納米壓痕試驗舉例,試驗材料取單晶鋁,試驗在美國 MTS 公司生產(chǎn)的 Nano Indenter XP 型納米硬度儀以及美國 Digital Instruments 公司生產(chǎn)的原子力顯微鏡 (AFM) 上進行。首先將試樣放到納米硬度儀上進行壓痕試驗,根據(jù)設(shè)置的較大載荷或者壓痕深度的不同,試驗時間從數(shù)十分鐘到若干小時不等,中間過程不需人工干預(yù)。試驗結(jié)束后,納米壓痕儀自動計算出試樣的納米硬度值和相關(guān)重要性能指標(biāo)。本試驗中對單晶鋁(110) 面進行檢測,設(shè)置壓痕深度為1.5 μ m,共測量三點,較終結(jié)果取三點的平均值。在進行納米力學(xué)測試時,需要特別注意樣品的制備和處理過程,以避免引入誤差。深圳微電子納米力學(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)變曲線計算得到混合納米纖維的平均屈服/極限拉伸強度為375MPa/706Mpa,金納米纖維的平均屈服/極限拉伸強度為451MPa/741Mpa。對單根納米纖維進行各種機械性能的定量測試需要通用性極高的儀器。這類設(shè)備必須能進行納米機器人制樣和力學(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?。τ诰_一定測量是至關(guān)重要的。廣東半導(dǎo)體納米力學(xué)測試技術(shù)納米力學(xué)測試助力新能源材料研發(fā),提高能量轉(zhuǎn)換效率。
量子效應(yīng)也決定納米結(jié)構(gòu)新的電,光和化學(xué)性質(zhì)。因此量子效應(yīng)在鄰近的納米科學(xué),納米技術(shù),如納米電子學(xué),先進能源系統(tǒng)和納米生物技術(shù)學(xué)科范圍得到更多注意。納米測量技術(shù)是利用改制的掃描隧道顯微鏡進行微形貌測量,這個技術(shù)已成功的應(yīng)用于石墨表面和生物樣本的納米級測量。安全一直是必須認(rèn)真考慮的問題。電測量工具會輸出有危險的、甚至是致命的電壓和電流。清楚儀器使用中何時會發(fā)生這些情形顯得極為重要,只有這樣人們才能采取恰當(dāng)?shù)陌踩婪妒侄巍U堈J(rèn)真閱讀并遵從各種工具附帶的安全指示。
金屬玻璃納米線的熱機械蠕變測試,金屬玻璃由于其獨特的力學(xué)性能,如高彈性極限和高斷裂韌性,而受到越來越多的關(guān)注。而且,其寬的過冷液態(tài)區(qū)間開啟了超塑成形的材料加工工藝。因此定量研究金屬玻璃的熱機械行為是至關(guān)重要的。右圖顯示了針對金屬玻璃超塑性性能的研究。金屬玻璃納米線通過Pt基電子束沉積方法固定在FT-S微力傳感探針和樣品臺之間。在進行蠕變測試時(施加固定拉伸力來測量樣品的形變量),納米力學(xué)測試采用對納米線通電加熱來控制納米線溫度。這樣可測試納米線在不同溫度下的熱機械蠕變性能。納米力學(xué)測試可以幫助研究人員了解納米材料的力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,為納米材料的設(shè)計和優(yōu)化提供指導(dǎo)。
一般力學(xué)原理包括:。能量和動量守恒原理;。哈密頓變分原理;。對稱原理。由于研究的物體小,納米力學(xué)也要考慮:。當(dāng)物體尺寸和原子距離可比時,物體的離散性;。物體內(nèi)自由度的多樣性和有限性。。熱脹落的重要性;。熵效應(yīng)的重要性;。量子效應(yīng)的重要性。這些原理可提供對納米物體新異性質(zhì)深入了解。新異性質(zhì)是指這種性質(zhì)在類似的宏觀物體沒有或者很不相同。特別是,當(dāng)物體變小,會出現(xiàn)各種表面效應(yīng),它由納米結(jié)構(gòu)較高的表面與體積比所決定。這些效應(yīng)影晌納米結(jié)構(gòu)的機械能和熱學(xué)性質(zhì)(熔點,熱容等)例如,由于離散性,固體內(nèi)機械波要分散,在小區(qū)域內(nèi),彈性力學(xué)的解有特別的行為。自由度大引起熱脹落是納米顆粒通過潛在勢壘產(chǎn)生熱隧道及液體和固體交錯擴散的理由。小和熱漲落提供了納米顆粒布朗運動的基本理由。在納米范圍增加了熱漲落重要性和結(jié)構(gòu)熵,使納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超彈性,熵彈性(熵力)和其它新彈性。開放納米系統(tǒng)的自組織和合作行為中,結(jié)構(gòu)熵也令人產(chǎn)生很大興趣。借助納米力學(xué)測試,可以評估材料在微觀尺度下的耐磨性和耐蝕性。遼寧高精度納米力學(xué)測試
原子力顯微鏡(AFM)在納米力學(xué)測試中發(fā)揮著重要作用,可實現(xiàn)高分辨率成像。深圳微電子納米力學(xué)測試系統(tǒng)
除了采用彎曲振動模式進行測量外,Reinstadtler 等給出了探針扭轉(zhuǎn)振動模式測量側(cè)向接觸剛度的理論基礎(chǔ)。通過同時測量探針微懸臂的彎曲振動和扭轉(zhuǎn)振動,Hurley 和Turner提出了一種同時測量各向同性材料楊氏模量、剪切模量和泊松比的方法。Killgore 等提出了利用軟探針的高階模態(tài)進行AFAM 定量化測試的方法,可以使探針施加在樣品上的力減小到10 nN,極大地擴展了這一方法的應(yīng)用范圍。Killgore 和Hurley提出了一種新的脈沖接觸共振的方法,將接觸共振與脈沖力模式相結(jié)合,不只能測量探針的接觸共振頻率和品質(zhì)因子,還可以測量針尖樣品之間黏附力的大小。深圳微電子納米力學(xué)測試系統(tǒng)