Оборудование

Центр коллективного пользования «Испытательный центр нанотехнологий и перспективных материалов»

ИЦ НПМ развивает комплексный подход к решению задач фундаментальной и прикладной науки. Имеющийся комплекс современного оборудования позволяет получать количественную информацию о химическом и фазовом составе, параметрах кристаллической, электронной и магнитной структуры, механических свойствах, типе и концентрации дефектов. Экспериментальную базу ИЦ НПМ составляют имеющиеся в ИФМ УрО РАН, вновь закупаемые и создаваемые уникальные приборы и установки. ИЦ НПМ проводит работу по метрологическому обеспечению измерительного оборудования и применяемых методик измерений. ИЦ НПМ располагает следующим основным оборудованием:

 

Просвечивающие электронные микроскопы


 

JEM-200CX («JEOL Ltd», Япония), 1984 г.  

 

Предназначен для исследования атомно-кристаллической и аморфной структуры любых объектов (неорганических, органических, металлических, керамических, биологических) с высоким разрешением. Микроскоп оснащен приставкой для охлаждения непосредственно в колоне микроскопа (in situ).

 

Основные характеристики:
  • ускоряющее напряжение .......... до 200 кВ
  • увеличение ................................... до 650 тыс. крат
  • разрешение по точкам .............. 0,30 нм
  • разрешение по линиям ............. 0,14 нм

 

Tecnai G2 30 Twin («FEI», Нидерланды), 2005 г. 

 

Предназначен для исследования атомно-кристаллической и аморфной структуры любых объектов (неорганических, органических, металлических, керамических, биологических) с высоким разрешением вплоть до атомного. Оборудован системами сканирования, «GATAN» картирования изображений, спектроскопии потерь энергии электронов «EELS» и энергодисперсионным спектрометром «EDAX» для элементного анализа. Оснащен комплектом приставок для нагрева, охлаждения, деформации in situ.

 

Основные характеристики:
  • ускоряющее напряжение                                      до 300 кВ
  • увеличение                                                          до 1 млн. крат
  • разрешение по точкам\ по линиям                        0,20 нм\ 0,14 нм
  • разрешение EDAX спектрометра                         160 эВ
  • латеральное разрешение элементного анализа   1,6 нм

 

СМ-30 SuperTwin («FEI», Нидерланды), 2004 г.

 

Предназначен для исследования атомно-кристаллической и аморфной структуры любых объектов (неорганических, органических, металлических, керамических, биологических) с высоким разрешением вплоть до атомного. Оборудован системой сканирования и энергодисперсионным спектрометром «EDAX» для элементного анализа.
    
 
Основные характеристики:
  • ускоряющее напряжение                       до 300 кВ
  • увеличение                                           до 750 тыс. крат
  • разрешение по точкам                           0,20 нм
  • разрешение по линиям                          0,14 нм
  • разрешение EDAX спектрометра           160 эВ

Сканирующий электронный микроскоп

QUANTA 200 Pegasus» («FEI», Нидерланды), 2005 г.

 

Предназначен для исследований микроструктуры, текстуры, фазового и элементного состава, фрактографии любых неорганических и органических объектов, включая живые, с высоким разрешением. Оборудован системой PEGASUS (системой сканирования для формирования изображений в обратно отраженных и вторичных электронах, а также в характеристическом рентгеновском излучении, энергодисперсионным спектрометром «EDAX» для элементного анализа, системой EBSD для структурно-текстурного анализа), тремя вакуумными режимами, в том числе в газопаровой среде для живых объектов, непроводящих образцов и изучения коррозии.

 
Основные характеристики:
  • ускоряющее напряжение   до 30 кВ
  • увеличение                       20-160 тыс. крат
  • разрешение                       5 нм
  • разрешение EDAX            160 эВ
 
Оборудование пробоподготовки
 
 

Ручной шлифовально-полировальный станок (MetaServ 250) с полуавтоматической насадкой (Vector LC 250)

 

Назначение: Ручное (без насадки Vector LC) и полуавтоматическое (с применением насадки Vector LC) шлифование и полирование образцов для дальнейшего исследования в просвечивающей, растровой или оптической микроскопии

 

Возможности:

  • Диаметр круга: 10″(254мм).
  • Регулируемая скорость вращения круга от 50 до 500 об/мин.
  • Встроенный электронный таймер задаёт различную длительность цикла шлифования/полирования с автоматическим отключением вращения круга/воды.
  • Скорость подачи воды: 2 л/мин. 
  • Полуавтоматическая насадка Vector® LC 250 обеспечивает обработку от одного до четырёх образцов диаметром до 25 мм одновременно с индивидуальным усилием до 50Н на образец.
  • Скорость вращения держателя: 60 об/мин. 

Установка для ионного травления (Model 1010 Ion Mill)

 

Назначение: Прецизионное ионное травление и полировка образцов для дальнейшего исследования методом просвечивающей электронной микроскопии.

 

Возможности:

  • Травление осуществляется в атмосфере аргона.
  • Диапазон угла травления: от 0° до 45°.
  • Диапазон токов ионного источника: 3 – 8 мA.
  • Плотность тока: 400 microamps/cm2.
  • Диапазон напряжений ионного источника 1-6 кВ.

