微纳米材料研究中用到的一些现代测试技术:电子显微法,电子显微技术是以电子显微镜为研究手段来分析材料的一种技术。电子显微镜拥有高于光学显微镜的分辨率,可以放大几十倍到几十万倍的范围,在实验研究中具有不可替代的意义,推动了众多领域研究的进程。电子显微技术的光源为电子束,通过磁场聚焦成像或者静电场的分析技术才达成高分辨率的效果、利用电子显微镜可以得到聚焦清晰的图像, 有利于研究人员对于实验结果进行观察分析。碳纳米管、石墨烯等纳米材料,因独特力学性能,备受关注。江西表面微纳米力学测试原理
用户可设计自定义的测试程序和测试模式:①FT-NTP纳米力学测试平台,是一个5轴纳米机器人系统,能够在绝大部分全尺寸的SEM中对微纳米结构进行精确的纳米力学测试。②FT-nMSC模块化系统控制器,其连接纳米力学测试平台,同步采集力和位移数据。其较大特点是该控制器提供硬。件级别的传感器保护模式,防止微力传感探针和微镊子的力学过载。③FT-nHCM手动控制模块,其配置的两个操控杆方便手动控制纳米力学测试平台。④带接线口的SEM法兰,实现模块化系统控制器和纳米力学测试平台的通讯。江西表面微纳米力学测试原理纳米力学测试在生物医学领域的应用,有助于揭示生物分子和细胞结构的力学特性。
纳米压痕获得的材料信息也比较丰富,既可以通过静态力学性能测试获得材料的硬度、弹性模量、断裂韧性、相变(畴变) 等信息,也可以通过动态力学性能测试获得被测样品的存储模量、损耗模量或损耗因子等。另外,动态纳米压痕技术还可以实现对材料微纳米尺度存储模量和损耗模量的模量成像(modulus mapping)。图1 是美国Hysitron 公司生产的TI-900 Triboindenter 纳米压痕仪的实物图。纳米压痕作为一种较通用的微纳米力学测试方法,目前仍然有不少研究者致力于对其方法本身的改进和发展。
模块化设计使系统适用于各种形貌样品的测试需求及各种SEM/FIB配置,紧凑的外形设计适用于各种全尺寸的SEM/FIB样品室。用户可设计自定义的测试程序和测试模式:①FT-SH传感器连接头,其配置的4个不同型号的连接头,可满足各种不同的测试条件(平面外或者平面内测试)和不同的测试距离。②FFT-SB样品基座适配头,其配置的4个不同型号的适配头用来调节样品台的高度和角度。③FT-ETB电学测试样品台,包含2个不同的电学测试样品台,实现样品和纳米力学测试平台的电导通。④FT-S微力传感探针和FT-G微镊子,实现微纳力学测试和微纳操作组装(按需额外购买)。原子力显微镜(AFM)在纳米力学测试中发挥着重要作用,可实现高分辨率成像。
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。纳米力学测试的发展促进了纳米材料及其应用领域的快速发展和创新。江西表面微纳米力学测试原理
纳米力学测试能够揭示材料表面的微观结构与性能之间的关系。江西表面微纳米力学测试原理
应用举例:纳米纤维拉伸测试,纳米力学测试单轴拉伸测试是纳米纤维定量力学分析较常见的方法。用Pt-EBID将纳米纤维两端分别固定在FT-S微力传感探针和样品架上,拉伸直至断裂。从应力-应变曲线计算得到混合纳米纤维的平均屈服/极限拉伸强度为375MPa/706Mpa,金纳米纤维的平均屈服/极限拉伸强度为451MPa/741Mpa。对单根纳米纤维进行各种机械性能的定量测试需要通用性极高的仪器。这类设备必须能进行纳米机器人制样和力学测试。并且由于纳米纤维轴向形变(延长)小,高位移分辨率和优异的位置稳定性(位置漂移小)对于精确一定测量是至关重要的。江西表面微纳米力学测试原理