纳米纤维已经展现出各种有趣的特性,除了高比表面积-体积比,纳米纤维相比于块状材料,沿主轴方向有更突出的力学特性。因此纳米纤维在复合材料、纤维、支架(组织工程学)、药物输送、创伤敷料或纺织业等领域是一种非常有应用前景的材料。纳米纤维机械性能(刚度、弹性变形范围、极限强度、韧性)的定量表征对理解其在目标应用中的性能非常重要,而测量这些参数需要高度专业画的仪器,必须具备以下功能:以亚纳米的分辨率测量非常小的变形;在测量的时间量程(例如100 s)内在纳米级的位移下保持高度稳定的测量系统;以亚纳米分辨率测量微小力;处理(捡取-放置)纳米纤维并将其放置在机械测试仪器上。纳米力学测试需要使用专属的纳米力学测试仪器,如纳米压痕仪和纳米拉伸仪等。广西微电子纳米力学测试定制
纳米力学从研究的手段上可分为纳观计算力学和纳米实验力学。纳米计算力学包括量子力学计算方法、分子动力学计算和跨层次计算等不同类型的数值模拟方法。纳米实验力学则有两层含义:一是以纳米层次的分辨率来测量力学场,即所谓的材料纳观实验力学;二是对特征尺度为1-100nm之间的微细结构进行的实验力学研究,即所谓的纳米材料实验力学。纳米实验力学研究有两种途径:一是对常规的硬度测试技术、云纹法等宏观力学测试技术进行改造,使它们能适应纳米力学测量的需要;另一类是创造如原子力显微镜、摩擦力显微镜等新的纳米力学测量技术建立新原理、新方法。广州工业纳米力学测试供应纳米力学测试旨在探究微观尺度下材料的力学性能,为科研和工业领域提供有力支持。
与传统硬度计算不同的是,A 值不是由压痕照片得到,而是根据 “接触深度” hc(nm) 计算得到的。具体关系式需通过试验来确定,根据压头形状的不同,一般采用多项式拟合的方法,比如针对三角锥形压头,其拟合结果为:A = 24.5 + 793hc + 4238+ 332+ 0.059+0.069+ 8.68+ 35.4+ 36. 9式中 “接触深度”hc由下式计算得出:hc = h - ε P max/S,式中,ε是与压头形状有关的常数,对于球形或三角锥形压头可以取ε = 0.75。而S的值可以通过对载荷-位移曲线的卸载部分进行拟合,再对拟合函数求导得出,即,式中Q 为拟合函数。这样通过试验得到载荷-位移曲线,测量和计算试验过程中的载荷 P、压痕深度h和卸载曲线初期的斜率S,就可以得到样品的硬度值。该技术通过记录连续的载荷-位移、加卸载曲线,可以获得材料的硬度、弹性模量、屈服应力等指标,它克服了传统压痕测量只适用于较大尺寸试样以及只能获得材料的塑性性质等缺陷,同时也提高了硬度的检测精度,使得边加载边测量成为可能,为检测过程的自动化和数字化创造了条件。
随着精密、 超精密加工技术的发展,材料在纳米尺度下的力学特性引起了人们的极大关注研究。而传统的硬度测量方法只适于宏观条件下的研究和应用,无法用于测量压痕深度为纳米级或亚微米级的硬度( 即所谓纳米硬度,nano- hardness) 。近年来,测量纳米硬度一般采用新兴的纳米压痕技术 (nano-indentation),由于采用纳米压痕技术可以在极小的尺寸范围内测试材料的力学性能,除了塑性性质外,还可反映材料的弹性性质,因此得到了越来越普遍的应用。纳米力学测试可以帮助研究人员了解纳米材料的疲劳行为,从而改进纳米材料的设计和制备工艺。
将近场声学和扫描探针显微术相结合的扫描探针声学显微术是近些年来发展的纳米力学测试方法。扫描探针声学显微术有多种应用模式,如超声力显微术(ultrasonic force microscopy,UFM)、原子力声学显微术(atomic force acoustic microscopy,AFAM)、超声原子力显微术(ultrasonic atomic force microscopy,UAFM),扫描声学力显微术(scanning acoustic force microscopy,SAFM)等。在以上几种应用模式中,以基于接触共振检测的AFAM 和UAFM 这两种方法应用较为普遍,有时也将它们统称为接触共振力显微术(contact resonance force microscopy,CRFM)。纳米力学测试的结果可以为纳米材料的安全性和可靠性评估提供重要依据。广西微电子纳米力学测试定制
在纳米力学测试中,常用的仪器包括原子力显微镜、纳米硬度仪等设备。广西微电子纳米力学测试定制
FT-NMT03纳米力学测试系统可以配合SEM/FIB原位精确直接地测量纳米纤维的力学特性。微力传感器加载微力,纳米力学测试结合高分辨位置编码器可以对纳米纤维进行拉伸、循环、蠕变、断裂等形变测试。力-形变(应力-应变)曲线可以定量的表征纳米纤维的材料特性。此外,纳米力学测试结合样品架电连接,可以定量表征电-机械性质。位置稳定性,纳米力学测试对于纳米纤维的精确拉伸测试,纳米力学测试系统的位移是测试不稳定性的主要来源。图2展示了FT-NMT03纳米力学测试系统位移的统计学评价,从中可以找到每一个测试间隔内位移导致的不确定性,例如100s内为450pm,意思是65%(或95%)的概率,纳米力学测试系统在100s的时间间隔内的位移稳定性小于±450pm(或±900pm)。广西微电子纳米力学测试定制