Устройство для шлифования ямок (Model 200 Dimpling Grinder)

 

Назначение: Механическая шлифовка образцов для дальнейшего исследования ионного травления.

 

Возможности:

  • Возможны различные варианты шлифовки: плоское шлифование, вышлифовка ямок, полировка.
  • Утонение образца до толщины порядка нескольких микрон. 
 


 

Устройство для вырезания образцов (Model 170 Ultrasonic Disk Cutter)

 

Назначение: Ультразвуковая нарезка твердых и хрупких материалов.

 

Возможности:

  • Возможно получение образцов различной формы (диски, стержни, прямоугольные пластины) из заготовок толщиной от 10 микрон до 10 мм.
  • Режущими инструментами являются диски диаметром 3,0 мм и 2,3 мм, прямоугольные пластины размерами 2 мм х 3 мм.
 

Установки для магнитных измерений

Магнитометрическая установка MPMS-XL-5 (Quantum Design, США) 1996 г.

 

Прибор предназначен для измерения магнитных характеристик (намагниченности и магнитной восприимчивости) образцов с малыми величинами магнитного момента (слабомагнитных веществ или образцов с малым объемом). Прибор имеет возможность измерения магнитного момента всех типов материалов, а именно монокристаллов, поликристаллических образцов, тонких пленок, порошков и т.д. Измеряется действительная (m’) и мнимая (m’’) компоненты динамической (АС) восприимчивости.

 
Основные характеристики:
  • интервал магнитных полей                          до 50 кЭ
  • диапазон измерения магнитного момента   10-8 - 300 Гс•см3
  • интервал рабочих температур                     от 1,8 до 400 К
 
Измерения в переменных полях:
  • диапазон частот                                         от 0,01 до 1000 Гц
  • амплитуда                                                 от 0,01 до 4 Э
          

Установка для измерения физических свойств PPMS-9  (Quantum Design, США)

 

Предназначена для измерений физических свойств, таких как теплоемкость, сопротивление, эффект Холла, магнитный момент, АС восприимчивость. 

Опции: магнитометр имеет статический и динамический (10 – 10000  Гц) режимы измерения магнитного момента; измерение сопротивления на постоянном и переменном токе и др.

  • Магнитометрия: магнитное поле - до 90 кЭ; температура -  от 1,8 до 350 К.
  • Измерения в магнитных полях: частота - от 0,01 до 10000 Гц; амплитуда - до 4 Э; измерение действительной (m’) и мнимой (m’’) компонент динамической (АС) восприимчивости
  • Транспортные свойства: ток по образцу - от 0,01 до 5000 мкА; напряжение - от 1 до 95 мВ; температура - от 1,8 до 400 К;
  • Теплоемкость: масса образцов ~ 20 мг; температура - от 1,8 до 400 К.

Установка на базе рефриджератора растворения Не3 в Не4 («Oxford Instruments», Великобритания), 1998 г.

 

Предназначена для исследования гальваномагнитных явлений в сильных магнитных полях и при сверхнизких температурах, а также для измерений электропроводности и эффекта Холла в объемных образцах и в гетероструктурах на постоянном и переменном токе.

 
Основные характеристики:
  • магнитное поле                                            до 12 Т
  • диапазон измерения магнитного момента    10-8 - 300 Гс•см3
  • интервал рабочих температур                       от 1,8 до 400 К

Экспериментальная установка сильных импульсных магнитных полей (создана в 1999 г. силами сотрудников ИФМ).

 

Установка для измерения намагниченности и ее производных в импульсных магнитных полях до 36 Т (360 кЭ). Возможность измерения намагниченности, ее первой, второй производной по полю.

 
Основные характеристики:
  • максимальная энергия батареи конденсаторов           75 кДж
  • максимальное напряжение                                         3 кВ
  • соленоид из прочного композитного провода
  • длительность импульса                                             8 мс
  • интервал температур                                                 (4,2 - 320) К      

Электронные супермикровесы «Sartorius SE 2» («Sartorius», Германия)

Предназначены для высокоточного взвешивания проб.

Основные характеристики: 
  • дискретность - 0,0001 мг; 
  • наибольший предел взвешивания (НПВ) - 2,1 г.; 
  • класс точности - I; 
  • встроенная калибровка.

 

Установки для механических испытаний
 

«NanoTest-600» («Micro Materials Ltd», Великобритания), 2009 г.

 
Установка предназначена для измерений механических свойств на наноуровне. Оборудована автоматизированной трехкоординатной платформой для образца с системой устранения люфта двигателей для обеспечения высокой воспроизводимости позиционирования.
Определяемые механические свойства такие как твердость исследуемого материала, твердость нанесенных покрытий (а также их толщина), модуль упругости, высокотемпературные характеристики материала (до 750 °С).
Основные характеристики:
  • диапазон перемещения по осям x-y-z                     50x50х50 мм
  • разрешение перемещений по осям                          0,05 мкм
Узел индентирования:
  • тразрешение в диапазоне нагрузок 0-0,5 Н            <2·10-8
  • глубина проникновения при нагрузке до 0,5 Н         50 мкм
  • разрешение по глубине при нагрузке до 0,5 Н         0,001 нм

Универсальная электромеханическая испытательная машина «Instron 5982» (Великобритания), 2010 г.

