纳米压痕仪的应用,纳米压痕仪可适用于有机或无机、软质或硬质材料的检测分析,包括PVD、CVD、PECVD薄膜,感光薄膜,彩绘釉漆,光学薄膜,微电子镀膜,保护性薄膜,装饰性薄膜等等。基体可以为软质或硬质材料,包括金属、合金、半导体、玻璃、矿物和有机材料等。半导体技术(钝化层、镀金属、Bond Pads);存储材料(磁盘的保护层、磁盘基底上的磁性涂层、CD的保护层);光学组件(接触镜头、光纤、光学刮擦保护层);金属蒸镀层;防磨损涂层(TiN, TiC, DLC, 切割工具);药理学(药片、植入材料、生物组织);工程学(油漆涂料、橡胶、触摸屏、MEMS)等行业。在进行纳米力学测试时,需要特别注意样品的制备和处理过程,以避免引入误差。北京纳米力学测试应用
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。广西表面微纳米力学测试原理纳米力学测试可以应用于纳米材料的质量控制和品质检测,确保产品符合规定的力学性能要求。
在黏弹性力学性能测试方面,Yuya 等发展了AFAM 黏弹性力学性能测试的理论基础。随后,Killgore 等将单点测试拓展到成像测试,对二元聚合物的黏弹性力学性能进行了定量化成像,获得了存储模量和损耗模量的分布图。Hurley 等发展了一种不需要进行中间的校准测试过程而直接测量损耗因子的方法。Tung 等采用二维流体动力学函数,考虑探针接近样品表面时的阻尼和附加质量效应以及与频率相关的流体动力载荷,对黏弹性阻尼损耗测试进行了修正。周锡龙等研究了探针不同阶模态对黏弹性测量灵敏度的影响,提出了一种利用软悬臂梁的高阶模态进行黏弹性力学性能测试的方法。
AFAM 利用探针和样品之间的接触共振进行测试,基于对探针的动力学特性以及针尖样品之间的接触力学行为分析,可以通过对探针接触共振频率、品质因子、振幅、相位等响应信息的测量,实现被测样品力学性能的定量化表征。AFAM 不只可以获得样品表面纳米尺度的形貌特征,还可以测量样品表面或亚表面的纳米力学特性。AFAM 属于近场声学成像技术,它克服了传统声学成像中声波半波长对成像分辨率的限制,其分辨率取决于探针针尖与测试样品之间的接触半径大小。AFM 探针的针尖半径很小(5~50 nm),且施加在样品上的作用力也很小(一般为几纳牛到几微牛),因此AFAM 的空间分辨率极高,其横向分辨率与普通AFM 一样可以达到纳米量级。与纳米压痕技术相比,AFAM 在分辨率方面具有明显的优势,通常认为其测试过程是无损的。此外,AFAM 在成像质量和速度方面均明显优于纳米压痕。目前,AFAM 已经普遍应用于纳米复合材料、智能材料、生物材料、纳米材料和薄膜系统等各种先进材料领域。纳米力学测试在航空航天领域,为超轻、强度高材料研发提供支持。
经过三十年的发展,目前科学家在AFM 基础上实现了多种测量和表征材料不同性能的应用模式。利用原子力显微镜,人们实现了对化学反应前后化学键变化的成像,研究了化学键的角对称性质以及分子的侧向刚度。Ternes 等测量了在材料表面移动单个原子所需要施加的作用力。各种不同的应用模式可以获得被测样品表面纳米尺度力、热、声、电、磁等各个方面的性能。基于AFM 的定量化纳米力学测试方法主要有力—距离曲线测试、扫描探针声学显微术和基于轻敲模式的动态多频技术。纳米力学测试的结果对于预测纳米材料在实际应用中的表现具有重要参考价值。海南材料科学纳米力学测试
纳米机器人研发中,力学性能测试至关重要,以确保其在复杂环境中的稳定性。北京纳米力学测试应用
扫描探针声学显微术一般适用于模量范围在1~300 GPa 的材料。对于更软的材料,在测试过程中接触力有可能会对样品造成损害。基于轻敲模式的原子力显微镜多频成像技术是近年来发展的一项纳米力学测试方法。通过同时激励和检测探针多个频率的响应或探针振动的两阶(或多阶) 模态或探针振动的基频和高次谐波成分等,可以实现对被测样品形貌、弹性等性质的快速测量。只要是涉及探针两个及两个以上频率成分的激励和检测,均可以归为多频成像技术。由于轻敲模式下针尖施加的作用力远小于接触状态下的作用力,因此基于轻敲模式的多频成像技术适合于软物质力学性能的测量。北京纳米力学测试应用