微納米力學(xué)測試系統(tǒng)

應(yīng)用舉例：納米纖維拉伸測試，納米力學(xué)測試單軸拉伸測試是納米纖維定量力學(xué)分析較常見的方法。用Pt-EBID將納米纖維兩端分別固定在FT-S微力傳感探針和樣品架上，拉伸直至斷裂。從應(yīng)力-應(yīng)變曲線計(jì)算得到混合納米纖維的平均屈服/極限拉伸強(qiáng)度為375MPa/706Mpa，金納米纖維的平均屈服/極限拉伸強(qiáng)度為451MPa/741Mpa。對單根納米纖維進(jìn)行各種機(jī)械性能的定量測試需要通用性極高的儀器。這類設(shè)備必須能進(jìn)行納米機(jī)器人制樣和力學(xué)測試。并且由于納米纖維軸向形變（延長）小，高位移分辨率和優(yōu)異的位置穩(wěn)定性（位置漂移小）對于精確一定測量是至關(guān)重要的。納米力學(xué)測試可用于研究納米顆粒在膠體、液態(tài)等介質(zhì)中的相互作用行為。微納米力學(xué)測試系統(tǒng)

用透射電鏡可評估微納米粒子的平均直徑或粒徑分布。該方法是一種顆粒度觀察測定的一定方法,因而具有可靠性和直觀性,在微納米材料表征中普遍采用。原子力顯微鏡的英文名為縮寫為AFM。AFM具有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢。AFM對于樣品的要求較低，AFM的應(yīng)用范圍也較為寬廣。在進(jìn)行納米材料研究中，AFM能夠分析納米材料的表面形貌，AFM 可以同其他設(shè)備如相結(jié)合進(jìn)行微納米粒子的研究。實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行觀察、測量、記錄、分析等多項(xiàng)步驟，電子顯微技術(shù)的作用可以貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，所以電子顯微鏡的重要性不言而喻。微納米力學(xué)測試系統(tǒng)納米力學(xué)測試技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了納米材料和納米器件的性能優(yōu)化。

掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)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(huì)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(shù)是近年來發(fā)展的一項(xiàng)納米力學(xué)測試方法。通過同時(shí)激勵(lì)和檢測探針多個(gè)頻率的響應(yīng)或探針振動(dòng)的兩階(或多階) 模態(tài)或探針振動(dòng)的基頻和高次諧波成分等，可以實(shí)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(gè)及兩個(gè)以上頻率成分的激勵(lì)和檢測，均可以歸為多頻成像技術(shù)。由于輕敲模式下針尖施加的作用力遠(yuǎn)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(shù)適合于軟物質(zhì)力學(xué)性能的測量。

納米壓痕技術(shù)也稱深度敏感壓痕技術(shù)（Depth-Sensing Indentation， DSI)，是較簡單的測試材料力學(xué)性質(zhì)的方法之一，可以在納米尺度上測量材料的各種力學(xué)性質(zhì)，如載荷-位移曲線、彈性模量、硬度、斷裂韌性、應(yīng)變硬化效應(yīng)、粘彈性或蠕變行為等。納米壓痕理論，納米壓痕試驗(yàn)中典型的載荷-位移曲線。在加載過程中試樣表面首先發(fā)生的是彈性變形，隨著載荷進(jìn)一步提高，塑性變形開始出現(xiàn)并逐步增大；卸載過程主要是彈性變形恢復(fù)的過程，而塑性變形較終使得樣品表面形成了壓痕。圖中Pmax 為較大載荷，hmax 為較大位移，hf為卸載后的位移，S為卸載曲線初期的斜率。納米硬度的計(jì)算仍采用傳統(tǒng)的硬度公式H =P/A。式中，H 為硬度 (GPa)；P 為較大載荷 ( μ N)，即上文中的 P max ；A 為壓痕面積的投影(nm2 )。 在納米尺度上，材料的力學(xué)性質(zhì)往往與其宏觀尺度下的性質(zhì)有明顯不同，因此納米力學(xué)測試具有重要意義。

納米壓痕技術(shù)通過測量壓針的壓入深度，根據(jù)特定形狀壓針壓入深度與接觸面積的關(guān)系推算出壓針與被測樣品之間的接觸面積。因此，納米壓痕也被稱為深度識(shí)別壓痕(depth-sensing indentation，DSI) 技術(shù)。納米壓痕技術(shù)的應(yīng)用范圍非常普遍，可以用于金屬、陶瓷、聚合物、生物材料、薄膜等絕大多數(shù)樣品的測試。納米壓痕相關(guān)儀器的操作和使用也非常方便，加載過程既可以通過載荷控制，也可以通過位移控制，并且只需測量壓針壓入樣品過程中的載荷位移曲線，結(jié)合恰當(dāng)?shù)牧W(xué)模型就可以獲得樣品的力學(xué)信息。納米力學(xué)測試可以應(yīng)用于納米材料的質(zhì)量控制和品質(zhì)檢測，確保產(chǎn)品符合規(guī)定的力學(xué)性能要求。天津材料科學(xué)納米力學(xué)測試

碳納米管、石墨烯等納米材料，因獨(dú)特力學(xué)性能，備受關(guān)注。微納米力學(xué)測試系統(tǒng)

納米力學(xué)性能測試系統(tǒng)是一款可在SEM/FIB中對微納米材料和結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行原位、直接而準(zhǔn)確測量的納米機(jī)器人系統(tǒng)。測試原理是通過微力傳感探針對微納結(jié)構(gòu)施加可控的力,同時(shí)采用位移記錄器來測量該結(jié)構(gòu)的形變。從測得的力和形變(應(yīng)力-應(yīng)變)曲線可以定量地分析微納米結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。通過控制加載力的大小和方向,可實(shí)現(xiàn)拉伸、壓縮、斷裂、疲勞和蠕變等各種力學(xué)測試。同時(shí),其配備的導(dǎo)電樣品測試平臺(tái)可以對微納米結(jié)構(gòu)的電學(xué)和力學(xué)性能進(jìn)行同步測試。微納米力學(xué)測試系統(tǒng)