原位觀察力學測試納米壓痕儀-掃描電子顯微鏡SEM聯(lián)用 PI88 可以施加載荷，檢測位移，在電鏡SEM下進行壓痕、壓縮、彎曲、劃痕、拉伸和疲勞等力學性能測試；此外，通過升級電學、加熱模塊，還可研究材料在力、電、熱等多場耦合條件下結構與性能的關系。

組裝到掃描電子顯微鏡SEM，通過載荷和位移驅動壓頭，測試從納米到微米尺度的樣品，同步結合材料變形的觀察和力學數據的輸出。

原位觀察力學測試納米壓痕儀 - PI88 特點

1.  Hysitron-三板電容式傳感器

    SEM條件下，測試儀器針尖的靈敏度和操控性是原位探測系統(tǒng)的關鍵。Hysitron PI88原位測試系統(tǒng)的針尖采用壓電陶瓷精細定位和三板電容傳感器精密驅動探測的技術，使得樣品的原位操控得以實現。Hysitron的三板電容式傳感器提供靜電式驅動和電容式位移傳感，程度降低熱漂移；同時，緊湊的設計、較小的體積使其能夠放進SEM的試樣交換室，而且不需要固定在顯微鏡內。樣品桿載荷、位移的高檢測靈敏度，使納米材料的電熱及力學性能得以探測。

2.  主動阻尼減震的Q-Control

    Q-Control集成于Performech? II控制模塊，通過增加主動阻尼，降低了真空環(huán)境中的振動，從而了圖像和視頻采集的高分辨率。

3.   載荷和位移控制Load & Displ

    多控制模式既可以通過設定載荷控制模式，觀察相應針尖的位移情況；還可以通過設定位移控制模式，觀察壓痕過程中針尖受到樣品的作用力變化。兩種控制模式豐富了我們研究材料力學性能的方法，比如載荷控制模式可以通過設定恒定壓力研究材料的蠕變特性，而位移控制模式則在應力松弛的研究中更為。

4.   數字控制模塊

    Hysitron性能的反饋控制算法與優(yōu)異的測試靈敏度相結合，使得Hysitron 納米力學測試手段。Hysitron PI-88反饋控制功能采用Performech? II控制系統(tǒng)，內嵌數字信號處理器（DSP）可對用戶輸入做出響應，進行控制。內部反饋頻率78 kHz，了載荷/位移函數可以捕捉到壓痕產生過程中轉瞬即逝的變化，這對應變速率快的壓痕測試適用，如位錯、斷裂起始等，同時能降低噪聲背景（＜20nN），從而實現真正的微觀納米尺度測試。

                 Slower electronics (3kHz)                        Performech enhanced control 78kHz

1. 儀器能同時同步提供原位納米力學材料測試結果和掃描電鏡中材料變形的觀察，

   并能準確提供定量的載荷和位移的數據。

2. 設備應采用靜電驅動和電容式位移傳感,在同一個傳感器執(zhí)行納米壓痕試驗

3. 施加縱向載荷: 10mN

4. 縱向載荷分辨率: <3nN

5. 縱向載荷噪音背景: <400nN

6. 壓痕深度: 5μm

7. 位移分辨率: <0.02nm

8. 位移噪音背景: <1nm

9. 掃描電鏡壓痕儀透過艙體現有接口接駁電線，應能安放在電鏡的艙體之內。

10. 掃描電鏡壓痕儀須能于掃描電鏡內進行納米拉伸測試，利用PTP可以把壓縮應力轉換成拉伸應力。

11. 應采用壓電陶瓷驅動的樣品傳導平臺

    (1) 樣品臺范圍：X軸:>12 mm; Y軸:>16 mm; Z軸:>8 mm;

    (2) 靈敏度: X, Y, Z: < 5 nm

12. 數據采集率: 閉環(huán)載荷和位移控制數據采集不少于38,000Hz

13. 設備應能夠提供閉環(huán)載荷和位移控制, 控制環(huán)率至少78,000 Hz

14. 控制設備應將DSP和FPGA新技術嵌入, 并行U 2.0連接

1. 樣品傾斜&旋轉模塊

    Hysitron PI88具有可移動范圍大、分辨率高的 XYZ 樣品定位平臺，XYZ三軸可移動范圍均>8 mm，其的橫向和線性度，為大尺寸樣品的測試提供了更多可能。同時，PI-88選配樣品傾斜&旋轉平臺模塊后可在原先3個自由度（X/Y/Z/）的基礎上新增傾斜和旋轉兩個自由度，以用于樣品的定位；并可在不破壞真空環(huán)境的條件下，實現與EBSD、EDS、FIB的無縫鏈接。節(jié)省了整個測試過程中花費在顯微鏡上的工藝時間，并可使敏感性樣品免于暴露在大氣中。

