廣西工業(yè)納米力學(xué)測(cè)試方法

納米壓痕法：納米壓痕硬度法是一類測(cè)量材料表面力學(xué)性能 的先進(jìn)技術(shù)。其原理是在加載過程中 試樣表面在壓頭作用下首先發(fā)生彈性變形，隨著載荷的增加試樣開始發(fā)生塑性變形，加載曲線呈非線性，卸載曲線反映被測(cè)物體的彈性恢復(fù)過程。通過分析加卸載曲線可以得到材料的硬度和彈性模量等參量。納米壓痕法不只可以測(cè)量材料的硬度和彈性模量，還可以根據(jù)壓頭壓縮過程中脆性材料產(chǎn)生的裂紋估算材料的斷裂韌性，根據(jù)材料的位移壓力曲線與時(shí)間的相關(guān)性獲悉材料的蠕變特性。除此之外，納米壓痕法還用于納米膜厚度、微結(jié)構(gòu)，如微梁的剛度與撓度等的測(cè)量。納米力學(xué)測(cè)試可以解決納米材料在微納尺度下的力學(xué)問題，為納米器件的設(shè)計(jì)和制造提供支持。廣西工業(yè)納米力學(xué)測(cè)試方法

摘要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，材料的研發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用進(jìn)入了微納米尺度，微納米材料憑借其出色的性能被人們普遍應(yīng)用于科研和生產(chǎn)生活的各方各面。與此同時(shí)，人們正深入研究探索微納米尺度的材料力學(xué)性能參數(shù)測(cè)量技術(shù)方法，以滿足微納米材料的飛速發(fā)展和應(yīng)用需求。微納米力學(xué)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用背景，隨著材料的研發(fā)生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)入微納米尺度,以往的通過宏觀的力學(xué)測(cè)量手段已不適用于測(cè)量微納米薄膜和器件的力學(xué)性能參數(shù)的測(cè)量。近年來，微納米壓入和劃痕等力學(xué)測(cè)量手段隨著微納米材料的發(fā)展和應(yīng)用，在半導(dǎo)體薄膜和器件、功能薄膜、新能源材料、生物材料等領(lǐng)域應(yīng)用愈發(fā)普遍，因此亟待建立基于微納米尺度的材料力學(xué)性能參數(shù)測(cè)量的技術(shù)體系。廣西工業(yè)納米力學(xué)測(cè)試方法納米力學(xué)測(cè)試的結(jié)果對(duì)于預(yù)測(cè)納米材料在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)具有重要參考價(jià)值。

電子/離子束云紋法和電鏡掃描云紋法，利用電子/離子?xùn)|抗蝕劑制作出10000線/mm的電子/離子?xùn)|云紋光柵,這種光柵的應(yīng)用頻率范圍為40~20000線/mm,柵線的較小寬度可達(dá)到幾十納米。電鏡掃描條紋的倍增技術(shù)用于單晶材料納米級(jí)變形測(cè)量。其原理是:在測(cè)量中,單晶材料的晶格結(jié)構(gòu)由透射電鏡(TEM)采集并記錄在感光膠片上作為試件柵,以幾何光柵為參考柵,較終通過透射電鏡放大倍數(shù)與試件柵的頻率關(guān)系對(duì)上述兩柵的干涉云紋進(jìn)行分析,即可獲得單晶材料表面微小的應(yīng)變場。STM/晶格光柵云紋法，隧道顯微鏡(STM)納米云紋法是測(cè)量表面位移的新技術(shù)。測(cè)量中,把掃描隧道顯微鏡的探針掃描線作為參考柵,把物質(zhì)原子晶格柵結(jié)構(gòu)作為試件柵,然后對(duì)這兩組柵線干涉形成的云紋進(jìn)行納米級(jí)變形測(cè)量。運(yùn)用該方法對(duì)高定向裂解石墨的納米級(jí)變形應(yīng)變進(jìn)行測(cè)試,得到隨掃描范圍變化的應(yīng)變場。

納米力學(xué)從研究的手段上可分為納觀計(jì)算力學(xué)和納米實(shí)驗(yàn)力學(xué)。納米計(jì)算力學(xué)包括量子力學(xué)計(jì)算方法、分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算和跨層次計(jì)算等不同類型的數(shù)值模擬方法。納米實(shí)驗(yàn)力學(xué)則有兩層含義:一是以納米層次的分辨率來測(cè)量力學(xué)場，即所謂的材料納觀實(shí)驗(yàn)力學(xué);二是對(duì)特征尺度為1-100nm之間的微細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)力學(xué)研究，即所謂的納米材料實(shí)驗(yàn)力學(xué)。納米實(shí)驗(yàn)力學(xué)研究有兩種途徑:一是對(duì)常規(guī)的硬度測(cè)試技術(shù)、云紋法等宏觀力學(xué)測(cè)試技術(shù)進(jìn)行改造，使它們能適應(yīng)納米力學(xué)測(cè)量的需要;另一類是創(chuàng)造如原子力顯微鏡、摩擦力顯微鏡等新的納米力學(xué)測(cè)量技術(shù)建立新原理、新方法。納米力學(xué)測(cè)試可以解決納米材料在高溫、低溫和高壓等極端環(huán)境下的力學(xué)問題，提高納米材料的穩(wěn)定性和可靠性。

研究液相環(huán)境下的流體載荷對(duì)探針振動(dòng)產(chǎn)生的影響可以將AFAM 定量化測(cè)試應(yīng)用范圍擴(kuò)展至液相環(huán)境。液相環(huán)境下增加的流體質(zhì)量載荷和流體阻尼使探針振動(dòng)的共振頻率和品質(zhì)因子都較大程度上減小。Parlak 等采用簡單的解析模型考慮流體質(zhì)量載荷和流體阻尼效應(yīng)，可以在液相環(huán)境下從探針的接觸共振頻率導(dǎo)出針尖樣品的接觸剛度值。Tung 等通過嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，提出通過重構(gòu)流體動(dòng)力學(xué)函數(shù)的方法，將流體慣性載荷效應(yīng)進(jìn)行分離。此方法不需要預(yù)先知道探針的幾何尺寸及材料特性，也不需要了解周圍流體的力學(xué)性能。納米力學(xué)測(cè)試是一種用于研究納米尺度材料力學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法。廣西工業(yè)納米力學(xué)測(cè)試方法

納米力學(xué)測(cè)試的結(jié)果可以為新材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供重要參考。廣西工業(yè)納米力學(xué)測(cè)試方法

用戶可設(shè)計(jì)自定義的測(cè)試程序和測(cè)試模式：①FT-NTP納米力學(xué)測(cè)試平臺(tái),是一個(gè)5軸納米機(jī)器人系統(tǒng),能夠在絕大部分全尺寸的SEM中對(duì)微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的納米力學(xué)測(cè)試。②FT-nMSC模塊化系統(tǒng)控制器,其連接納米力學(xué)測(cè)試平臺(tái),同步采集力和位移數(shù)據(jù)。其較大特點(diǎn)是該控制器提供硬。件級(jí)別的傳感器保護(hù)模式,防止微力傳感探針和微鑷子的力學(xué)過載。③FT-nHCM手動(dòng)控制模塊,其配置的兩個(gè)操控桿方便手動(dòng)控制納米力學(xué)測(cè)試平臺(tái)。④帶接線口的SEM法蘭,實(shí)現(xiàn)模塊化系統(tǒng)控制器和納米力學(xué)測(cè)試平臺(tái)的通訊。廣西工業(yè)納米力學(xué)測(cè)試方法