納米硬度計(jì)主要由移動(dòng)線圈、加載單元、金剛石壓頭和控制單元4部分組成。壓頭及其所在軸的運(yùn)動(dòng)由移動(dòng)線圈控制，改變線圈電流的大小即可實(shí)現(xiàn)壓頭的軸向位移，帶動(dòng)壓頭垂直壓向試件表面，在試件表面產(chǎn)生壓力。移動(dòng)線圈設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于既要滿(mǎn)足較大量程的需要，還必須有很高的分辨率，以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的位移和精確測(cè)量。壓頭載荷的測(cè)量和控制是通過(guò)應(yīng)變儀來(lái)實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)變儀發(fā)出的信號(hào)再反饋到移動(dòng)線圈上．如此可進(jìn)行閉環(huán)控制，以實(shí)現(xiàn)限定載荷和壓深痕實(shí)驗(yàn)。整個(gè)壓入過(guò)程完全由微機(jī)自動(dòng)控制進(jìn)行。可在線測(cè)量位移與相應(yīng)的載荷，并建立兩者之間的關(guān)系壓頭大多為金剛石壓頭，常用的壓頭有Berkovich壓頭、Cube Corner壓頭和Conical壓頭。納米力學(xué)測(cè)試可以幫助研究人員了解納米材料的變形和斷裂機(jī)制，為納米材料的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供指導(dǎo)。湖南材料科學(xué)納米力學(xué)測(cè)試服務(wù)
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。河南半導(dǎo)體納米力學(xué)測(cè)試在進(jìn)行納米力學(xué)測(cè)試時(shí)，需要選擇合適的測(cè)試方法和參數(shù)，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
在AFAM 測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面，Hurley 等開(kāi)發(fā)了一套基于快速數(shù)字信號(hào)處理的掃頻模式共振頻率追蹤系統(tǒng)。這一測(cè)試系統(tǒng)可以根據(jù)上一像素點(diǎn)的接觸共振頻率自動(dòng)調(diào)整掃描頻率的上下限。隨后，他們又開(kāi)發(fā)出一套稱(chēng)為SPRITE(scanning probe resonance image tracking electronics) 的測(cè)試系統(tǒng)，可以同時(shí)對(duì)探針兩階模態(tài)的接觸共振頻率和品質(zhì)因子進(jìn)行成像，并較大程度上提高成像速度。Rodriguez 等開(kāi)發(fā)了一種雙頻共振頻率追蹤(dual frequency resonance tracking，DFRT) 的方法，此種方法應(yīng)用于AFAM 定量化成像中，可以同時(shí)獲得探針的共振頻率和品質(zhì)因子。日本的Yamanaka 等利用PLL(phase locked loop) 電路實(shí)現(xiàn)了UAFM 接觸共振頻率追蹤。
隨著精密、 超精密加工技術(shù)的發(fā)展，材料在納米尺度下的力學(xué)特性引起了人們的極大關(guān)注研究。而傳統(tǒng)的硬度測(cè)量方法只適于宏觀條件下的研究和應(yīng)用，無(wú)法用于測(cè)量壓痕深度為納米級(jí)或亞微米級(jí)的硬度( 即所謂納米硬度，nano- hardness) 。近年來(lái)，測(cè)量納米硬度一般采用新興的納米壓痕技術(shù) (nano-indentation)，由于采用納米壓痕技術(shù)可以在極小的尺寸范圍內(nèi)測(cè)試材料的力學(xué)性能，除了塑性性質(zhì)外，還可反映材料的彈性性質(zhì)，因此得到了越來(lái)越普遍的應(yīng)用。納米力學(xué)測(cè)試結(jié)果有助于優(yōu)化材料設(shè)計(jì)，提升產(chǎn)品性能，降低生產(chǎn)成本。
目前微納米力學(xué)性能測(cè)試方法的發(fā)展趨勢(shì)主要向快速定量化以及動(dòng)態(tài)模式發(fā)展，測(cè)試對(duì)象也越來(lái)越多地涉及軟物質(zhì)、生物材料等之前較難測(cè)試的樣品。另外，納米力學(xué)測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)化也在逐步推進(jìn)。建立標(biāo)準(zhǔn)化的納米力學(xué)測(cè)試方法標(biāo)志著相關(guān)測(cè)試方法的逐漸成熟，對(duì)納米科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展也具有重要的推動(dòng)作用。絕大多數(shù)的納米力學(xué)測(cè)試都需要復(fù)雜的樣品制備過(guò)程。為了使樣品制備簡(jiǎn)單化和人性化,FT-NMT03采用能夠感知力的微鑷子和不同形狀的微力傳感探針針尖來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)微納結(jié)構(gòu)的精確提取、轉(zhuǎn)移直至將其固定在測(cè)試平臺(tái)上。總而言之,集中納米操作以及力學(xué)-電學(xué)性能同步測(cè)試功能于一體的FT-NMT03能夠滿(mǎn)足幾乎所有的納米力學(xué)測(cè)試需求。納米力學(xué)測(cè)試可以解決納米材料在制備和應(yīng)用過(guò)程中的力學(xué)問(wèn)題，提高納米材料的性能和穩(wěn)定性。福建新能源納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)
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。湖南材料科學(xué)納米力學(xué)測(cè)試服務(wù)
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)。湖南材料科學(xué)納米力學(xué)測(cè)試服務(wù)
