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、 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相關的原位納米機械測試。其中納米壓痕功能可以進行低體積材料硬度和楊氏模量的測定、定 接觸力學和動力響應的量化、多軸應力下變形機理的表征；微柱壓縮測試功能可以進行滑動系統臨界剪切應力的測定、單軸應力下變形機理的表征、延伸損傷和局部應變量化；微懸臂斷裂測試功能可以進行亞微米斷裂韌性連續J積分、單調循環斷裂行為的表征、單個裂紋產生和擴展的量化。微拉伸測試功能可以進行屈服應力、極限拉伸應力和斷裂伸長的測定、單調循環載荷下斷裂的表征、局部應變效應和裂紋擴展的量化；STEM/EBSD相關的原位納米機械測試功能可以進行局部應變的定量研究、相變的定量研究、紋理演化的定量研究、位錯動力學定量研究、晶界遷移的定量研究 。

l 技術特點

納米壓痕、壓縮、張力、斷裂和疲勞試驗

無需復合、動態校準即可進行連續硬度測量或疲勞測試

高溫測試溫度可達400℃ 

壓頭面積函數和框架合規性的簡單確定

功率數據分析工具，用于評估測量結果和擬合功能計算材料性能

可快速安裝和移除SEM腔室

緊湊，模塊化的設計能夠集成到幾乎所有的掃描電鏡中

可定制測量程序

l 技術能力

力感測

-力范圍：~200 mN

-力噪聲：0.5 nN（10 Hz時）

-測量頻率高達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）

-位移范圍：25μm

-位移噪聲：0.05nm（10Hz）

-測量頻率高達96 kHz

3、4和5軸力傳感器與樣品對準

-X、Y、Z閉環定位范圍：21mm x 12mm x 12 mm

-X、Y、Z閉環定位噪聲：1nm

-樣品傾斜范圍：90°

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

-樣品角噪聲：35微度 

應用

l 微柱壓縮

原位掃描電鏡微柱壓縮試驗提供了一種測量低體積材料單軸力學響應的方法，并直接將應力應變數據與單個變形關聯起來。它能夠量化具體的階段和顆粒，或研究尺寸效應，測量系統的關鍵要求是高負載和位移分辨率，以及快速的數據采集率。

利用掃描電鏡（SEM）和電子束衍射（EBSD）技術。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。在塑性狀態下，鋸齒狀塑性流動行為伴隨著應力驟降和再加載周期，通常是位錯滑移的特征。該系統的一個關鍵要求是真正的位移控制。結合超低負荷噪聲地板，可以對更小的應力降進行統計分析，能夠對位錯和各種晶格缺陷之間相互作用的性質有新的認識。 

l 微懸臂斷裂試驗

斷裂韌性是大多數工程應用中的一個關鍵性能。采用微懸臂梁彎曲試驗進行小尺度斷裂試驗是確定低體積材料斷裂韌性的關鍵。此外，這些試驗為量化特定微觀結構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力強度因子k確定。對于彈塑性斷裂，需要另一種方法。通常，彈塑性斷裂力學采用J積分分析裂紋擴展阻力曲線（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。使用連續剛度測量（CSM）進行的微懸臂彎曲試驗既能監測裂紋長度的演變，也能從定期卸載分段計算連續J積分。

l 微拉伸試驗 

大型拉伸試驗是一種常用的量化材料彈性模量、屈服強度、極限強度和斷裂強度的試驗。 為了量化單相或界面的特性，需要進行微觀拉伸試驗。 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，以便進行微拉伸試驗。測量全應力應變曲線的一個關鍵試驗要求是位移控制試驗。

l 機械測試與STEM/EBSD相關聯

FT-NMT04不僅將材料的應力應變響應研究與表面分析相結合，同時與EBSD、TKD和STEM特性相結合，對相變和位錯動力學進行了前所wei有的定量研究。微拉伸試驗、支柱壓縮和懸臂彎曲與EBSD相聯，能夠監測和量化動態相變和應變。

l 連續剛度測量（CSM）

標準納米壓痕在卸載開始時候提供測量數據，但是連續剛度測量（CSM）可以記錄硬度和彈性模量，作為壓頭穿透深度的函數。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械響應。此外，FT-NMT04系統的擴展諧波頻率范圍（高達500Hz），加上快速的數據采集率，適用于粘彈性和粘塑性的定量動態力學分析。

 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