显微学研究中是当今的研究热点。通过在样品上施加各种物理作用，例如电、磁、力、热等外部激励，利用透射电子显微镜(TransmissionElectronMicroscope，简称TEM)来观察材料的微观结构和化学状态的变化，可以直观地研究材料或器件在实际使用过程中的性能表现，对于材料性能的研究有着重要的实际意义。由于电子显微镜原位技术中基于不同物理功能的原位样品台结构复杂、技术要求高、价格昂贵，多数以单一物理场加载为主，对于多物理场耦合调控的原位研究还比较欠缺，且温度多为中温阶段，图像分辨能力难以提高。目前，现有的原位高温力学平台(力热耦合)发展主要有三种：第一种配套光学显微镜进行研究。例如L.Y.Chen等人开发的真空高温力学设备，由加热器、真空腔、光镜等部分组成，可实现最高202℃的力学实验，但此类设备难以集成，导致加热功率高，但加热温度较低，观测与测试环境不一致的实验分辨率下降等缺点。第二类为配套扫描电子显微镜的设备，其中又可分为两种。其一为机械式原位装置，其优点是加工设计较为容易，操作简便，但由于是机械加工，导致这类装置体积过大，无法适用于透射电镜中，且加热功率过高，样品温度测量误差大等缺点。其二为基于微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，简称MEMS)的原位装置，例如，T-H.Chang等人开发的高温力学器件，其集成度高，但加热温度仅为326℃，且体积较大。第三种结合透射电子显微镜。例如，Haque等人硅掺杂加热，即电热V形梁驱动，但温度依然较低，且V梁热影响较严重。目前，现有的原位高温力学平台在温度高于600℃左右时会产生热漂移，无法确保图像分辨率达到原子尺度，且力学测试性能单一。
技术实现思路
本技术实施例提供一种力热耦合微机电系统及原位力学平台，用以解决现有的原位力学平台温度适用范围不高，且力学测试性能单一的问题。本技术实施例提供一种力热耦合微机电系统，包括基体、T形加热端、C形加热端、内部温度约束结构和驱动端温度约束结构，所述基体的一端开设有凹槽；所述T形加热端包括横杆部和纵杆部，所述横杆部间隔地嵌套于所述C形加热端中，以形成样品搭载区；所述纵杆部的一端连接于所述横杆部，所述纵杆部的另一端伸出所述C形加热端的开口侧并连接于所述内部温度约束结构，所述内部温度约束结构通过第一结构支撑梁安装于所述凹槽的槽底；所述C形加热端的封闭侧背离所述T形加热端的一端连接于所述驱动端温度约束结构，所述驱动端温度约束结构通过第二结构支撑梁安装于所述凹槽的槽口，所述驱动端温度约束结构背离所述C形加热端的一端用于连接微驱动器的动作端。其中，所述内部温度约束结构和所述驱动端温度约束结构均为三角形镂空的桁架结构。其中，所述驱动端温度约束结构背离所述C形加热端的一端设有双排平行桁架。其中，所述内部温度约束结构朝向所述T形加热端的一端通过第一热沉梁连接于所述基体，所述驱动端温度约束结构朝向所述C形加热端的一端通过第二热沉梁连接于所述基体。其中，所述T形加热端的表面设有第一加热电阻丝，所述C形加热端的表面设有第二加热电阻丝，所述基体的表面设有压焊区；所述第一加热电阻丝通过布设于所述第一热沉梁和所述基体的表面的第一引线连接于所述压焊区，所述第二加热电阻丝通过布设于所述第二热沉梁和所述基体的表面的第二引线连接于所述压焊区。其中，所述第一加热电阻丝、所述第二加热电阻丝、所述第一引线、所述第二引线与所述压焊区之间的连接均采取平直、钝角或圆角的布线方式。其中，所述C形加热端的封闭侧通过镂空的倒三角形结构连接于所述驱动端温度约束结构。其中，还包括驱动连接结构，所述驱动连接结构的第一端的宽度大于第二端的宽度；所述驱动连接结构的第一端连接于所述驱动端温度约束结构背离所述C形加热端的一端，所述驱动连接结构的第二端用于连接所述微驱动器的动作端。其中，所述驱动连接结构为凸字形结构。本技术还提供一种利用如上述所述的力热耦合微机电系统的原位力学平台，还包括驱动器载台和微驱动器，所述微驱动器和所述基体相对地安装于所述驱动器载台，所述微驱动器的动作端连接于所述驱动端温度约束结构，以驱动所述C形加热端靠近或者远离所述T形加热端。本技术实施例提供的力热耦合微机电系统及原位力学平台，其中力热耦合微机电系统包括基体、T形加热端、C形加热端、内部温度约束结构和驱动端温度约束结构，T形加热端的横杆部间隔地嵌套于C形加热端中，T形加热端的横杆部与C形加热端的内壁面之间的间隔区域形成了可以进行不同力学测试的样品搭载区，横杆部与C形加热端的封闭侧之间的间隔可以进行拉压测试，横杆部与C形加热端的开口侧之间的间隔可以进行压拉测试，横杆部与C形加热端的两侧壁之间的间隔可以进行剪切测试。该力热耦合微机电系统通过设置相互配合的T形加热端和C形加热端，在保证结构稳定的前提下，可以减少加热区域热质，从而降低功率，减小热漂移，确保图像分辨率达到原子尺度，可以实现样品拉压、剪切等力学加载同时结合加热升温的原位原子分辨的力热耦合测试。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术实施例中的一种力热耦合微机电系统的结构示意图；图2是图1中的T形加热端和C形加热端的连接处的放大示意图；图3是本技术实施例中的一种原位力学平台的结构示意图；附图标记说明：1、基体；11、质量块；2、T形加热端；21、横杆部；22、纵杆部；23、第一加热电阻丝；3、C形加热端；31、平直部；32、折弯部；33、第二加热电阻丝；4、内部温度约束结构；5、驱动端温度约束结构；51、双排平行桁架；52、倒三角形结构；61、第一结构支撑梁；62、第二结构支撑梁；71、第一热沉梁；72、第二热沉梁；81、第一引线；82、第二引线；9、压焊区；10、驱动连接结构；100、力热耦合微机电系统；200、微驱动器；300、驱动器载台。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在本技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种力热耦合微机电系统，其特征在于，包括基体、T形加热端、C形加热端、内部温度约束结构和驱动端温度约束结构，所述基体的一端开设有凹槽；/n所述T形加热端包括横杆部和纵杆部，所述横杆部间隔地嵌套于所述C形加热端中，以形成样品搭载区；所述纵杆部的一端连接于所述横杆部，所述纵杆部的另一端伸出所述C形加热端的开口侧并连接于所述内部温度约束结构，所述内部温度约束结构通过第一结构支撑梁安装于所述凹槽的槽底；所述C形加热端的封闭侧背离所述T形加热端的一端连接于所述驱动端温度约束结构，所述驱动端温度约束结构通过第二结构支撑梁安装于所述凹槽的槽口，所述驱动端温度约束结构背离所述C形加热端的一端用于连接微驱动器的动作端。/n

