FT-NMT04納米力學(xué)性能測試系統(tǒng)是一種多功能的原位掃描電鏡/光纖納米壓頭，能夠準(zhǔn)確量化材料在微觀和納米尺度上的力學(xué)行為。

FT-NMT04納米力學(xué)性能測試系統(tǒng)基于Femtotools微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)，這種原位納米壓頭具有無與lun比的分辨率、重復(fù)性和動態(tài)響應(yīng)。 FT-NMT04原位納米壓頭用于金屬、陶瓷、薄膜以及超材料和MEMS等微觀結(jié)構(gòu)的力學(xué)測試。此外，通過使用各種附件，F(xiàn)T-NMT04的性能可以擴(kuò)展到各個(gè)研究領(lǐng)域的通用要求。典型的應(yīng)用包括通過對微孔的壓縮試驗(yàn)或?qū)菢?biāo)本、薄膜或納米線的拉伸試驗(yàn)來量化塑性變形機(jī)制。此外，壓縮試驗(yàn)過程中的連續(xù)剛度測量可以量化微梁斷裂試驗(yàn)過程中的裂紋擴(kuò)展和斷裂韌性。由于500 pn和50 pm的低噪聲，F(xiàn)T-NMT04淺納米壓痕具有很好的重復(fù)性，以及納米壓痕與EBSD映射的相關(guān)性。

二、 功能

l 主要功能

FT-MNT04原位SEM納米壓痕儀，可以做納米壓痕、微柱壓縮測試、微懸臂梁斷裂測試、為拉伸測試、STEM/EBSD相關(guān)的原位納米機(jī)械測試。其中納米壓痕功能可以進(jìn)行低體積材料硬度和楊氏模量的測定、定接觸力學(xué)和動力響應(yīng)的量化、多軸應(yīng)力下變形機(jī)理的表征；微柱壓縮測試功能可以進(jìn)行滑動系統(tǒng)臨界剪切應(yīng)力的測定、單軸應(yīng)力下變形機(jī)理的表征、延伸損傷和局部應(yīng)變量化；微懸臂斷裂測試功能可以進(jìn)行亞微米斷裂韌性連續(xù)J積分、單調(diào)循環(huán)斷裂行為的表征、單個(gè)裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的量化。微拉伸測試功能可以進(jìn)行屈服應(yīng)力、極限拉伸應(yīng)力和斷裂伸長的測定、單調(diào)循環(huán)載荷下斷裂的表征、局部應(yīng)變效應(yīng)和裂紋擴(kuò)展的量化；STEM/EBSD相關(guān)的原位納米機(jī)械測試功能可以進(jìn)行局部應(yīng)變的定量研究、相變的定量研究、紋理演化的定量研究、位錯(cuò)動力學(xué)定量研究、晶界遷移的定量研究 。

l 技術(shù)特點(diǎn)

納米壓痕、壓縮、張力、斷裂和疲勞試驗(yàn)

無需復(fù)合、動態(tài)校準(zhǔn)即可進(jìn)行連續(xù)硬度測量或疲勞測試

高溫測試溫度可達(dá)400℃

壓頭面積函數(shù)和框架合規(guī)性的簡單確定

功率數(shù)據(jù)分析工具，用于評估測量結(jié)果和擬合功能計(jì)算材料性能

可快速安裝和移除SEM腔室

緊湊，模塊化的設(shè)計(jì)能夠集成到幾乎所有的掃描電鏡中

可定制測量程序

l 技術(shù)能力

力感測

-力范圍：~200 mN

-力噪聲：0.5 nN（10 Hz時(shí)）

-測量頻率高達(dá)96 kHz

位移傳感（粗）

-位移范圍：21 mm

-位移噪聲：1nm（10Hz）

-測量頻率：50Hz

位移傳感（精細(xì)）

-位移范圍：25μm

-位移噪聲：0.05nm（10Hz）

-測量頻率高達(dá)96 kHz

3、4和5軸力傳感器與樣品對準(zhǔn)

-X、Y、Z閉環(huán)定位范圍：21mm x 12mm x 12 mm

-X、Y、Z閉環(huán)定位噪聲：1nm

-樣品傾斜范圍：90°

-樣品旋轉(zhuǎn)范圍：360°(FT-NMT04-XYZ-R)，180°(FT-NMT04-XYZ-RT)

-樣品角噪聲：35微度

應(yīng)用

l 微柱壓縮

原位掃描電鏡微柱壓縮試驗(yàn)提供了一種測量低體積材料單軸力學(xué)響應(yīng)的方法，并直接將應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)與單個(gè)變形關(guān)聯(lián)起來。它能夠量化具體的階段和顆粒，或研究尺寸效應(yīng)，測量系統(tǒng)的關(guān)鍵要求是高負(fù)載和位移分辨率，以及快速的數(shù)據(jù)采集率。

