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

 

Сканирующий электронный микроскоп Tescan MIRA LMS (Tescan Brno s.r.o., Чехия), 2021

 

Сканирующий электронный микроскоп 4-го поколения с источником электронной эмиссии FEG Шоттки сочетает в себе визуализацию методом SEM и анализ элементного состава в реальном времени/ Предназначен для исследования разнообразных материалов в твердофазном состоянии как монолитном, так и в виде порошков любой дисперсности и агломерации (в том числе в газопаровой среде для живых объектов, непроводящих образцов и изучения коррозии), используя методы получения изображений (в режимах вторичных электронов, обратно-рассеянных электронов), включая фрактографию поверхности разрушения, энергодисперсионный элементный анализ и ориентационный анализ по картинам обратно рассеянных электронов (EBSD анализ).

 

Основные технические характеристики:

  • ускоряющее напряжение   до 30 кВ
  • увеличение                        20-160 тыс. крат
  • разрешение                       1.2 нм
  • разрешение EDAX            160 эВ
  • имеет три вакуумных режима

 

 

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.

Вибрационный магнитометр на электромагните с водяным охлаждением 7407 VSM (Lake Shore Cryotronics, США)

 

Предназначен для измерений магнитного момента объемных, порошкообразных и пленочных образцов. 

Основные характеристики:

 

  • Чувствительность     10–7 emu
  • Диапазон измерения магнитного момента от 10–7 до 400 emu
  • Диапазон температур   от 5.5 до 1273 К
  • Напряженность магнитного поля  до 23 кЭ
  • Частота вибрации  82 Гц
  • Амплитуда вибрации 1.5 мм
  • Относительная погрешность измерений магнитного момента не более 1%

Установка «Oxford Instruments» со вставкой He3(Великобритания, 1998 г.).

 

Предназначена для исследования гальваномагнитных явлений в сильных магнитных полях и при сверхнизких температурах на постоянном токе (эффект Холла в объемных образцах и в гетероструктурах, измерение электропроводности, вольт-амперная характеристика, температурная зависимость сопротивления).

 
Основные характеристики:
  • магнитное поле до 13 Тл
  • токи через образец до 100мА
  • интервал рабочих температур от 0.3К до 400 К

 

Экспериментальная установка сильных импульсных магнитных полей 

 

Основные характеристики:

  • Измерение зависимостей магнитного момента образцов от напряженности магнитного поля
  • Измерение первой и второй производной намагниченности образцов по полю от величины магнитного поля
  • Максимальная напряженность магнитного поля – до 36 T (360 кЭ)
  • Интервал температур   (4.2 - 320) К
  • Двух и однополярный импульсы
  • Длительность импульса 8 мс 

 

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, температурные характеристики материала (реально, на воздухе, примерно до +300°С).

 
Основные характеристики:
  • диапазон перемещения по осям x-y-z                     50x50х50 мм
  • разрешение перемещений по осям x-y-z                          0,05 мкм
Узел индентирования:

 

  • Дискретность задания нагрузки в диапазоне 0-0,5 Н                       0,01мН
  • Максимальная измеряемая глубина при нагрузках до 0,5 Н          16мкм
  • Уровень шума по глубине при минимальных нагрузках                  +/-1нм

 

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

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

 

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 +1000 °С
  • зона испытания:                   высота 1430 мм, ширина 575 мм
  • погрешность измерения деформации с помощью экстензометра +/-0,5% от измеряемой величины, при величине более 1/50 максимального значения шкалы экстензометра (в наличии экстензометры только для испытаний при комнатной температуре)

Испытательная машина «АИМА-5-2» («ЗИП», Иваново, Россия) для испытаний на ползучесть и длительную прочность на воздухе при температурах до 1000°С и нагрузках от 0,05 до 30кН. Временная стабильность температуры +/-3°С.

 

Печи лабораторные «ПМ-1.0-7» (муфельная), «ПКЛ-1.2-12» (камерная) (НПП «Теплоприбор», Россия, 2004г).

 

Длительные отжиги на воздухе при температуре до 1000°С (печь ПМ-1.0-7, рабочее пространство, мм, 180х150х290), и до 1200°С (печь ПКЛ-1.2-12, рабочее пространство, мм, 180х190х300).

Микротвердомер Qness Q10A+

Производитель: Qness GmbH, Австрия
Год выпуск: 2021

Предназначен для измерения микротвердости металлов и сплавов по Виккерсу и Кнупу в рабочем диапазоне нагрузок 0,00025-10 кгс на образцах весом до 50 кг.

 
Основные характеристики:
  • диапазон тестовой нагрузки: от 0,00245 до 98,07 Н (0,00025-10 кгс);
  • шкалы измерения твердости: Виккерс, Кнуп;
  • индентор Кнуп может поворачивается вокруг своей оси;
  • моторизованный стол с перемещением 150х150мм;
  • точность позиционирования 1 мкм;
  • расстояние от предметного стола до индентора: до 140 мм;
  • турель - 6-ти позиционная, моторизованная;
  • возможное количество инденторов в турели 3 шт;
  • объективы с увеличениями  4х, 10х, 20х, 40х, 65х;
  • измерение диагонали отпечатка; автоматическое/ручное; с помощью цифровой камеры 5 Мп;
  • управление осуществляется с помощью внешнего компьютера и 3D джойстика, установленного на микротвердомере.