樣品臺: X-軸: >12 mm Y-軸: >16 mm Z-軸: >8 mm

樣品傾斜&旋轉模塊：傾斜范圍: 180°| 傾斜: <0.33°| 旋轉范圍: 180°| 旋轉: <0.12°

2. 可拓展量程（xR）模塊

    前沿的壓電技術與Hysitron電容式位移傳感技術相結合，可實現在不靈敏度及材料性能的條件下，對樣品施加更大的力及應變。該模塊可提供>500 mN的縱向力以及>150 μm的縱向位移，可用于測試更大及更強的樣品。

3. 400℃ & 800℃高溫臺

    Hysitron自行研發(fā)的MEMS加熱系統(tǒng)具有400℃和800℃兩種加熱模塊可供選擇，采用電阻式加熱有利于在更大范圍內原位研究材料的力學性能。PID技術可在真空中具有更好的熱穩(wěn)定性。同時，真空條件可表面氧化的發(fā)生。此外，還可直接測量及觀察材料的熱致轉變過程。

（a）400℃高溫臺 

（b）800℃高溫臺 

4.納米劃痕模塊

    與SEM成像同步的原位劃痕測試可以實現測試過程中的定位以及對小尺度磨損機制的實時觀察。我們的納米劃痕傳感器可提供與滑移和剪切條件下材料響應性相關聯(lián)的定量橫向力測 試。

    橫向力：30 mN | 橫向移動距離：30 μm | 橫向力噪聲背景： < 3Μn

5. 學表征模塊 (Electrical Characterization Module, ECM)

    ECM是測量納米尺度電接觸電阻的優(yōu)選工具，提供大的無縫原位電學、力學及同時力電性能測量。傳感器無以倫比的力學測試，提供工業(yè)的力和位移測量。導電硼摻雜金剛石探針既可以用于標準力學測試，也可以用于電學測試。此外，導電壓頭支架允許用戶裝載他們的導電探針，實現樣品化的表征研究。

    Hysitron(海思創(chuàng))已經開發(fā)專有軟件為電學測量提供自動化控制，多功能載荷函數編輯器允許單點或I-V曲線測量和獲取壓痕加載過程中任意點?？梢钥焖贆z測結果和通過單雙坐標圖觀察或輸入到Hysitron TriboAnalysis 軟件，提供進一步nanoECR數據分析和定制數據分析。

6. 原位拉伸測試臺(PTP, Push- to Bull)

    PI88 還可搭載Push-to-Pull (PTP) 原位拉伸裝置，用于微尺度原位拉伸測試，能夠同步獲得微觀結構圖像和定量應力-應變曲線，是市面上也是可以進行原位定量拉伸測試的裝置，適用于測量傳統(tǒng)方式不易進行測試的低維材料，如納米線、薄膜以及石墨烯等納米尺度的拉伸性能。

7. E-PTP（Electrical+Push-to-Pull）

    Hysitron的E-PTP測試模塊采用了在PTP拉伸臺鍍上具有圖案的電，使研究人員在進行拉伸測試的同時，可以輸入電學信號，來研究動態(tài)拉伸過程中樣品的電學特性，如電阻等。這對研究電致伸縮材料、壓電材料等。

8. Nano DMA(Dynamic Mechanical Analysis) in PI separately

    動態(tài)力學是測試粘彈性材料力學性能的一種方法。該模塊可提供頻率300 Hz的正弦載荷加載，以評估眾多材料的時間響應性。這一技術簡化了測試裝置，是直接觀察微納結構柱子、粒子、梁、納米纖維以及薄膜材料疲勞性能的理想選擇。

9. 不同尺寸形狀、摻雜導電探針

    針對不同的材料和測試需求，Hysitron提供多種針尖，除了上圖中的三種Berkovich、Cube Corner和Conical常規(guī)形狀的針尖，Hysitron還可按客戶具體用途及需求定制生產各種針尖。此外，針對導電樣品，我們也有的硼摻雜金剛石針尖。由于采用的是硬的金剛石材料做針尖，因此其在日常使用中磨損較少，壽命很長。

       (left) Berkovich           (Mid) Cube Corner        (Right) Conical