重慶高校納米力學測試

德國：T．Gddenhenrich等研制了電容式位移控制微懸臂原子力顯微鏡。在PTB進行了一系列稱為1nm級尺寸精度的計劃項目，這些研究包括：①．提高直線和角度位移的計量；②．研究高分辨率檢測與表面和微結(jié)構(gòu)之間的物理相互作用，從而給出微形貌、形狀和尺寸的測量。已完成亞納米級的一維位移和微形貌的測量。中國計量科學研究院研制了用于研究多種微位移測量方法標準的高精度微位移差拍激光干涉儀。中國計量科學研究院、清華大學等研制了用于大范圍納米測量的差拍法―珀干涉儀，其分辨率為0．3nm，測量范圍±1．1μm，總不確定度優(yōu)于3．5nm。中國計量學院朱若谷提出了一種能補償環(huán)境影響、插入光纖傳光介質(zhì)的補償式光纖雙法布里―珀羅微位移測量系統(tǒng)，適合于納米級微位移測量，可用于檢定其它高精度位移傳感器、幾何量計量等。納米力學測試還可以評估材料在高溫、低溫等極端環(huán)境下的性能表現(xiàn)。重慶高校納米力學測試

借助原子力顯微鏡(AFM)的納米力學測試法，利用原子力顯微鏡探針的納米操縱能力對一維納米材料施加彎曲或拉伸載荷。施加彎曲載荷時，原子力顯微鏡探針作用在一維納米懸臂梁結(jié)構(gòu)高自山端國雙固支結(jié)構(gòu)的中心位置,彎曲撓度和載荷通過原子力顯微鏡探針懸曾梁的位移和懸臂梁的剛度獲取，依據(jù)連續(xù)力學理論，由試樣的載荷一撓度曲線獲得其彈性模量、強度和韌性等力學性能參數(shù)。這種方法加載機理簡單,相對拉伸法容易操作，缺點是原子力顯微鏡探針的尺寸與被測納米試樣相比較大,撓度較大時探針的滑動以及試樣中心位置的對準精度嚴重影響測試精度3、借助微機電系統(tǒng)(MEMS)技術的片上納米力學測試法基于 MEMS 的片上納米力學測試法采用 MEMS 微加工工藝將微驅(qū)動單元、微傳感單元或試樣集成在同一芯片上，通過微驅(qū)動單元對試樣施加載荷，微位移與微力檢測單元檢測試樣變形與加載力，進面獲取試樣的力學性能。四川原位納米力學測試方法在醫(yī)學領域，納米力學測試可用于研究細胞和組織的力學性質(zhì)。

AFAM 的基本原理是利用探針與樣品的接觸振動來對材料納米尺度的彈性性能進行成像或測量。AFAM 于20 世紀90 年代中期由德國薩爾布呂肯無損檢測研究所的Rabe 博士(女) 首先提出，較初為單點測量模式。2000 年前后，她們采用逐點掃頻的方式實現(xiàn)了模量成像功能，但是成像的速度很慢，一幅128×128 像素的圖像需要大約30min，導致圖像的熱漂移比較嚴重。2005 年，美國國家標準局的Hurley 博士(女) 采用DSP 電路控制掃頻和探針的移動，將成像速度提高了4~5倍(一幅256×256 像素的圖像需要大約25min)。

微納米材料研究中用到的一些現(xiàn)代測試技術：電子顯微法，電子顯微技術是以電子顯微鏡為研究手段來分析材料的一種技術。電子顯微鏡擁有高于光學顯微鏡的分辨率，可以放大幾十倍到幾十萬倍的范圍，在實驗研究中具有不可替代的意義，推動了眾多領域研究的進程。電子顯微技術的光源為電子束，通過磁場聚焦成像或者靜電場的分析技術才達成高分辨率的效果、利用電子顯微鏡可以得到聚焦清晰的圖像， 有利于研究人員對于實驗結(jié)果進行觀察分析。利用納米力學測試，可以評估納米材料的可靠性和耐久性。

研究液相環(huán)境下的流體載荷對探針振動產(chǎn)生的影響可以將AFAM 定量化測試應用范圍擴展至液相環(huán)境。液相環(huán)境下增加的流體質(zhì)量載荷和流體阻尼使探針振動的共振頻率和品質(zhì)因子都較大程度上減小。Parlak 等采用簡單的解析模型考慮流體質(zhì)量載荷和流體阻尼效應，可以在液相環(huán)境下從探針的接觸共振頻率導出針尖樣品的接觸剛度值。Tung 等通過嚴格的理論推導，提出通過重構(gòu)流體動力學函數(shù)的方法，將流體慣性載荷效應進行分離。此方法不需要預先知道探針的幾何尺寸及材料特性，也不需要了解周圍流體的力學性能。通過納米力學測試，我們可以評估納米材料在極端環(huán)境下的穩(wěn)定性和耐久性。重慶高校納米力學測試

跨學科合作，推動納米力學測試技術不斷創(chuàng)新，滿足多領域需求。重慶高校納米力學測試

AFAM 利用探針和樣品之間的接觸共振進行測試，基于對探針的動力學特性以及針尖樣品之間的接觸力學行為分析，可以通過對探針接觸共振頻率、品質(zhì)因子、振幅、相位等響應信息的測量，實現(xiàn)被測樣品力學性能的定量化表征。AFAM 不只可以獲得樣品表面納米尺度的形貌特征，還可以測量樣品表面或亞表面的納米力學特性。AFAM 屬于近場聲學成像技術，它克服了傳統(tǒng)聲學成像中聲波半波長對成像分辨率的限制，其分辨率取決于探針針尖與測試樣品之間的接觸半徑大小。AFM 探針的針尖半徑很小(5~50 nm)，且施加在樣品上的作用力也很小(一般為幾納牛到幾微牛)，因此AFAM 的空間分辨率極高，其橫向分辨率與普通AFM 一樣可以達到納米量級。與納米壓痕技術相比，AFAM 在分辨率方面具有明顯的優(yōu)勢，通常認為其測試過程是無損的。此外，AFAM 在成像質(zhì)量和速度方面均明顯優(yōu)于納米壓痕。目前，AFAM 已經(jīng)普遍應用于納米復合材料、智能材料、生物材料、納米材料和薄膜系統(tǒng)等各種先進材料領域。重慶高校納米力學測試