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）的成像能力，可以在成像的同時(shí)進(jìn)行定量納米力學(xué)測試。這套全新系統(tǒng)搭載 Bruker 的電容傳感技術(shù)，繼承了市場的批商業(yè)化原位 SEM 納米力學(xué)平臺(tái)的優(yōu)良功能。該系統(tǒng)可實(shí)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(dòng)態(tài)測試和力學(xué)性能成像等功能。
一、亮點(diǎn)
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(tái)技術(shù)
通過一個(gè)線性編碼器和兩種旋轉(zhuǎn)/傾斜臺(tái)配置實(shí)現(xiàn)可靠的和可重復(fù)的準(zhǔn)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(jì)
支持幾乎所有的原位測試技術(shù)和選項(xiàng)，包括高溫、納米摩擦、電表征、納米動(dòng)態(tài)力學(xué)、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(diǎn)
1）性能和功能
旋轉(zhuǎn)/傾斜樣品臺(tái)配置
新一代設(shè)計(jì)具有兩種旋轉(zhuǎn)/傾斜樣品臺(tái)配置。額外的線性樣品臺(tái)實(shí)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(jì)允許的樣品臺(tái)傾斜，以及測試時(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)更大范圍下更好的自動(dòng)測試定位重復(fù)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(shí)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利用布魯克的亞納米尺度傳感器和壓電力驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)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(dòng)器實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)位移率的位移控制，同時(shí)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(shí)通過三板電容測量位移。
* 傳感器的超低電流設(shè)計(jì)使得溫漂最小化，實(shí)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(xué)測試
Hysitron PI 89獲得的原位力學(xué)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(duì)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(shí)現(xiàn)更多的分析：
*旋轉(zhuǎn)/傾斜樣品臺(tái)實(shí)現(xiàn)EBSD和力學(xué)性能成像聯(lián)用
*能在力學(xué)性能測試前、后直接進(jìn)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(jì)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(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高級(jí)成像功能和FIB加工。
1） XPM------定量、超高速機(jī)械性能映射；
2）SEM 和 TEM 加熱------直接測量和觀察熱啟動(dòng)材料轉(zhuǎn)化；
3）原位納米劃痕模塊------具有同時(shí)法線和橫向力感應(yīng)的高分辨率測量；
4） 納米動(dòng)態(tài)力學(xué)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(shí)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(shí)進(jìn)行原位電氣和機(jī)械測量；
6）Tribo iQ ------功能齊全的數(shù)據(jù)處理、分析、繪圖和報(bào)告軟件；
7）壓轉(zhuǎn)拉裝置------專為納米線和獨(dú)立薄膜而設(shè)計(jì)；
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(qiáng)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀察和與力學(xué)測試直接對(duì)應(yīng)。樣品由Professor Steven Nutt, University of Southern California惠贈(zèng)
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(gè)階段的SEM同步視頻的圖像（下圖）：（A）兩對(duì)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(dá)個(gè)剝落區(qū)域遠(yuǎn)端產(chǎn)生的第二次剝落/分層事件