 

Стенд для определения сопротивления коррозионному растрескиванию под напряжением в агрессивных средах

Копёр маятниковый ИО 5003-0,3-11

 

Предназначен для испытания образцов из металлов и сплавов на двухопорный ударный изгиб в соответствии с ГОСТ 9454-78.
 
Основные характеристики:
  • тип копра                          маятниковый
  • вид испытаний                 двухопорный ударный изгиб (метод Шарпи)
  • номинальные значения потенциальной энергии маятников      150; 300; 400 Дж
  • тип привода подъёмного устройства маятника                            пневматический
  • скорость движения маятника в момент удара                              5 м/с
  • масса испытательной установки                                                    не более 750 кг
  • диапазон задаваемых температур                   от -82 до +102 °С (в комплекте с криотермостатом жидкостным)
Криотермостат жидкостный
 
Основные характеристики:
  • диапазон задаваемых температур                   от -82 до +102 °С 
  • градиент температуры                     < 0,01°С/см
  • потребляемая мощность модуля терморегулирования     < 2200 Вт
  • номинальное напряжение питания                                      220 В

 

Дифрактометр XtaLAB Synergy-S
 

Монокристальный дифрактометр XtaLAB Synergy-S с микрофокусными источниками рентгеновского излучения предназначен для проведения дифракционных экспериментов с монокристаллами химических веществ (неорганических, органических или металлоорганических), минералогических и биологических образцов. Получаемые экспериментальные данные используются для определения атомной структуры кристаллов (параметров элементарной ячейки, пространственной симметрии, координат атомов, параметров тепловых колебаний атомов, распределения электронной плотности) в широком интервале температур.

Производитель: Rigaku Oxford Diffraction, Япония
Год выпуска: 2021
 
Основные характеристики:
  • Два микрофокусных источника с молибденовым и медным анодом PhotonJet-S
  • 4х кружный каппа гониометр с телескопическим креплением 2 тета
  • Система термостатирования Oxford Cryosystems Cryostream (800 Series) с интегрированным модулем контроля уровня и заполнения
  • Температурный диапазон измерений 80-500K
  • Быстрый и эффективный сбор данных с нестабильных образцов
  • Определение структуры сверх малых кристаллов (0.02 х 0.02 х 0.02 mm)
  • Изучение распределения электронной плотности
  • Детектор HyPix 6000, позволяющий проводить исследование кристаллов со слабой дифракцией без потери качества данных из-за шума детектора

 

 

Рентгено-дифракционная установка РДУ «КРОС-3»
 
Предназначен для определения кристаллографической ориентировки (КГО) монокристаллов, определение разориентировки субзерен в монокристаллах, оценки величины остаточных напряжений.
 
Основные характеристики:
  • регистрация дифракционных отражений с большими брэгговскими углами (метод Лауэ)
  • угловой диапазон 2Ɵ (135 – 178)°
  • материал анода рентгеновской трубки        БСВЗЗ: Мо
  • напряжение на аноде рентгеновской трубки             до 30 кВ
  • анодный ток              до 5 мА
  • расстояние образец-регистратор              10 – 200 мм
  • время контроля одного образца                4 – 6 мин   

 

 

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

Предназначен для определения спектрального состава вещества.

Производитель: Shimadzu, Япония
Год выпуска: 2005

Основные характеристики:

  • Спектральный диапазон от 190,0 до  1100,0 нм;
  • Диапазон измерения спектральных коэффициентов пропускания от 0 до 100%;.
  • Предел допускаемой погрешности по шкале  длины волны ± 1,0 нм;
  • Предел допускаемой абсолютной погрешности по коэффициенту пропускания  ± 1%.

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 предварительного задания аналитических линий.                                                       
Производитель: Shimadzu, Япония
Год выпуска:2012
 
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
 

 

Прибор синхронного термического анализа STA 449 F3 Jupiter
 
Совмещенный ТГА/ДСК/CTA анализатор, который позволяет одновременно регистрировать изменения массы образца и процессы, сопровождающиеся выделением или поглощением тепла.
Производитель: Netzsch, Германия
Год выпуска: 2019 
 
Основные характеристики:
​
  • Диапазон температур - до 1500°С.
  • Скорость нагрева до 1200°C - от 0.1 до 50°C/мин.
  • Скорость нагрева до 1500°C - от 0.1 до 20°C/мин.
  • Скорость охлаждения печи - от 0 до 50°C/мин.
  • Масса образца - до 200 мг (35 г вместе с держателем образца).
  • Разрешение прибора по массе во всем диапазоне - 1 мкг.
  • Калориметрическая точность/воспроизводимость - ± 2% (по металлическим стандартам).
  • Чувствительность по ДСК сигналу- 1мкВт.
  • Диапазон значений потока продувочных газов, от 5 до 250 мл/мин.
  • Используемые газы аргон, азот, воздух.
  • Термопары - Pt / Pt-Rh (тип R).
  • Тигли: платиновые: 40 мкл, 110 мкл; керамические (Al2O3): 85 мкл.

Область решаемых задач: определение температурных интервалов фазовых переходов первого и второго рода; температур плавления, кристаллизации, полиморфного превращения, стеклования, упорядочения; энтальпии переходов; удельной теплоемкости; построение фазовых диаграмм; анализ процессов разложения, горения, окисления, испарения, кинетики реакций, степень кристалличности, определение чистоты материала.