Предназначена для измерений механических свойств при испытаниях материалов на растяжение, сжатие.

 

Основные характеристики:
  • максимальная нагрузка        100 кН (10тс)
  • точность измерения нагрузки  +/- 0,5 % от измеряемой величины в диапазоне           от 400 Н до 100 кН
  • скорость испытания              от 0,005 до 500 мм/мин
  • диапазон температур            от -150 до +1050 °С
  • зона испытания:                   высота 1430 мм, ширина 575 мм
  • погрешность измерения деформации 0.5%,
  • компьютерная регистрация.

Испытательная машина «АИМА-5-2» («ЗИП», Иваново, Россия)

 

Предназначена для испытаний на ползучесть и длительную прочность на воздухе при температурах до 1000 °С.

 

Испытательная машина «ZST-2/3» (Германия)

 

Предназначена для испытаний на ползучесть и длительную прочность на воздухе при температурах до 1200 °С. 

 

Испытательная машина «FP-100/1» («Heckert», Германия)

 

Предназначена для определения характеристик прочности и пластичности при кратковременных испытаниях материалов на растяжение, сжатие и изгиб.

 
Основные характеристики:
  • максимальная нагрузка                100 кН
  • точность измерения нагрузки +/-0,5 % от диапазона датчика (датчики от 40 Н до 100 кН)
  • скорость испытания                      от 0,02 до 600 мм/мин
  • диапазон температур                    от -100 до +1000 °С
  • зона испытания:                            высота 950 мм, ширина 400 мм

Твердомеры «ТП-7Р-1», «ТП-2», «2140 ТП», «ТК-2М», «ТШ-2М» (ПО «Точприбор», Россия)

 

Определение твердости при комнатной температуре методами Роквелла, Бринеля, Виккерса.

 

Маятниковый копер «PSV-30» (Германия)

 

Предназначен для определения ударной вязкости при температурах от -196 до + 600 °С. 

Печи лабораторные «ПМ-1.0-7» (муфельная), «ПКЛ-1.2-12» (камерная) (НПП «Теплоприбор», Россия)

 

Длительные отжиги на воздухе при температурах до 1000°С (печь ПМ-1.0-7) и до 1200°С. (печь ПКЛ-1.2-12)

Стенд для определения сопротивления коррозионному растрескиванию под напряжением в агрессивных средах

 

Автоматизированный рентгеновский дифрактометр «ДРОН-6» («Буревестник», Россия), 2003 г.

 

Предназначен для исследования структуры, текстуры и фазового состава моно- и поликристаллических образцов. Дифрактометр оснащен высокотемпературной и низкотемпературной вакуумными камерами для изучения фазовых переходов.

 
Основные характеристики:
  • интервал температур                  от 80 до 1000 К
  • стабилизация температуры         ± 1 К

 

 

Спектрофотометр «UV mini-1240» («Shimadzu», Япония)

Предназначен для определения спектрального состава вещества.

Имеет три режима работы:

  • измерение оптической плотности или пропускания, определение концентрации методом К-фактора;
  • сканирование по длине волны с возможностью последующей обработки спектра;
  • построение градуировочной кривой и расчет уравнений 1-3 порядка по измеренным стандартам (от 2 до 10) или введенным значениям;
  • определение концентраций неизвестных образцов.

 

Оптический эмиссионный спектрометр параллельного действия с индуктивно-связанной плазмой ICPE-9000.


 
Вакуумный ИСП-спектрометр с температурно-контролируемой Эшелле оптикой, обеспечивающий качественный и прецизионный количественный анализ без редварительного задания аналитических линий.                                                       
 
 
Основные характеристики:
  •  cпектральный диапазон 167~800нм;
  •  обеспечивает определение большинства элементов на уровне 1-10 ppb;
  •  диапазон линейности 5-6 порядков.
 
Мощное программное обеспечение ICPsolution обеспечивает:
  • быстрый и надёжный качественный анализ с помощью встроенной базы данных длин волн и спектральных влияний для всех элементов с автоматическим выбором длин волн, наименее подверженным спектральным влияниям;
  • оценку концентрационных диапазонов определяемых и сопутствующих элементов, автоматический выбор способов коррекции;
  • выдачу состава образца для калибровки;
  • автоматический выбор одного, наиболее оптимального результата анализа среди данных, полученных при измерениях на разных длинах волн;
  • диагностику природы влияний;
  • количественный анализ: надёжное определение даже трудноопределяемых элементов в пробах со сложной основой. 

 

Установка для получения жидкого гелия, модель LHeP18 (Cryomech Inc, США) 2010 г.

Предназначена для получения жидкого гелия.

 
Основные характеристики:
  • скорость производства жидкого гелия      0,75 л/ч (18 л в сутки)
  • время выхода на рабочий режим             <36 ч
  • емкость накопительного гелиевого сосуда  150 л
  • мощность                                                9,2 кВт
  • масса                                                      463 кг