原位SEMFIB纳米力学性能测试系统——微柱压缩测试

先进钢铁的系统开发要求对其复杂的多相微观结构和性能进行定量表征。此外，先进多相钢铁材料的综合性能由每种成分在材料中的体积分数和各自的性能决定。（原位SEMFIB纳米力学性能测试系统）(点 击了解详情)

各种成分的体积分数可以用先进的可视化技术来量化，例如SEM原位电子背向散射衍射（EBSD）技术。（原位SEMFIB纳米力学性能测试系统）然而复合材料各成分及其界面处的机械性能的表征依旧是难点。

一般每种成分和界面先用EBSD进行识别，然后用聚焦离子束光刻技术从研究区域切割出微柱。第二步即可用纳米力学测试系统进行力学性能测试。（原位SEMFIB纳米力学性能测试系统）然而介于样品的微小尺寸，（原位SEMFIB纳米力学性能测试系统）纳米力学测试系统必须具备一下特殊的技术功能：

- 能够以极高的分辨率向小样品上加载力，以检测纯滑移详细

- 在SEM真空腔内的有限空间内实现高分辨率成像

- 以亚纳米分辨率检测和量化样品形变，以测定滑移移动

- 能够以足够高的频率对力和位置数据进行采样以解决每个滑移事件

FT-NMT03原位SEMFIB纳米力学性能测试系统可以在SEM/FIB内对微柱机械性能进行直接精确的测量。（原位SEMFIB纳米力学性能测试系统）采用微力传感器加载载荷配合高精度位置编码器可以对微柱形变行为进行压缩、循环、蠕变或断裂测试。

（原位SEMFIB纳米力学性能测试系统）通过力-形变（应力-应变）曲线，可以材料的机械性能进行分析。此外还可获得材料塑性形变机制和强化机制的具体观测信息。

快速高分辨力传感器

Femtotools已经研发出一种基于微芯片的力传感技术，提供无与伦比的测试性能。得益于微小、微芯片传感元件，使这种传感技术能够达到非常高的灵敏度，并确保测力的噪声在亚纳牛级别。（原位SEMFIB纳米力学性能测试系统）而且传感元件的体量非常小，从而使得共振非常高（即可以高频率测量力。）除此以外，传感器以单晶硅为基材，确保了整个生命周期内优越的长期稳定性和可重复性输出。

可在SEM的最小工作距离下测量

为获得最好的SEM/FIB成像质量，能在最小工作距离下工作是非常重要的。基于芯片的微力传感探针使得机械测试能在近至4mm的工作距离下进行，（原位SEMFIB纳米力学性能测试系统）并且不与SEM磁极片产生冲突。

SEM/FIB集成

得益于FT-NMT03纳米力学测试系统的紧凑尺寸（71×100×35mm），该系统可以与市面上绝大多数的全尺寸SEM/FIB结合使用，在样品台上安装和拆卸该系统十分简便，仅需几分钟。（原位SEMFIB纳米力学性能测试系统）

此外，由于FT-NMT03的独特设计（无基座、开放式），该系统可以和电子背向散射衍射仪（EBSD）和扫描透射电子显微镜（STEM）技术兼容。（原位SEMFIB纳米力学性能测试系统）

应用举例：微柱体中剪切带的定量表征

针对高辐射环境下，如原子核反应堆和太空中，使用的材料，定量分析辐射对负载材料的力学影响是非常有必要的。SEM原位纳米力学性能测试系统能够对微柱体进行压缩测试，并高分辨地记录应力-应变曲线。左图显示了经受强辐射后的微柱体塑性变形的形貌以及应力-应变曲线。 （原位SEMFIB纳米力学性能测试系统）

压缩的微柱经过线性弹性区间后(a)，可以观测到样品的宏观屈服和局部剪切形核(b)。随着应变的增大，剪切带进一步扩展直至柱体表面，此时应力骤降(c)。随后，应力的小幅降低来源于原子平面的平行滑移(d)。（原位SEMFIB纳米力学性能测试系统）

应用举例：CNT柱的单轴压缩测试

平行排列的碳纳米管(CNT)柱在柔性电池、热界面材料和3D超级电容器方面有很大的应用潜能。这些CNT柱的力学性能不仅与单个的CNT力学性能有关，而且与CNT的排布密度和管与管间的相互作用力有关。（原位SEMFIB纳米力学性能测试系统）右图显示了单轴压缩实验表征CNT柱的力学性能。首先，将微力传感探针和样品台上的CNT柱精确对准(a)。然后，对CNT柱施加预定的载荷，测试系统记录力和位移数据，同时通过SEM获得微结构形变的高分辨图像(b)。（原位SEMFIB纳米力学性能测试系统）用户可实时跟踪柱体的塑性变形(c)以及载荷释放后柱体的应力松弛过程(d)。

结论

原位SEM微柱压缩实验可用作多相钢铁材料中各成分机械性能的定量分