廣東表面微納米力學(xué)測(cè)試模塊

AFAM 的基本原理是利用探針與樣品的接觸振動(dòng)來(lái)對(duì)材料納米尺度的彈性性能進(jìn)行成像或測(cè)量。AFAM 于20 世紀(jì)90 年代中期由德國(guó)薩爾布呂肯無(wú)損檢測(cè)研究所的Rabe 博士(女) 首先提出，較初為單點(diǎn)測(cè)量模式。2000 年前后，她們采用逐點(diǎn)掃頻的方式實(shí)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(dǎo)致圖像的熱漂移比較嚴(yán)重。2005 年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的Hurley 博士(女) 采用DSP 電路控制掃頻和探針的移動(dòng)，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)。納米力學(xué)測(cè)試還可以揭示納米材料的表面特性和表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。廣東表面微納米力學(xué)測(cè)試模塊

較大壓痕深度1.5 μ m時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果，其中納米硬度平均值為0.46GPa，而用傳統(tǒng)硬度計(jì)算方法得到的硬度平均值為0.580GPa，這說(shuō)明傳統(tǒng)硬度計(jì)算方法在微納米硬度測(cè)量時(shí)誤差較大，其原因就是在微納米硬度測(cè)量時(shí)，材料變形的彈性恢復(fù)造成殘余壓痕面積較小，傳統(tǒng)方法使得計(jì)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(guò)對(duì)不同載荷下的納米硬度測(cè)量值進(jìn)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(yīng)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(shí)單晶鋁彈性模量與壓痕深度的關(guān)系。此外，納米硬度儀還可以輸出接觸剛、實(shí)時(shí)載荷等隨壓頭位移的變化曲線，試驗(yàn)者可以從中獲得豐富的信息。廣東表面微納米力學(xué)測(cè)試模塊納米力學(xué)測(cè)試應(yīng)用于半導(dǎo)體、生物醫(yī)學(xué)、能源等多個(gè)領(lǐng)域，具有普遍前景。

微納米材料研究中用到的一些現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)：電子顯微法，電子顯微技術(shù)是以電子顯微鏡為研究手段來(lái)分析材料的一種技術(shù)。電子顯微鏡擁有高于光學(xué)顯微鏡的分辨率，可以放大幾十倍到幾十萬(wàn)倍的范圍，在實(shí)驗(yàn)研究中具有不可替代的意義，推動(dòng)了眾多領(lǐng)域研究的進(jìn)程。電子顯微技術(shù)的光源為電子束，通過(guò)磁場(chǎng)聚焦成像或者靜電場(chǎng)的分析技術(shù)才達(dá)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(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行觀察分析。

對(duì)納米材料和納米器件的研究和發(fā)展來(lái)說(shuō)，表征和檢測(cè)起著至關(guān)重要的作用。由于人們對(duì)納米材料和器件的許多基本特征、結(jié)構(gòu)和相互作用了解得還不很充分，使其在設(shè)計(jì)和制造中存在許多的盲目性，現(xiàn)有的測(cè)量表征技術(shù)就存在著許多問(wèn)題。此外，由于納米材料和器件的特征長(zhǎng)度很小，測(cè)量時(shí)產(chǎn)生很大擾動(dòng)，以至產(chǎn)生的信息并不能完全表示其本身特性。這些都是限制納米測(cè)量技術(shù)通用化和應(yīng)用化的瓶頸，因此，納米尺度下的測(cè)量無(wú)論是在理論上，還是在技術(shù)和設(shè)備上都需要深入研究和發(fā)展。納米力學(xué)測(cè)試可以揭示納米材料在受力過(guò)程中的微觀結(jié)構(gòu)變化和能量耗散機(jī)制。

目前納米壓痕在科研界和工業(yè)界都得到了普遍的應(yīng)用，但是它仍然存在一些難以克服的缺點(diǎn)，比如納米壓痕實(shí)際上是對(duì)材料有損的測(cè)試，尤其是對(duì)于薄膜來(lái)說(shuō)；其壓針的曲率半徑一般在50 nm 以上，由于分辨率的限制，不能對(duì)更小尺度的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試；納米壓痕的掃描功能不強(qiáng)，掃描速度相對(duì)較慢，無(wú)法捕捉材料在外場(chǎng)作用下動(dòng)態(tài)性能的變化?；贏FM 的納米力學(xué)測(cè)試方法是另一類被普遍應(yīng)用的測(cè)試方法。1986 年，Binnig 等發(fā)明了頭一臺(tái)原子力顯微鏡(AFM)。AFM 克服了之前掃描隧道顯微鏡(STM) 只能對(duì)導(dǎo)電樣品或半導(dǎo)體樣品進(jìn)行成像的限制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣體材料表面原子尺度的成像，具有更普遍的應(yīng)用范圍。AFM 利用探針作為傳感器對(duì)樣品表面進(jìn)行測(cè)試，不只可以獲得樣品表面的形貌信息，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料微區(qū)物理、化學(xué)、力學(xué)等性質(zhì)的定量化測(cè)試。目前，AFM 普遍應(yīng)用于物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、微電子等眾多領(lǐng)域。在進(jìn)行納米力學(xué)測(cè)試時(shí)，需要注意避免外界干擾和噪聲對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。廣東表面微納米力學(xué)測(cè)試模塊

納米力學(xué)測(cè)試對(duì)于理解納米材料在極端條件下的力學(xué)行為具有重要意義，如高溫、高壓等。廣東表面微納米力學(xué)測(cè)試模塊

納米科學(xué)與技術(shù)是近二十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門前沿和交叉學(xué)科，納米力學(xué)作為其中的一個(gè)分支，對(duì)其他分支學(xué)科如納米材料學(xué)、物理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等都有著重要的支撐作用。下面簡(jiǎn)要介紹一下目前應(yīng)用較普遍的兩類微納米力學(xué)測(cè)試方法：納米壓痕方法和基于原子力顯微鏡的納米力學(xué)測(cè)試方法。納米壓痕是20 世紀(jì)90 年代初期快速發(fā)展起來(lái)的一種微納米力學(xué)測(cè)試方法，是研究微納米尺度材料力學(xué)性能的重要方法之一，在科研和工業(yè)領(lǐng)域都有著普遍的應(yīng)用。納米壓痕的壓入深度在一般在納米量級(jí)，遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)壓痕的微米或毫米量級(jí)。限于光學(xué)顯微鏡的分辨率，無(wú)法直接對(duì)納米壓痕的尺寸進(jìn)行精確測(cè)量。廣東表面微納米力學(xué)測(cè)試模塊