AFAM 方法提出之后,不少研究者對(duì)方法的準(zhǔn)確度和靈敏度方面進(jìn)行了研究。Hurley 等分析了空氣濕度對(duì)AFAM 定量化測(cè)量結(jié)果的影響。Rabe 等分析了探針基片對(duì)AFAM 定量化測(cè)量的影響。Hurley 等詳細(xì)對(duì)比了AFAM 單點(diǎn)測(cè)試與納米壓痕以及聲表面波譜方法的測(cè)試原理、空間分辨率、適用性及測(cè)試優(yōu)缺點(diǎn)等。Stan 等提出一種雙參考材料的方法,此方法不需要了解針尖的力學(xué)性能,可以在一定程度上提高測(cè)試的準(zhǔn)確度。他們還提出了一種基于多峰接觸的接觸力學(xué)模型,在一定程度上可以提高測(cè)試的準(zhǔn)確度。Turner 等通過(guò)嚴(yán)格的理論推導(dǎo)研究了探針不同階彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模態(tài)的靈敏度問(wèn)題。Muraoka提出一種在探針微懸臂末端附加集中質(zhì)量的方法,以提高測(cè)試靈敏度。Rupp 等對(duì)AFAM測(cè)試過(guò)程中針尖樣品之間的非線性相互作用進(jìn)行了研究。納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)多學(xué)科交叉融合和創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)的共同努力。湖北納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)
納米壓痕技術(shù)通過(guò)測(cè)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(cè)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(cè)試。納米壓痕相關(guān)儀器的操作和使用也非常方便,加載過(guò)程既可以通過(guò)載荷控制,也可以通過(guò)位移控制,并且只需測(cè)量壓針壓入樣品過(guò)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。湖北納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,納米力學(xué)測(cè)試有助于了解細(xì)胞與納米材料的相互作用機(jī)制。
中國(guó)計(jì)量學(xué)院朱若谷、浙江大學(xué)陳本永等提出了一種通過(guò)測(cè)量雙法布里一boluo干涉儀透射光強(qiáng)基波幅值差或基波等幅值過(guò)零時(shí)間間隔的方法進(jìn)行納米測(cè)量的理論基礎(chǔ),給出了檢測(cè)掃描探針振幅變化的新方法。中國(guó)科學(xué)院北京電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室成功研制了一臺(tái)使用光學(xué)偏轉(zhuǎn)法檢測(cè)的原子力顯微鏡,通過(guò)對(duì)云母、光柵、光盤(pán)等樣品的觀測(cè)證明該儀器達(dá)到原子分辨率,較大掃描范圍可達(dá)7μm×7μm。浙江大學(xué)卓永模等研制成功雙焦干涉球面微觀輪廓儀,解決了對(duì)球形表面微觀輪廓進(jìn)行亞納米級(jí)的非接觸精密測(cè)量問(wèn)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。
納米測(cè)量技術(shù)是利用改制的掃描隧道顯微鏡進(jìn)行微形貌測(cè)量,這個(gè)技術(shù)已成功的應(yīng)用于石墨表面和生物樣本的納米級(jí)測(cè)量。國(guó)外于1982年發(fā)明并使其發(fā)明者Binnig和Rohrer(美國(guó))榮獲1986年物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)的掃描隧道顯微鏡(STM)。1986年,Binnig等人利用掃描隧道顯微鏡測(cè)量近10-18N的表面力,將掃描隧道顯微鏡與探針式輪廓儀相結(jié)合,發(fā)明了原子力顯微鏡,在空氣中測(cè)量,達(dá)到橫向精度3n m和垂直方向0.1n m的分辨率。California大學(xué)S.Alexander等人利用光杠桿實(shí)現(xiàn)的原子力顯微鏡初次獲得了原子級(jí)分辨率的表面圖像。利用納米力學(xué)測(cè)試,研究人員可揭示材料內(nèi)部缺陷、應(yīng)力分布等關(guān)鍵信息。
經(jīng)過(guò)三十年的發(fā)展,目前科學(xué)家在AFM 基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了多種測(cè)量和表征材料不同性能的應(yīng)用模式。利用原子力顯微鏡,人們實(shí)現(xiàn)了對(duì)化學(xué)反應(yīng)前后化學(xué)鍵變化的成像,研究了化學(xué)鍵的角對(duì)稱性質(zhì)以及分子的側(cè)向剛度。Ternes 等測(cè)量了在材料表面移動(dòng)單個(gè)原子所需要施加的作用力。各種不同的應(yīng)用模式可以獲得被測(cè)樣品表面納米尺度力、熱、聲、電、磁等各個(gè)方面的性能?;贏FM 的定量化納米力學(xué)測(cè)試方法主要有力—距離曲線測(cè)試、掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)和基于輕敲模式的動(dòng)態(tài)多頻技術(shù)。面向未來(lái),納米力學(xué)測(cè)試將繼續(xù)拓展人類(lèi)對(duì)微觀世界的認(rèn)知邊界。廣東電線電纜納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)
納米力學(xué)測(cè)試可以幫助研究人員了解納米材料的疲勞行為,從而改進(jìn)納米材料的設(shè)計(jì)和制備工藝。湖北納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)
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(jiǎn)單的測(cè)試材料力學(xué)性質(zhì)的方法之一,可以在納米尺度上測(cè)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(guò)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(kāi)始出現(xiàn)并逐步增大;卸載過(guò)程主要是彈性變形恢復(fù)的過(guò)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 )。 湖北納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)