[实用新型]力热耦合微机电系统及原位力学平台

说明书

本实用新型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。

技术领域

本实用新型涉及高温微纳实验力学装置技术领域，尤其涉及一种力热耦合微机电系统及原位力学平台。

背景技术

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(Transmission ElectronMicroscope，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-Mechanical System，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。

实用新型内容

本实用新型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。

本实用新型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。