即使源电阻大幅降低至1MW,对一个1mV的信号的测量也接近了理论极限,因此要使用一个普通的数字多用表(DMM)进行测量将变得十分困难。除了电压或电流灵敏度不够高之外,许多DMM在测量电压时的输入偏移电流很高,而相对于那些纳米技术[3]常常需要的、灵敏度更高的低电平DC测量仪器而言,DMM的输入电阻又过低。这些特点增加了测量的噪声,给电路带来不必要的干扰,从而造成测量的误差。系统搭建完毕后,必须对其性能进行校验,而且消除潜在的误差源。误差的来源可以包括电缆、连接线、探针[5]、沾污和热量。下面的章节中将对降低这些误差的一些途径进行探讨。在医学领域,纳米力学测试可用于研究细胞和组织的力学性质。广西新能源纳米力学测试应用
一般力学原理包括:。能量和动量守恒原理;。哈密顿变分原理;。对称原理。由于研究的物体小,纳米力学也要考虑:。当物体尺寸和原子距离可比时,物体的离散性;。物体内自由度的多样性和有限性。。热胀落的重要性;。熵效应的重要性;。量子效应的重要性。这些原理可提供对纳米物体新异性质深入了解。新异性质是指这种性质在类似的宏观物体没有或者很不相同。特别是,当物体变小,会出现各种表面效应,它由纳米结构较高的表面与体积比所决定。这些效应影晌纳米结构的机械能和热学性质(熔点,热容等)例如,由于离散性,固体内机械波要分散,在小区域内,弹性力学的解有特别的行为。自由度大引起热胀落是纳米颗粒通过潜在势垒产生热隧道及液体和固体交错扩散的理由。小和热涨落提供了纳米颗粒布朗运动的基本理由。在纳米范围增加了热涨落重要性和结构熵,使纳米结构产生超弹性,熵弹性(熵力)和其它新弹性。开放纳米系统的自组织和合作行为中,结构熵也令人产生很大兴趣。山西原位纳米力学测试原子力显微镜(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。
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。
主要的微纳米力学测量技术:1、微纳米压痕测试技术,1.1压入测试技术,压人测试技术是较初的是表征各种材料力学性能较常用的方法之一,可以追溯到 20 世纪初的定量硬度测试方法。传统的压人测试技术是利用已知几何形状的硬压头以预设的压人深度或者载荷作用到较软的样品表面,通过测量残余压痕的尺寸计算相关的硬度指数。但压入测试技术的缺陷在所能够表征的材料力学参量局限于硬度和弹性模量这2个基本的参量。1.2 微纳米压痕测试,近年来新型材料正在向低维化、功能化与复合化方向飞速发展,在微纳米尺度作用区域上开展微纳米压痕测试已被普遍用作评价材料因微观结构变化面诱发力学性能变化以及获得材料物性转变等新现象、新规律的重要工具。所能够表征的材料力学参量也不再局限于硬度和弹性模量这2个基本的参量。通过纳米力学测试,可评估纳米材料在极端环境下的可靠性。
研究液相环境下的流体载荷对探针振动产生的影响可以将AFAM 定量化测试应用范围扩展至液相环境。液相环境下增加的流体质量载荷和流体阻尼使探针振动的共振频率和品质因子都较大程度上减小。Parlak 等采用简单的解析模型考虑流体质量载荷和流体阻尼效应,可以在液相环境下从探针的接触共振频率导出针尖样品的接触刚度值。Tung 等通过严格的理论推导,提出通过重构流体动力学函数的方法,将流体惯性载荷效应进行分离。此方法不需要预先知道探针的几何尺寸及材料特性,也不需要了解周围流体的力学性能。跨学科合作,推动纳米力学测试技术不断创新,满足多领域需求。山西原位纳米力学测试
纳米力学测试可以应用于纳米材料的力学模拟和仿真,加速纳米材料的研发和应用过程。广西新能源纳米力学测试应用
摘要 随着科学技术的发展进步,材料的研发和生产应用进入了微纳米尺度,微纳米材料凭借其出色的性能被人们普遍应用于科研和生产生活的各方各面。与此同时,人们正深入研究探索微纳米尺度的材料力学性能参数测量技术方法,以满足微纳米材料的飞速发展和应用需求。微纳米力学测量技术的应用背景,随着材料的研发生产和应用进入微纳米尺度,以往的通过宏观的力学测量手段已不适用于测量微纳米薄膜和器件的力学性能参数的测量。近年来,微纳米压入和划痕等力学测量手段随着微纳米材料的发展和应用,在半导体薄膜和器件、功能薄膜、新能源材料、生物材料等领域应用愈发普遍,因此亟待建立基于微纳米尺度的材料力学性能参数测量的技术体系。广西新能源纳米力学测试应用