Hysitron PI 89 掃描電鏡聯(lián)用納米壓痕儀

The Hysitron PI 89 掃描電鏡聯(lián)用納米壓痕儀利用掃描電子顯微鏡（SEM、FIB/SEM）的卓越成像能力，可以在成像的同時進行定量納米力學測試。這套全新系統(tǒng)搭載 Bruker 領(lǐng)先的電容傳感技術(shù)，繼承了引領(lǐng)市場的第一批商業(yè)化原位 SEM 納米力學平臺的優(yōu)良功能。該系統(tǒng)可實現(xiàn)包括納米壓痕、拉伸、微柱壓縮、微球壓縮、懸臂彎曲、斷裂、疲勞、動態(tài)測試和力學性能成像等功能。

一、亮點

1）無以倫比------控制和性能

具有固有的位移控制，位移范圍從<1nm to 150μm，業(yè)界領(lǐng)先的力范圍從<1μN to 3.5N，和78kHz的反饋速率和39kHz的數(shù)據(jù)采集速率，從而記錄各種瞬態(tài)事件。

2）創(chuàng)新------樣品臺技術(shù)

通過一個線性編碼器和兩種旋轉(zhuǎn)/傾斜臺配置實現(xiàn)可靠的和可重復的準確樣品定位、性質(zhì)成像、原位FIB加工和包括EBSD, EDS, BSE, and TKD在內(nèi)的分析成像。

3）多功能------模塊化設(shè)計

支持幾乎所有的原位測試技術(shù)和選項，包括高溫、納米摩擦、電表征、納米動態(tài)力學、壓轉(zhuǎn)拉測試、直接拉伸、高應(yīng)變率測試和掃描探針原位成像等。

二、特點

1）先進性能和功能

旋轉(zhuǎn)/傾斜樣品臺配置

新一代設(shè)計具有兩種旋轉(zhuǎn)/傾斜樣品臺配置。額外的線性樣品臺實現(xiàn)樣品與傳感器之間的快速和簡便定位。

Hysitron PI 89的緊湊設(shè)計允許最大的樣品臺傾斜，以及測試時成像的最小工作距離。PI 89為研究者提供了比競爭產(chǎn)品更廣闊的適用性和性能：

       * 重新設(shè)計的結(jié)構(gòu)增加適用性和易用性

       * 1 nm精度的線性編碼器實現(xiàn)更大范圍下更好的自動測試定位重復性

       * 更高的框架剛度(~0.9 x 10⁶ N/m)提供測試過程更好的穩(wěn)定性

        *兩種旋轉(zhuǎn)/傾斜模式實現(xiàn)成像、FIB加工、以及各種探測器的聯(lián)用，包括EDS， CBD，EBSD，and TKD等。

2）固有位移控制

Hysitron PI 89利用布魯克先進的亞納米尺度傳感器和壓電力驅(qū)動結(jié)構(gòu)實現(xiàn)真正的位移控制和載荷控制測試：

    * 在固有位移控制模式中，壓電驅(qū)動器實現(xiàn)預設(shè)位移率的位移控制，同時力傳感器測力。

    * 在真載荷控制模式下，力傳感器直接通過靜電力加載，同時通過三板電容測量位移。

    * 傳感器的超低電流設(shè)計使得溫漂最小化，實現(xiàn)無比靈敏的載荷和位移測量。

3）與SEM成像和其它性能成像同步的原位力學測試

Hysitron PI 89獲得的原位力學測試結(jié)果與SEM成像同步且并列顯示。這使得用戶能觀察到缺陷、應(yīng)變、熱/電刺激對于工程材料性能、壽命和耐久性從納米到微米尺度的影響。這種同步實現(xiàn)更多的分析：

*旋轉(zhuǎn)/傾斜樣品臺實現(xiàn)EBSD和力學性能成像聯(lián)用

*能在力學性能測試前、后直接進行FIB加工，而無需轉(zhuǎn)換腔體

三、選件和配件

The Hysitron PI 89的模塊化設(shè)計支持幾乎所有的創(chuàng)新原位測試技術(shù)。兩套旋轉(zhuǎn)/傾斜樣品臺設(shè)計實現(xiàn)高級成像功能和FIB加工。

1） XPM------定量、超高速機械性能映射；

2）SEM 和 TEM 加熱------直接測量和觀察熱啟動材料轉(zhuǎn)化；

3）原位納米劃痕模塊------具有同時法線和橫向力感應(yīng)的高分辨率測量；

4） 納米動態(tài)力學模式------施加振蕩力，持續(xù)測量粘彈性和疲勞特性，作為接觸深度、頻率和時間的函數(shù)；

5）電氣特性模塊（ECM）------在納米壓痕、壓縮或拉伸加載期間同時進行原位電氣和機械測量；

6）Tribo iQ ------功能齊全的數(shù)據(jù)處理、分析、繪圖和報告軟件；

7）壓轉(zhuǎn)拉裝置------專為納米線和獨立薄膜而設(shè)計；

8）直接拉-拉伸測試------提供完整的應(yīng)力應(yīng)變曲線、楊氏模量、屈服強度、工作硬化等；

   9）兼容TKD和STEM------提供電子透明樣品的分析成像；

 10）原位SPM成像------基于力反饋的樣品表面的地形成像。

四、相關(guān)圖片

1）從SEM獲得的視頻采集實現(xiàn)實時觀察和與力學測試直接對應(yīng)。樣品由Professor Steven Nutt, University of Southern California惠贈

2）Ceramic matrix composite modulus map composed of 400 measurements in 67 seconds (left). Ceramic matrix composite modulus distribution statistics (right)

3）在室溫（左上）和 800℃（右上）環(huán)境中粘結(jié)涂層柱子壓縮后的形貌。在室溫下測試的柱子中可以清楚地看到穿晶破裂，而在高溫下才出現(xiàn)晶間破裂。應(yīng)力應(yīng)變曲線（下圖）表明在室溫下有較大的應(yīng)變硬化，而在較高的溫度下更為有限

4）在傾斜的法向載荷劃痕測試期間記錄的法向和橫向力數(shù)據(jù)（上圖），以及顯示變形和失效各個階段的SEM同步視頻的圖像（下圖）：（A）兩對垂直于劃痕路徑的裂紋；（B）分層事件和探針前方的可見彎曲；（C）分層區(qū)域的剝落/彈出；和（D）探針到達第一個剝落區(qū)域遠端產(chǎn)生的第二次剝落/分層事件