納米壓痕儀簡介，近年來，國內(nèi)外研究人員以納米壓痕技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)出多種納米壓痕儀，并實現(xiàn)了商品化，為材料的納米力學性能檢測提供了高效、便捷的手段。圖片納米壓痕儀主要用于微納米尺度薄膜材料的硬度與楊氏模量測試，測試結(jié)果通過力與壓入深度的曲線計算得出，無需通過顯微鏡觀察壓痕面積。納米壓痕儀的基本組成可以分為控制系統(tǒng)、 移動線圈系統(tǒng)、加載系統(tǒng)及壓頭等幾個部分。壓頭一般使用金剛石壓頭，分為三角錐或四棱錐等類型。試驗時，首先輸入初始參數(shù)，之后的檢測過程則完全由微機自動控制，通過改變移動線圈系統(tǒng)中的電流，可以操縱加載系統(tǒng)和壓頭的動作，壓頭壓入載荷的測量和控制通過應(yīng)變儀來完成，同時應(yīng)變儀還將信號反饋到移動線圈系統(tǒng)以實現(xiàn)閉環(huán)控制，從而按照輸入?yún)?shù)的設(shè)置完成試驗。碳納米管、石墨烯等納米材料，因獨特力學性能，備受關(guān)注。深圳核工業(yè)納米力學測試原理

掃描探針聲學顯微術(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)展的一項納米力學測試方法。通過同時激勵和檢測探針多個頻率的響應(yīng)或探針振動的兩階(或多階) 模態(tài)或探針振動的基頻和高次諧波成分等，可以實現(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及兩個以上頻率成分的激勵和檢測，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)力學性能的測量。深圳核工業(yè)納米力學測試原理納米力學測試可以應(yīng)用于納米材料的力學模擬和仿真，加速納米材料的研發(fā)和應(yīng)用過程。

采用磁力顯微鏡觀察Sm2Co17基永磁材料表面的波紋磁疇和條狀磁疇結(jié)構(gòu);使用摩擦力顯微鏡對計算機磁盤表面的摩擦特性進行試:利用靜電力顯微鏡測量技術(shù),依靠輕敲模式(Tapping mode)和抬舉模式(Lift mode),用相位成像測量有機高分子膜-殼聚糖膜(CHI)的表面電荷密度空間分布等等除此之外,近年來,SPM還用于測量化學鍵、納米碳管的強度,以及納米碳管操縱力方面的測量。利用透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡原位加載,觀測單一納米粒子鏈的力學屬性和納觀斷裂,采用掃描電鏡、原子力顯微鏡對納米碳管的拉伸過程及拉伸強度進行測等:基于原子力顯微鏡提出一種納米級操縱力的同步測量方法,進而應(yīng)用該方法,成功測量出操縱、切割碳納米管的側(cè)向力信息等。這些SFM技術(shù)為研究納米粒子/分子、基體與操縱工具之間的相互作用提供較直接的原始力學信息和實驗結(jié)果。

納米壓痕獲得的材料信息也比較豐富，既可以通過靜態(tài)力學性能測試獲得材料的硬度、彈性模量、斷裂韌性、相變(疇變) 等信息，也可以通過動態(tài)力學性能測試獲得被測樣品的存儲模量、損耗模量或損耗因子等。另外，動態(tài)納米壓痕技術(shù)還可以實現(xiàn)對材料微納米尺度存儲模量和損耗模量的模量成像(modulus mapping)。圖1 是美國Hysitron 公司生產(chǎn)的TI-900 Triboindenter 納米壓痕儀的實物圖。納米壓痕作為一種較通用的微納米力學測試方法，目前仍然有不少研究者致力于對其方法本身的改進和發(fā)展。納米力學測試的發(fā)展促進了納米材料及其應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展和創(chuàng)新。

譜學技術(shù)微納米材料的化學成分分析主要依賴于各種譜學技術(shù),包括紫外-可見光譜紅外光譜、x射線熒光光譜、拉曼光譜、俄歇電子能譜、x射線光電子能譜等。另有一類譜儀是基于材料受激發(fā)的發(fā)射譜,是專為研究品體缺陷附近的原子排列狀態(tài)而設(shè)計的，如核磁共振儀、電子自旋共振譜儀、穆斯堡爾譜儀、正電子湮滅等等。熱分析技術(shù)，納米材料的熱分析主要是指差熱分析、示差掃描量熱法以及熱重分析。三種方法常常相互結(jié)合,并與其他方法結(jié)合用于研究微納米材料或納米粒子的一些特 征:(1)表面成鍵或非成鍵有機基團或其他物質(zhì)的存在與否、含量多少、熱失重溫度等(2)表面吸附能力的強弱與粒徑的關(guān)系(3)升溫過程中粒徑變化(4)升溫過程中的相轉(zhuǎn)變情況及晶化過程。納米力學測試對于理解納米材料在極端條件下的力學行為具有重要意義，如高溫、高壓等。深圳核工業(yè)納米力學測試原理

納米力學測試可以用于研究納米材料的界面行為和相互作用，為納米材料的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。深圳核工業(yè)納米力學測試原理

量子效應(yīng)也決定納米結(jié)構(gòu)新的電，光和化學性質(zhì)。因此量子效應(yīng)在鄰近的納米科學，納米技術(shù)，如納米電子學，先進能源系統(tǒng)和納米生物技術(shù)學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?shù)陌踩婪妒侄?。請認真閱讀并遵從各種工具附帶的安全指示。深圳核工業(yè)納米力學測試原理