基于MEMS的原子尺度原位高温力学研究系统的研制的开题报告.docx

基于MEMS的原子尺度原位高温力学研究系统的研制的开题报告
一、研究背景
随着微电子技术、MEMS技术的迅猛发展，MEMS芯片在微纳机电系统中得到了广泛应用。MEMS芯片可以在很小的尺寸内实现多种功能，包括微结构传感器和执行器。MEMS芯片在应用领域中优越性被充分发挥，但目前传感器技术以及原位观测技术仍存在很大发展空间。其中，高温力学研究领域就是一个重要的研究方向，它能为高温环境下应用领域的研究提供有力支撑。
高温力学研究对于材料的高温性能评估以及材料微观结构与力学性能的研究至关重要。传统上，高温力学研究主要依赖于宏观材料试验测试和计算模拟，但它们通常无法充分揭示材料微观结构变化与力学性能的相关性。同时，高温力学研究的常规试验测试方法存在很多限制：试样尺寸较大，需要高温环境；需要大量的样品进行测试；研究方法不够灵活等等。
基于MEMS的原子尺度原位高温力学研究系统，能够克服以上困境，为材料高温力学研究提供全新的解决思路。该系统基于MEMS微制造方法，能够制备微纳米级别的力学测试结构，通过原位高温观测技术可以实现对微观结构与力学性能的联合研究。该系统安装在透射电镜或扫描电子显微镜中，能够实现高温原位观测力学测试，精度高，效率高，能够提供微观结构与力学性能的真实反应值，为材料高温力学研究提供了独有的优势。
二、研究内容
1.力学测试结构设计
该系统的测试结构在设计上应该满足小尺寸、高力学性能和高温环境下的性能要求。在测试结构的设计上应考虑以下因素：（1）力学测试结构的尺寸、形状和结构；（2）MEMS微制造技术制作工艺；（3）高温环境下的温度控制和承载能力要求。
2.高温原位测试技术
高温原位测试技术是该系统的核心内容之一，该技术主要是把测试结构置于高温环境下进行研究，同时通过透射电镜或扫描电子显微镜进行原位观测和测试。该技术需要考虑以下几个因素：（1）高温环境下的温度控制和承载要求；（2）透射电镜或扫描电子显微镜的开放性和精度；（3）测试结构与数据采集平台的耦合性问题。
3.数据采集分析与处理
该系统需要通过透射电镜或扫描电子显微镜实现对测试结构的原位观测，并通过数据采集分析系统对测试数据进行实时记录和处理。数据采集分析系统应该满足以下要求：（1）能够根据测试数据提供高精度的力学参数；（2）试验数据能够完整的记录和分析，便于后续对数据进行深入分析和处理；（3）能够实现对试验数据的可视化展示，为后续数据分析提供有力支撑。
三、研究意义
该系统的研制将造就原子尺度原位高温力学研究的新阶段，具有广泛的应用前景。改系统的研制意义如下：
1.探索新的基于MEMS技术的高温力学研究方法，为高温环境下材料的研究提供新思路和新方法；
2.实现对微观结构与力学性能的联合研究，能够揭示材料在高温下的微观结构变化与力学性能的相关性；
3.通过实时监测和原位观测，完整记录试验数据，为材料高温力学性能研究提供大量的有价值的数据和深入分析的手段。
四、结论
本文提出基于MEMS的原子尺度原位高温力学研究系统的研制方案，并探讨了研究内容、技术要点和研究意义。该系统的研制意义重大，可为高温环境下材料研究提供更精确、更高效和更全面的手段和方法。随着该系统的不断发展和完善，将在材料高温力学性能研究领域发挥重要作用。