微纳米材料力学性能测试系统是一种用于机械工程领域的科学仪器,于2008年11月18日启用。纵向载荷力和位移。载荷力分辨率:3nN(在施加1µN的条件下);较小载荷接触力:<100nN;较大载荷:10mN;位移分辨率:0.0004nm;较小位移:<0.2nm;较大位移:5μm;热漂移:<0.05nm/s(在室温条件下)。 横向载荷力和位移。载荷力的分辨率:0.5μN;较小横向力:<5μN;较大横向力:2mN;位移分辨率:3nm;较小位移:<5nm;较大位移:15μm;热漂移:<0.05nm/s(在室温条件下)。磨损面积范围:4μm x 4μm 到 60μm x 60μm;磨损速率:≤180μm/s;纵向载荷范围:100nN – 1mN。X-Y stage。纳米力学测试的结果可以为新材料的设计和应用提供重要参考。湖北纺织纳米力学测试模块
随着纳米技术的迅速发展,对薄膜、纳米材料的力学性质的测量成为了一个重要的课题,然而由于尺寸的限制,传统的拉伸试验等力学测试方法很难在纳米尺度下得到准确的结果。而原位纳米力学测量技术的出现,为解决纳米尺度下材料力学性质的测试问题提供了新的思路和手段。原位纳米压痕技术,原位纳米压痕技术是一种应用比较普遍的力学测试方法,其基本原理是用尖头压在待测材料表面,通过测量压头的形变等参数来推算出待测材料的力学性质。由于其具有样品尺寸、压头设计等方面的优点,原位纳米压痕技术已经被普遍应用于纳米材料力学测试领域。海南科研院纳米力学测试模块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。
有限元数值分析方面,Hurley 等分别基于解析模型和有限元模型两种数据分析方法测量了铌薄膜的压入模量,并进行了对比。Espinoza-Beltran 等考虑探针微悬臂的倾角、针尖高度、梯形横截面、材料各向异性等的影响,给出了一种将实验测试和有限元优化分析相结合,确定针尖样品面外和面内接触刚度的方法。有限元分析方法综合考虑了实际情况中的多种影响因素,精度相对较高。Kopycinska-Muller 等研究了AFAM 测试过程中针尖样品微纳米尺度下的接触力学行为。Killgore 等提出了一种通过检测探针接触共振频率变化对针尖磨损进行连续测量的方法。
纳米测量技术是利用改制的扫描隧道显微镜进行微形貌测量,这个技术已成功的应用于石墨表面和生物样本的纳米级测量。国外于1982年发明并使其发明者Binnig和Rohrer(美国)荣获1986年物理学诺贝尔奖的扫描隧道显微镜(STM)。1986年,Binnig等人利用扫描隧道显微镜测量近10-18N的表面力,将扫描隧道显微镜与探针式轮廓仪相结合,发明了原子力显微镜,在空气中测量,达到横向精度3n m和垂直方向0.1n m的分辨率。California大学S.Alexander等人利用光杠杆实现的原子力显微镜初次获得了原子级分辨率的表面图像。测试设置需精确控制实验条件,以消除外部干扰,确保实验结果的准确性。
纳米压痕法:纳米压痕硬度法是一类测量材料表面力学性能 的先进技术。其原理是在加载过程中 试样表面在压头作用下首先发生弹性变形,随着载荷的增加试样开始发生塑性变形,加载曲线呈非线性,卸载曲线反映被测物体的弹性恢复过程。通过分析加卸载曲线可以得到材料的硬度和弹性模量等参量。纳米压痕法不只可以测量材料的硬度和弹性模量,还可以根据压头压缩过程中脆性材料产生的裂纹估算材料的断裂韧性,根据材料的位移压力曲线与时间的相关性获悉材料的蠕变特性。除此之外,纳米压痕法还用于纳米膜厚度、微结构,如微梁的刚度与挠度等的测量。纳米力学测试设备的精度和灵敏度对于获得准确的测试结果至关重要。海南科研院纳米力学测试模块
纳米力学测试可用于研究纳米颗粒在胶体、液态等介质中的相互作用行为。湖北纺织纳米力学测试模块
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)。湖北纺织纳米力学测试模块