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

FT-NMT04納米力學性能測試系統基于Femtotools微電子機械系統（MEMS）技術，這種原位納米壓頭具有無與lun比的分辨率、重復性和動態響應。 FT-NMT04原位納米壓頭用于金屬、陶瓷、薄膜以及超材料和MEMS等微觀結構的力學測試。此外，通過使用各種附件，FT-NMT04的性能可以擴展到各個研究領域的通用要求。典型的應用包括通過對微孔的壓縮試驗或對骨標本、薄膜或納米線的拉伸試驗來量化塑性變形機制。此外，壓縮試驗過程中的連續剛度測量可以量化微梁斷裂試驗過程中的裂紋擴展和斷裂韌性。由于500 pn和50 pm的低噪聲，FT-NMT04淺納米壓痕具有很好的重復性，以及納米壓痕與EBSD映射的相關性。

二(er)、 功(gong)能

l 主要(yao)功能(neng)

FT-MNT04原位(wei)SEM納米(mi)壓痕儀，可以做納米(mi)壓痕、微柱壓縮測試(shi)、微懸臂(bei)梁(liang)斷裂測試(shi)、為拉伸測試(shi)、STEM/EBSD相關的原位納米機(ji)械測(ce)試。其中納米壓痕功(gong)能可以進(jin)行低體(ti)積材(cai)料硬度和楊氏模量的測(ce)定、定 接觸力(li)學(xue)和動(dong)(dong)力(li)響應(ying)的量化、多軸(zhou)應(ying)力(li)下(xia)(xia)變形(xing)(xing)機理(li)的表征(zheng)(zheng)；微柱壓縮測試(shi)功能可(ke)以進(jin)行滑動(dong)(dong)系統臨界剪切應(ying)力(li)的測定、單軸(zhou)應(ying)力(li)下(xia)(xia)變形(xing)(xing)機理(li)的表征(zheng)(zheng)、延(yan)伸損傷和局部應(ying)變量化；微懸臂斷裂(lie)測試(shi)功能可(ke)以進(jin)行亞微米斷(duan)裂韌(ren)性連續(xu)J積(ji)分、單調循環(huan)斷裂(lie)(lie)行(xing)為的(de)(de)表征、單個裂(lie)(lie)紋產(chan)生和(he)擴展的(de)(de)量化(hua)。微拉伸(shen)測試功能(neng)可以進(jin)行(xing)屈服(fu)應力(li)、極限拉伸(shen)應力(li)和(he)斷裂(lie)(lie)伸(shen)長的(de)(de)測定、單調循環(huan)載荷(he)下斷裂(lie)(lie)的(de)(de)表征、局部(bu)應變效應和(he)裂(lie)(lie)紋擴展的(de)(de)量化(hua)；STEM/EBSD相關的原(yuan)位(wei)納(na)米機(ji)械測試功(gong)能可以進行局(ju)部應變(bian)的定(ding)(ding)量(liang)研究、相變(bian)的定(ding)(ding)量(liang)研究、紋理演化的定(ding)(ding)量(liang)研究、位(wei)錯(cuo)動力學(xue)定(ding)(ding)量(liang)研究、晶界遷移的(de)定量研(yan)究 。

l 技術特點

納米壓痕、壓縮(suo)、張力(li)、斷裂和(he)疲勞試驗

無需復合(he)、動(dong)態校準(zhun)即可進行(xing)連續硬度測量或(huo)疲勞測試

高(gao)溫(wen)測試溫(wen)度可(ke)達400℃ 

壓頭面積函數和框(kuang)架合規(gui)性的(de)簡單(dan)確(que)定(ding)

功(gong)率(lv)數據分析工具，用于評估測量結果(guo)和擬合功能計算材料性能

可快(kuai)速安裝和移(yi)除SEM腔(qiang)室

緊(jin)湊，模塊化的(de)設計(ji)能夠(gou)集成到幾乎所(suo)有的(de)掃描(miao)電(dian)鏡中(zhong)

可定制測量(liang)程序

l 技術能力

力(li)感測

-力范圍：~200 mN

-力噪聲：0.5 nN（10 Hz時）

-測量頻(pin)率高達96 kHz

位移傳感(gan)（粗）

-位移范圍：21 mm

-位移噪聲：1nm（10Hz）

-測量頻率：50Hz

位移(yi)傳感（精細）

-位移范(fan)圍：25μm

-位(wei)移(yi)噪(zao)聲：0.05nm（10Hz）

-測量頻率高達96 kHz

3、4和5軸力傳感器與樣品(pin)對準

-X、Y、Z閉環(huan)定位(wei)范圍(wei)：21mm x 12mm x 12 mm

-X、Y、Z閉(bi)環定(ding)位噪聲：1nm

-樣(yang)品傾斜(xie)范圍：90°

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

-樣(yang)品角噪聲：35微度(du) 

應用

l 微柱壓縮

原(yuan)位掃(sao)描電鏡微柱壓縮試驗提供了一種測量低(di)體積材料(liao)單(dan)軸力學(xue)響應的方(fang)法(fa)，并(bing)直接將應力應變數據與單(dan)個變形關聯起(qi)來(lai)。它(ta)能夠量化具體的階段和(he)顆粒，或研(yan)究尺寸效應，測量系統的(de)關鍵要求是高負載(zai)和位移(yi)分辨率，以及快速的(de)數(shu)據采(cai)集率。

