借助電子顯微鏡(EM)的原位納米力學(xué)測(cè)試法，利用掃描電子顯微鏡或透射電子顯微鏡(TEM)的高分辨率成像，在EM 真空腔內(nèi)進(jìn)行原位納米力學(xué)測(cè)試，根據(jù)納米試樣在EM真空腔中加載方式不同分為諧振法和拉伸法。原位測(cè)試法的較大優(yōu)點(diǎn)是能夠在 SEM 中實(shí)時(shí)觀測(cè)試樣的失效引發(fā)過程，甚至能夠用 TEM 對(duì)缺陷成核和擴(kuò)展情況進(jìn)行原子級(jí)分辨率的實(shí)時(shí)觀測(cè);缺點(diǎn)是需在 EM 真空腔內(nèi)對(duì)納米試樣施加載荷，限制了其加載環(huán)境，并且加載力的檢測(cè)還需其他裝置才能完成。納米力學(xué)測(cè)試可以幫助研究人員了解納米材料的力學(xué)響應(yīng)機(jī)制，從而推動(dòng)納米科學(xué)的發(fā)展。福建金屬納米力學(xué)測(cè)試方法

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 )。 湖南空心納米力學(xué)測(cè)試廠家納米力學(xué)測(cè)試在納米器件的設(shè)計(jì)和制造中具有重要作用。

在黏彈性力學(xué)性能測(cè)試方面，Yuya 等發(fā)展了AFAM 黏彈性力學(xué)性能測(cè)試的理論基礎(chǔ)。隨后，Killgore 等將單點(diǎn)測(cè)試拓展到成像測(cè)試，對(duì)二元聚合物的黏彈性力學(xué)性能進(jìn)行了定量化成像，獲得了存儲(chǔ)模量和損耗模量的分布圖。Hurley 等發(fā)展了一種不需要進(jìn)行中間的校準(zhǔn)測(cè)試過程而直接測(cè)量損耗因子的方法。Tung 等采用二維流體動(dòng)力學(xué)函數(shù)，考慮探針接近樣品表面時(shí)的阻尼和附加質(zhì)量效應(yīng)以及與頻率相關(guān)的流體動(dòng)力載荷，對(duì)黏彈性阻尼損耗測(cè)試進(jìn)行了修正。周錫龍等研究了探針不同階模態(tài)對(duì)黏彈性測(cè)量靈敏度的影響，提出了一種利用軟懸臂梁的高階模態(tài)進(jìn)行黏彈性力學(xué)性能測(cè)試的方法。

應(yīng)用舉例：納米纖維拉伸測(cè)試，納米力學(xué)測(cè)試單軸拉伸測(cè)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(duì)單根納米纖維進(jìn)行各種機(jī)械性能的定量測(cè)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(cè)試。并且由于納米纖維軸向形變（延長(zhǎng)）小，高位移分辨率和優(yōu)異的位置穩(wěn)定性（位置漂移?。?duì)于精確一定測(cè)量是至關(guān)重要的。利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，優(yōu)化納米力學(xué)測(cè)試結(jié)果分析，提升研究效率。

AFAM 方法較早是由德國(guó)佛羅恩霍夫無損檢測(cè)研究所Rabe 等在1994 年提出的。1996 年Rabe 等詳細(xì)分析了探針自由狀態(tài)以及針尖與樣品表面接觸情況下微懸臂的動(dòng)力學(xué)特性，建立了針尖與樣品接觸時(shí)共振頻率與接觸剛度之間的定量化關(guān)系。之后，他們還給出了考慮針尖與樣品側(cè)向接觸、針尖高度及微懸臂傾角影響的微懸臂振動(dòng)特征方程。他們?cè)谶@方面的主要工作奠定了AFAM 定量化測(cè)試的理論基礎(chǔ)。Reinstaedtler 等利用光學(xué)干涉法對(duì)探針懸臂梁的振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行了測(cè)量。Turner 等采用解析方法和數(shù)值方法對(duì)比了針尖樣品之間分別存在線性和非線性相互作用時(shí)，點(diǎn)質(zhì)量模型和Euler-Bernoulli 梁模型描述懸臂梁動(dòng)態(tài)特性的異同。在納米力學(xué)測(cè)試中，常用的測(cè)試方法包括納米壓痕測(cè)試、納米拉伸測(cè)試和納米彎曲測(cè)試等。重慶納米力學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室

測(cè)試設(shè)置需精確控制實(shí)驗(yàn)條件，以消除外部干擾，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。福建金屬納米力學(xué)測(cè)試方法

當(dāng)前納米力學(xué)主要應(yīng)用的測(cè)試手段是納米壓痕和基于原子力顯微鏡(AFM) 的力—距離曲線方法，實(shí)際上還有另外一種基于AFM 的納米力學(xué)測(cè)試方法——掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)(atomic force acoustic microscopy，AFAM)。AFAM具有分辨率高、成像速度快、相對(duì)誤差低、力學(xué)性能敏感度高等優(yōu)點(diǎn)。然而，目前AFAM 的應(yīng)用還不夠普遍，相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者對(duì)AFAM 了解和使用的還不多。為此，我們?cè)谇捌谘芯康幕A(chǔ)上，經(jīng)過整理和凝練，形成了這部專著，目的是推動(dòng)AFAM這種新型納米力學(xué)測(cè)量方法在國(guó)內(nèi)的普遍應(yīng)用。福建金屬納米力學(xué)測(cè)試方法