福建高精度納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)

力—距離曲線測(cè)試分為準(zhǔn)靜態(tài)模式和動(dòng)態(tài)模式，實(shí)際應(yīng)用中采用較多的是準(zhǔn)靜態(tài)模式下的力-距離曲線測(cè)試。由力—距離曲線測(cè)試可以獲得樣品表面的力學(xué)性能及黏附的信息。利用接觸力學(xué)模型對(duì)力—距離曲線進(jìn)行擬合，可以獲得樣品表面的彈性模量。力—距離曲線測(cè)試與納米壓痕相比，可以施加更小的作用力(nN量級(jí))，較好地避免了對(duì)生物軟材料的損害，極大地降低了基底對(duì)薄膜力學(xué)性能測(cè)試的影響。力—距離曲線測(cè)試普遍應(yīng)用于聚合物材料和生物材料的納米力學(xué)性能測(cè)試，很多研究者利用此方法獲得了細(xì)胞的模量信息。力—距離曲線陣列測(cè)試可以獲得測(cè)試區(qū)域內(nèi)力學(xué)性能的分布，但是分辨率較低，且測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)。另外，力—距離曲線一般只對(duì)軟材料才比較有效。圖2 是通過力—距離曲線陣列測(cè)試獲得的細(xì)胞力學(xué)性能(模量) 的分布。納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了納米材料和納米器件的性能優(yōu)化。福建高精度納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)

納米壓痕試驗(yàn)舉例，試驗(yàn)材料取單晶鋁，試驗(yàn)在美國(guó) MTS 公司生產(chǎn)的 Nano Indenter XP 型納米硬度儀以及美國(guó) Digital Instruments 公司生產(chǎn)的原子力顯微鏡 (AFM) 上進(jìn)行。首先將試樣放到納米硬度儀上進(jìn)行壓痕試驗(yàn)，根據(jù)設(shè)置的較大載荷或者壓痕深度的不同，試驗(yàn)時(shí)間從數(shù)十分鐘到若干小時(shí)不等，中間過程不需人工干預(yù)。試驗(yàn)結(jié)束后，納米壓痕儀自動(dòng)計(jì)算出試樣的納米硬度值和相關(guān)重要性能指標(biāo)。本試驗(yàn)中對(duì)單晶鋁(110) 面進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)置壓痕深度為1.5 μ m，共測(cè)量三點(diǎn)，較終結(jié)果取三點(diǎn)的平均值。遼寧半導(dǎo)體納米力學(xué)測(cè)試碳納米管、石墨烯等納米材料，因獨(dú)特力學(xué)性能，備受關(guān)注。

中國(guó)計(jì)量學(xué)院朱若谷、浙江大學(xué)陳本永等提出了一種通過測(cè)量雙法布里一boluo干涉儀透射光強(qiáng)基波幅值差或基波等幅值過零時(shí)間間隔的方法進(jìn)行納米測(cè)量的理論基礎(chǔ)，給出了檢測(cè)掃描探針振幅變化的新方法。中國(guó)科學(xué)院北京電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室成功研制了一臺(tái)使用光學(xué)偏轉(zhuǎn)法檢測(cè)的原子力顯微鏡，通過對(duì)云母、光柵、光盤等樣品的觀測(cè)證明該儀器達(dá)到原子分辨率，較大掃描范圍可達(dá)7μm×7μm。浙江大學(xué)卓永模等研制成功雙焦干涉球面微觀輪廓儀，解決了對(duì)球形表面微觀輪廓進(jìn)行亞納米級(jí)的非接觸精密測(cè)量問題，該系統(tǒng)具有0．1nm的縱向分辨率及小于2μm的橫向分辨率。

有限元數(shù)值分析方面，Hurley 等分別基于解析模型和有限元模型兩種數(shù)據(jù)分析方法測(cè)量了鈮薄膜的壓入模量，并進(jìn)行了對(duì)比。Espinoza-Beltran 等考慮探針微懸臂的傾角、針尖高度、梯形橫截面、材料各向異性等的影響，給出了一種將實(shí)驗(yàn)測(cè)試和有限元優(yōu)化分析相結(jié)合，確定針尖樣品面外和面內(nèi)接觸剛度的方法。有限元分析方法綜合考慮了實(shí)際情況中的多種影響因素，精度相對(duì)較高。Kopycinska-Muller 等研究了AFAM 測(cè)試過程中針尖樣品微納米尺度下的接觸力學(xué)行為。Killgore 等提出了一種通過檢測(cè)探針接觸共振頻率變化對(duì)針尖磨損進(jìn)行連續(xù)測(cè)量的方法。解決方案之一：采用新型納米材料，提高力學(xué)性能，拓寬應(yīng)用范圍。

英國(guó)：國(guó)家物理研究所對(duì)各種納米測(cè)量?jī)x器與被測(cè)對(duì)象之間的幾何與物理間的相互作用進(jìn)行了詳盡的研究，繪制了各種納米測(cè)量?jī)x器測(cè)量范圍的理論框架，其研制的微形貌納米測(cè)量?jī)x器測(cè)量范圍是0．01n m～3n m和0．3n m～100n m。Warwick大學(xué)的Chetwynd博士利用X光干涉儀對(duì)長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)用的波長(zhǎng)進(jìn)行細(xì)分研究，他利用薄硅片分解和重組X光光束來(lái)分析干涉圖形，從干涉儀中提取的干涉條紋與硅晶格有相等的間距，該間距接近0．2nm，他依此作為校正精密位移傳感器的一種亞納米尺度。Queensgate儀器公司設(shè)計(jì)了一套納米定位裝置，它通過壓電驅(qū)動(dòng)元件和電容位置傳感器相結(jié)合的控制裝置達(dá)到納米級(jí)的分辨率和定位精度。納米力學(xué)測(cè)試在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，助力研究細(xì)胞力學(xué)行為，揭示疾病發(fā)生機(jī)制。北京納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)

納米力學(xué)測(cè)試可以幫助研究人員了解納米材料的疲勞行為，從而改進(jìn)納米材料的設(shè)計(jì)和制備工藝。福建高精度納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)

納米壓痕儀的應(yīng)用，納米壓痕儀可適用于有機(jī)或無(wú)機(jī)、軟質(zhì)或硬質(zhì)材料的檢測(cè)分析，包括PVD、CVD、PECVD薄膜，感光薄膜，彩繪釉漆，光學(xué)薄膜，微電子鍍膜，保護(hù)性薄膜，裝飾性薄膜等等?；w可以為軟質(zhì)或硬質(zhì)材料，包括金屬、合金、半導(dǎo)體、玻璃、礦物和有機(jī)材料等。半導(dǎo)體技術(shù)(鈍化層、鍍金屬、Bond Pads)；存儲(chǔ)材料(磁盤的保護(hù)層、磁盤基底上的磁性涂層、CD的保護(hù)層)；光學(xué)組件(接觸鏡頭、光纖、光學(xué)刮擦保護(hù)層)；金屬蒸鍍層；防磨損涂層(TiN， TiC， DLC， 切割工具)；藥理學(xué)(藥片、植入材料、生物組織)；工程學(xué)(油漆涂料、橡膠、觸摸屏、MEMS)等行業(yè)。福建高精度納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)