利用掃描電鏡（SEM）和電子束衍射（EBSD）技術(shù)。在壓縮過程中，在屈服和塑性之前的初始加載階段觀察到線性彈性。在塑性狀態(tài)下，鋸齒狀塑性流動行為伴隨著應(yīng)力驟降和再加載周期，通常是位錯(cuò)滑移的特征。該系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵要求是真正的位移控制。結(jié)合超低負(fù)荷噪聲地板，可以對更小的應(yīng)力降進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，能夠?qū)ξ诲e(cuò)和各種晶格缺陷之間相互作用的性質(zhì)有新的認(rèn)識。

l 微懸臂斷裂試驗(yàn)

斷裂韌性是大多數(shù)工程應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵性能。采用微懸臂梁彎曲試驗(yàn)進(jìn)行小尺度斷裂試驗(yàn)是確定低體積材料斷裂韌性的關(guān)鍵。此外，這些試驗(yàn)為量化特定微觀結(jié)構(gòu)特征對材料整體抗裂性提供了重要的信息。對于脆性斷裂，斷裂韌性由大載荷下的應(yīng)力強(qiáng)度因子k確定。對于彈塑性斷裂，需要另一種方法。通常，彈塑性斷裂力學(xué)采用J積分分析裂紋擴(kuò)展阻力曲線（J-R曲線）和彈塑性斷裂韌性（JIC）。通常情況下，較高的KIC、JIC或更陡的J-R曲線表明材料具有更高的抗斷裂性。使用連續(xù)剛度測量（CSM）進(jìn)行的微懸臂彎曲試驗(yàn)既能監(jiān)測裂紋長度的演變，也能從定期卸載分段計(jì)算連續(xù)J積分。

l 微拉伸試驗(yàn)

大型拉伸試驗(yàn)是一種常用的量化材料彈性模量、屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度的試驗(yàn)。 為了量化單相或界面的特性，需要進(jìn)行微觀拉伸試驗(yàn)。 FIB可用于將硅力傳感探頭的jian端加工成夾具的形狀，這種夾持器的形狀能夠夾持狗骨樣本，以便進(jìn)行微拉伸試驗(yàn)。測量全應(yīng)力應(yīng)變曲線的一個(gè)關(guān)鍵試驗(yàn)要求是位移控制試驗(yàn)。

l 機(jī)械測試與STEM/EBSD相關(guān)聯(lián)

FT-NMT04不僅將材料的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)研究與表面分析相結(jié)合，同時(shí)與EBSD、TKD和STEM特性相結(jié)合，對相變和位錯(cuò)動力學(xué)進(jìn)行了前所wei有的定量研究。微拉伸試驗(yàn)、支柱壓縮和懸臂彎曲與EBSD相聯(lián)，能夠監(jiān)測和量化動態(tài)相變和應(yīng)變。

l 連續(xù)剛度測量（CSM）

標(biāo)準(zhǔn)納米壓痕在卸載開始時(shí)候提供測量數(shù)據(jù)，但是連續(xù)剛度測量（CSM）可以記錄硬度和彈性模量，作為壓頭穿透深度的函數(shù)。FT-NMT04具有高載荷和位移分辨率的CSM納米壓痕，能夠量化從淺穿透過程中塑性開始到主體材料的機(jī)械響應(yīng)。此外，FT-NMT04系統(tǒng)的擴(kuò)展諧波頻率范圍（高達(dá)500Hz），加上快速的數(shù)據(jù)采集率，適用于粘彈性和粘塑性的定量動態(tài)力學(xué)分析。

相關(guān)文獻(xiàn)

1. X. Zhao, D.J. Strickland, P.M. Derlet, M.R. He, Y.J. Cheng, J. Pu, K. Hattar, and D.S. Gianola. “In situ measurements of a homogeneous to heterogeneous transition in the plastic response of ion-irradiated ≤111≥ Ni microspecimens." Acta Materialia, 2015

2. Technique based on: Ast J., Merle B., Durst K., G?ken M. “Fracture toughness evaluation of NiAl single crystals by microcantilevers - A new continuous J-integral method" (2016) Journal of Materials Research, 31 (23), pp. 3786-3794.d ≤111≥ Ni microspecimens." Acta Materialia, 2015

3. Z. Fu, L. Jiang, J. L. Wardini, B. E. MacDonald, H. Wen, W. Xiong, D. Zhang, Y. Zhou, T. J. Rupert, W. Chen, E. J. Lavernia, “A high-entropy alloy with hierarchical nanoprecipitatesand ultrahigh strength." Science Advances, 2018