【技术特征摘要】
1.一种力热耦合微机电系统，其特征在于，包括基体、T形加热端、C形加热端、内部温度约束结构和驱动端温度约束结构，所述基体的一端开设有凹槽；
所述T形加热端包括横杆部和纵杆部，所述横杆部间隔地嵌套于所述C形加热端中，以形成样品搭载区；所述纵杆部的一端连接于所述横杆部，所述纵杆部的另一端伸出所述C形加热端的开口侧并连接于所述内部温度约束结构，所述内部温度约束结构通过第一结构支撑梁安装于所述凹槽的槽底；所述C形加热端的封闭侧背离所述T形加热端的一端连接于所述驱动端温度约束结构，所述驱动端温度约束结构通过第二结构支撑梁安装于所述凹槽的槽口，所述驱动端温度约束结构背离所述C形加热端的一端用于连接微驱动器的动作端。


2.根据权利要求1所述的力热耦合微机电系统，其特征在于，所述内部温度约束结构和所述驱动端温度约束结构均为三角形镂空的桁架结构。


3.根据权利要求2所述的力热耦合微机电系统，其特征在于，所述驱动端温度约束结构背离所述C形加热端的一端设有双排平行桁架。


4.根据权利要求1所述的力热耦合微机电系统，其特征在于，所述内部温度约束结构朝向所述T形加热端的一端通过第一热沉梁连接于所述基体，所述驱动端温度约束结构朝向所述C形加热端的一端通过第二热沉梁连接于所述基体。


5.根据权利要求4所述的力热耦合微机电系统，其特征在于，所述T形加热端的表面设有第一加热电阻丝，所述C...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓东，栗晓辰，毛圣成，马东锋，张剑飞，李雪峤，李志鹏，翟亚迪，张晴，杨晓萌，张家宝，王梦龙，张泽，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：新型
国别省市：北京;11