利(li)用(yong)掃描電鏡（SEM）和(he)電子(zi)束衍射（EBSD）技術。在壓(ya)縮過程中，在屈服和(he)塑性(xing)(xing)(xing)之(zhi)前的(de)初始加載(zai)階段觀察到線(xian)性(xing)(xing)(xing)彈性(xing)(xing)(xing)。在塑性(xing)(xing)(xing)狀態下，鋸齒狀塑性(xing)(xing)(xing)流動行(xing)為(wei)伴隨(sui)著應力(li)驟降和(he)再加載(zai)周期，通常是位錯滑移(yi)的(de)特征。該系統(tong)(tong)的(de)一個關鍵要求(qiu)是真(zhen)正(zheng)的(de)位移(yi)控制(zhi)。結(jie)合超低負荷(he)噪聲地板，可以對更小的(de)應力(li)降進行(xing)統(tong)(tong)計分(fen)析(xi)，能夠對位錯和(he)各種晶格缺陷之(zhi)間相互(hu)作用的(de)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)有新的(de)認(ren)識。 

l 微懸臂(bei)斷裂(lie)試驗

斷(duan)裂韌性(xing)是大多數工程應(ying)用中(zhong)的(de)一個(ge)關鍵性(xing)能(neng)。采用微懸臂梁彎(wan)曲試驗(yan)(yan)進(jin)行小尺度(du)斷(duan)裂試驗(yan)(yan)是確定低(di)體(ti)積材料斷(duan)裂韌性(xing)的(de)關鍵。此(ci)外(wai)，這些試驗(yan)(yan)為(wei)量(liang)化特(te)定微觀結構(gou)特(te)征對材料整體(ti)抗裂性(xing)提供了重要的(de)信(xin)息(xi)。對于脆(cui)性(xing)斷(duan)裂，斷(duan)裂韌性(xing)由大載荷下的(de)應(ying)力強度(du)因子k確定(ding)(ding)。對于彈(dan)(dan)塑性斷(duan)裂，需要另一(yi)種方法(fa)。通常(chang)，彈(dan)(dan)塑性斷(duan)裂力(li)學采用(yong)J積分(fen)(fen)分(fen)(fen)析裂紋擴展阻(zu)力(li)曲(qu)線（J-R曲(qu)線）和彈(dan)(dan)塑性斷(duan)裂韌性（JIC）。通常(chang)情(qing)況(kuang)下，較高(gao)的(de)(de)KIC、JIC或更陡的(de)(de)J-R曲(qu)線表明材料具有更高(gao)的(de)(de)抗斷(duan)裂性。使用(yong)連續(xu)剛度(du)(du)測(ce)量（CSM）進行的(de)(de)微懸(xuan)臂彎曲(qu)試驗既能監測(ce)裂紋長度(du)(du)的(de)(de)演變(bian)，也能從定(ding)(ding)期卸載分(fen)(fen)段計算連續(xu)J積分(fen)(fen)。

l 微拉伸試驗 

大型(xing)拉伸試(shi)驗是(shi)一種(zhong)常用的(de)量化(hua)材料彈性模量、屈服強(qiang)(qiang)度(du)、極限強(qiang)(qiang)度(du)和斷裂強(qiang)(qiang)度(du)的(de)試(shi)驗。 為了(le)量化單相或界面的特性，需要進行(xing)微觀拉伸試(shi)驗。 FIB可(ke)用于將硅力傳感探頭的jian端(duan)加工成夾具的(de)形狀，這種(zhong)夾持器的(de)形狀能夠夾持狗骨(gu)樣本，以便進行微拉伸試(shi)驗(yan)。測量全應力應變曲線(xian)的(de)一個關鍵試(shi)驗(yan)要求(qiu)是位(wei)移控制(zhi)試(shi)驗(yan)。

l 機械測試與(yu)STEM/EBSD相關聯

FT-NMT04不僅將材料(liao)的應力(li)應變響應研究與表(biao)面分析相結合，同時與EBSD、TKD和STEM特(te)性(xing)相結合，對相變和位錯動力(li)學進行了前所wei有的定(ding)量研究。微(wei)拉伸試驗、支柱(zhu)壓(ya)縮和懸臂彎曲與EBSD相聯，能(neng)夠監測和量化動(dong)態相變和應變。

l 連續(xu)剛(gang)度測量（CSM）

標(biao)準納(na)米(mi)壓痕在(zai)卸載開始(shi)時候提供測量(liang)數據，但是連續剛度測量（CSM）可(ke)以(yi)記錄硬度和彈性模量，作為壓(ya)頭(tou)穿透深度的函數。FT-NMT04具有高(gao)載(zai)荷和位(wei)移(yi)分辨(bian)率的CSM納米壓(ya)痕，能夠量化從淺穿透過程中(zhong)塑性開始到主體(ti)材(cai)料的機械響應。此外，FT-NMT04系統的(de)擴展諧波頻率范圍（高(gao)達500Hz），加上快速(su)的(de)數據采集率，適用于粘彈性和粘塑性的(de)定量動態(tai)力學分析。

 相關文獻

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