详情

原文传递一种水合物纳米压痕装置

专利名称：	一种水合物纳米压痕装置
摘要：	本发明公开一种水合物纳米压痕装置，包括手套箱和控制柜，手套箱的静区分别连接抽真空泵和高纯液氮，且在静区内安装有微纳测试模块、样品台、光学显微镜、纳米定位台和防震台；结合样品台和纳米定位台的独立设计，通过纳米定位台驱动微纳测试模块给样品台上的水合物样品施加压入动作，并通过光学显微镜实时观测微纳测试模块压入过程中水合物样品的形貌变化；另外，将样品台设计为两个独立的腔室，两个腔室之间采用绝热板隔开并通过导热铜片连接。本方案采用液氮维持相对低温大环境与铜片热传导精准控温相结合，可有效提高测量的精准度；实现在超低温环境下水合物样品快速测试，为水合物纳米尺度机械性能的表征提供技术支持。
专利类型：	发明专利
申请人：	青岛海洋地质研究所;青岛海洋科技中心
发明人：	李彦龙;吴能友;蒋宇静;纪云开;綦民辉;孙建业
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-04T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-10T00:00:00+0800
申请号：	CN202310978407.0
公开号：	CN117030430A
代理机构：	青岛汇智海纳知识产权代理有限公司
代理人：	王丹丹;万桂斌
分类号：	G01N3/02;G01N3/18;G01N3/06;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/02;G01N3/18;G01N3/06
申请人地址：	266237 山东省青岛市即墨区观山路596号;
主权项：	1.一种水合物纳米压痕装置，包括手套箱和控制柜，手套箱用于提供水合物测试的清洁环境，包括污染区、过渡区和静区三个腔体，其特征在于，所述静区分别连接抽真空泵X1和高纯液氮X2，静区内安装有微纳测试模块、样品台(2)、光学显微镜(3)、纳米定位台(4)和防震台(6)；所述样品台(2)和纳米定位台(4)均设置在防震台(6)上，微纳测试模块设置在纳米定位台(4)上，样品台(2)和纳米定位台(4)平行安装；所述纳米定位台(4)驱动微纳测试模块给样品台(2)上的水合物样品(2-7)施加压入动作，在压入水合物样品过程中记录位移和力值参数，并实时传输至控制柜；光学显微镜(3)安装在样品台(2)的斜上方，用于辅助定位压入点位并实时观测微纳测试模块压入过程中水合物样品的形貌变化；所述样品台(2)包括样品槽安装腔室(2-1)和液氮盛装腔室(2-2)，样品槽安装腔室(2-1)用于安装固定样品槽(2-6)，液氮盛装腔室(2-2)用于盛装液氮(2-13)，两个腔室之间采用绝热板(2-3)隔开并通过导热铜片(2-4)连接。 2.根据权利要求1所述的一种水合物纳米压痕装置，其特征在于：所述微纳测试模块包括压电驱动器(5-4)、支撑杠杆(5-3)、力矩杠杆(5-2)和纳米探针(5-1)，力矩杠杆(5-2)以支撑杠杆(5-3)的端点作为支撑点，其两端分别连接压电驱动器(5-4)和纳米探针(5-1)，纳米探针(5-1)位于水合物样品(2-7)的正上方，压电驱动器(5-4)驱动力矩杠杆(5-2)的一端上下运动实现纳米探针(5-1)的压入和拔出动作。 3.根据权利要求1所述的一种水合物纳米压痕装置，其特征在于：所述纳米定位台(4)包括宏动系统(4-2)和微动系统(4-1)，宏动系统(4-2)通过纳米定位台支撑杆(4-4)安装在防震台(6)上，微动系统(4-1)安装在宏动系统(4-2)上方并采用悬挂支架(4-3)连接；宏动系统(4-2)和微动系统(4-1)分别包括X轴、Y轴方向两套滑轨系统，宏动系统X轴、Y轴方向的运动范围为厘米级，微动系统X轴、Y轴方向的运动范围为微米级。 4.根据权利要求1所述的一种水合物纳米压痕装置，其特征在于：所述样品台(2)靠近纳米定位台(4)一侧的侧壁上设置有激光对中孔，纳米定位台(4)靠近样品台(2)的一侧的侧面上设置有激光对中光源，当激光对中光源和激光对中孔对中时，样品台(2)与纳米定位台(4)实现Y轴和Z轴两个方向的对中，X轴方向上纳米定位台(4)和样品台(2)之间的间距由对中后的激光测距测量。 5.根据权利要求1所述的一种水合物纳米压痕装置，其特征在于：所述样品台(2)的下方安装有用于在X轴、Y轴方向运动的两套滑轨系统(2-10)，用于控制台在X轴、Y轴方向的运动。 6.根据权利要求1所述的一种水合物纳米压痕装置，其特征在于：所述导热铜片(2-4)在样品槽安装腔室(2-1)端直接与样品槽(2-6)的底部接触，而在液氮盛装腔室(2-2)端直接与液氮(2-13)接触。 7.根据权利要求1所述的一种水合物纳米压痕装置，其特征在于：所述样品槽安装腔室(2-1)底部设置温度探头(2-8)和电磁加热垫片(2-9)，当导热铜片(2-4)传导液氮温度导致样品槽安装腔室(2-1)底部温度降低到设定温度以下时，电磁加热垫片(2-9)自动启动并给样品槽(2-6)加热，以此来达到维持样品槽(2-6)底部温度恒定的效果。 8.根据权利要求1所述的一种水合物纳米压痕装置，其特征在于：所述样品槽(2-6)为外缘与样品槽安装腔室(2-1)内缘匹配的桶状中空结构，样品槽(2-6)的底部与样品台(2)紧密接触，样品槽(2-6)的内胆为铜材质，其内部安装水合物样品(2-7)，样品槽(2-6)的侧壁外层设有隔热护层(2-11)。 9.根据权利要求2所述的一种水合物纳米压痕装置，其特征在于：所述液氮盛装腔室(2-2)设置有半封闭状态的透明隔离罩(2-14)，隔离罩(2-14)底部与样品台(2)配合安装，其顶部开孔用于纳米探针(5-1)压入和回收，侧壁开孔用于光学显微镜(3)深入其内部对天然气水合物样品进行观测。
所属类别：	发明专利