廣西表面微納米力學測試

納米壓痕儀的應用，納米壓痕儀可適用于有機或無機、軟質(zhì)或硬質(zhì)材料的檢測分析，包括PVD、CVD、PECVD薄膜，感光薄膜，彩繪釉漆，光學薄膜，微電子鍍膜，保護性薄膜，裝飾性薄膜等等?；w可以為軟質(zhì)或硬質(zhì)材料，包括金屬、合金、半導體、玻璃、礦物和有機材料等。半導體技術(鈍化層、鍍金屬、Bond Pads)；存儲材料(磁盤的保護層、磁盤基底上的磁性涂層、CD的保護層)；光學組件(接觸鏡頭、光纖、光學刮擦保護層)；金屬蒸鍍層；防磨損涂層(TiN， TiC， DLC， 切割工具)；藥理學(藥片、植入材料、生物組織)；工程學(油漆涂料、橡膠、觸摸屏、MEMS)等行業(yè)。隨著納米技術的不斷發(fā)展，納米力學測試技術也在不斷更新?lián)Q代，以適應更高精度的測試需求。廣西表面微納米力學測試

Berkovich壓頭是納米壓痕硬度計中較常用的。它可以加工得很尖，而且?guī)缀涡螤钤诤苄〕叨葍?nèi)保持自相似，適合于小尺度的壓痕實驗。目前，該類壓頭的加工水平：端部半徑50nm，典型值約40nm，中心線和面的夾角精度為J=0.025°。在納米壓痕硬度測量中，Berkovich壓頭是一種理想的壓頭。優(yōu)點包括：易獲得好的加工質(zhì)量，很小載荷就能產(chǎn)生塑性，能減小摩擦的影響。Cube-corner壓頭因其三個面相互垂直，像立方體的一個角，故取此名稱。壓頭越尖，就會在接觸區(qū)內(nèi)產(chǎn)生理想的應力和應變。目前，該種壓頭主要用于斷裂韌性(fracture toughness)的研究。它能在脆性材料的壓痕周圍產(chǎn)生很小的規(guī)則裂紋，這樣的裂紋能在相當小的范圍內(nèi)用來估計斷裂韌性。錐形壓頭圓錐具有尖的自相似幾何形狀，從模型角度常利用它的軸對稱特性，納米壓痕硬度的許多模型均基于圓錐壓痕。由于難以加工出尖的圓錐金剛石壓頭，它在小尺度實驗中很少使用。廣西表面微納米力學測試納米力學測試技術的發(fā)展推動了納米材料和納米器件的性能優(yōu)化。

中國計量學院朱若谷、浙江大學陳本永等提出了一種通過測量雙法布里一boluo干涉儀透射光強基波幅值差或基波等幅值過零時間間隔的方法進行納米測量的理論基礎，給出了檢測掃描探針振幅變化的新方法。中國科學院北京電子顯微鏡實驗室成功研制了一臺使用光學偏轉(zhuǎn)法檢測的原子力顯微鏡，通過對云母、光柵、光盤等樣品的觀測證明該儀器達到原子分辨率，較大掃描范圍可達7μm×7μm。浙江大學卓永模等研制成功雙焦干涉球面微觀輪廓儀，解決了對球形表面微觀輪廓進行亞納米級的非接觸精密測量問題，該系統(tǒng)具有0．1nm的縱向分辨率及小于2μm的橫向分辨率。

掃描探針聲學顯微術一般適用于模量范圍在1~300 GPa 的材料。對于更軟的材料，在測試過程中接觸力有可能會對樣品造成損害。基于輕敲模式的原子力顯微鏡多頻成像技術是近年來發(fā)展的一項納米力學測試方法。通過同時激勵和檢測探針多個頻率的響應或探針振動的兩階(或多階) 模態(tài)或探針振動的基頻和高次諧波成分等，可以實現(xiàn)對被測樣品形貌、彈性等性質(zhì)的快速測量。只要是涉及探針兩個及兩個以上頻率成分的激勵和檢測，均可以歸為多頻成像技術。由于輕敲模式下針尖施加的作用力遠小于接觸狀態(tài)下的作用力，因此基于輕敲模式的多頻成像技術適合于軟物質(zhì)力學性能的測量。碳納米管、石墨烯等納米材料，因獨特力學性能，備受關注。

原位納米力學測試系統(tǒng)(nanoindentation，instrumented-indentation testing，depth-sensing indentation，continuous-recording indentation，ultra low load indentation)是一類先進的材料表面力學性能測試儀器。該類儀器裝有高分辨率的致動器和傳感器，可以控制和監(jiān)測壓頭在材料中的壓入和退出，能提供高分辨率連續(xù)載荷和位移的測量。包括壓痕硬度和劃痕硬度兩種工作模式，主要應用于測試各種薄膜（包括厚度小于100納米的超薄膜、多層復合膜、抗磨損膜、潤滑膜、高分子聚合物膜、生物膜等）、多相復合材料的基體本構和界面、金屬陣列復合材料、類金剛石碳涂層（DLC）、半導體材料、MEMS、生物醫(yī)學樣品（包括骨、牙齒、血管等）和生物材料、等在nano水平上的力學特性，還可以進行納米機械加工。通過探針壓痕或劃痕來獲得材料微區(qū)的硬度、彈性模量、摩擦系數(shù)、磨損率、斷裂剛度、失效、蠕變、應力釋放、分層、粘附力（結(jié)合力）、存儲模量、損失模量等力學數(shù)據(jù)。解決方案之一：采用新型納米材料，提高力學性能，拓寬應用范圍。福建紡織納米力學測試廠商

通過納米力學測試，可以測量納米材料的彈性模量、硬度和斷裂韌性等力學性能。廣西表面微納米力學測試

較大壓痕深度1.5 μ m時的試驗結(jié)果，其中納米硬度平均值為0.46GPa，而用傳統(tǒng)硬度計算方法得到的硬度平均值為0.580GPa，這說明傳統(tǒng)硬度計算方法在微納米硬度測量時誤差較大，其原因就是在微納米硬度測量時，材料變形的彈性恢復造成殘余壓痕面積較小，傳統(tǒng)方法使得計算結(jié)果產(chǎn)生了偏差，不能正確反映材料的硬度值。圖片通過對不同載荷下的納米硬度測量值進行比較發(fā)現(xiàn)，單晶鋁的納米硬度值并不是恒定的， 而是在一定范圍內(nèi)隨著載荷（壓頭位移）的降低而逐漸增大，也就是存在壓痕尺寸效應現(xiàn)象。圖3反映了納米硬度隨壓痕深度的變化。較大壓痕深度1μm時單晶鋁彈性模量與壓痕深度的關系。此外，納米硬度儀還可以輸出接觸剛、實時載荷等隨壓頭位移的變化曲線，試驗者可以從中獲得豐富的信息。廣西表面微納米力學測試