2005 年,中国科学院上海硅酸盐研究所的曾华荣研究员在国内率先单独开发出定频成像模式的AFAM,但不能测量模量。随后,同济大学、北京工业大学等单位也对这种成像模式进行了研究。2011 年初,我们研究组将双频共振追踪技术用于AFAM,实现了快速的纳米模量成像(一幅256×256 像素的图像只需1~2min),并对其准确度和灵敏度进行了系统研究。较近几年,AFAM 引起了越来越多国内外学者的关注。然而,相对于其他AFM 模式,AFAM 的测量原理涉及梁振动力学和接触力学,初学者不容易掌握。纳米力学测试可以帮助解决材料在实际使用过程中遇到的损伤和磨损问题。湖北国产纳米力学测试服务
研究液相环境下的流体载荷对探针振动产生的影响可以将AFAM 定量化测试应用范围扩展至液相环境。液相环境下增加的流体质量载荷和流体阻尼使探针振动的共振频率和品质因子都较大程度上减小。Parlak 等采用简单的解析模型考虑流体质量载荷和流体阻尼效应,可以在液相环境下从探针的接触共振频率导出针尖样品的接触刚度值。Tung 等通过严格的理论推导,提出通过重构流体动力学函数的方法,将流体惯性载荷效应进行分离。此方法不需要预先知道探针的几何尺寸及材料特性,也不需要了解周围流体的力学性能。湖北国产纳米力学测试服务纳米力学测试在纳米器件的设计和制造中具有重要作用。
应用举例:纳米纤维拉伸测试,纳米力学测试单轴拉伸测试是纳米纤维定量力学分析较常见的方法。用Pt-EBID将纳米纤维两端分别固定在FT-S微力传感探针和样品架上,拉伸直至断裂。从应力-应变曲线计算得到混合纳米纤维的平均屈服/极限拉伸强度为375MPa/706Mpa,金纳米纤维的平均屈服/极限拉伸强度为451MPa/741Mpa。对单根纳米纤维进行各种机械性能的定量测试需要通用性极高的仪器。这类设备必须能进行纳米机器人制样和力学测试。并且由于纳米纤维轴向形变(延长)小,高位移分辨率和优异的位置稳定性(位置漂移小)对于精确一定测量是至关重要的。
原位纳米力学测试系统(nanoindentation,instrumented-indentation testing,depth-sensing indentation,continuous-recording indentation,ultra low load indentation)是一类先进的材料表面力学性能测试仪器。该类仪器装有高分辨率的致动器和传感器,可以控制和监测压头在材料中的压入和退出,能提供高分辨率连续载荷和位移的测量。包括压痕硬度和划痕硬度两种工作模式,主要应用于测试各种薄膜(包括厚度小于100纳米的超薄膜、多层复合膜、抗磨损膜、润滑膜、高分子聚合物膜、生物膜等)、多相复合材料的基体本构和界面、金属阵列复合材料、类金刚石碳涂层(DLC)、半导体材料、MEMS、生物医学样品(包括骨、牙齿、血管等)和生物材料、等在nano水平上的力学特性,还可以进行纳米机械加工。通过探针压痕或划痕来获得材料微区的硬度、弹性模量、摩擦系数、磨损率、断裂刚度、失效、蠕变、应力释放、分层、粘附力(结合力)、存储模量、损失模量等力学数据。纳米力学测试对于材料科学研究至关重要,能够精确测量纳米尺度下的力学性质。
纳米拉曼光谱法,纳米拉曼光谱法是一种非常有用的测试方法,可以用来研究材料的力学性质。该方法利用激光对材料进行激发,通过测量材料产生的拉曼散射光谱来获得材料的力学信息。纳米拉曼光谱法可以提供关于材料中分子振动的信息,从而揭示材料的化学成分和晶格结构。利用纳米拉曼光谱法可以研究材料的应力分布、材料的强度以及材料在纳米尺度下的变形行为等。纳米拉曼光谱法具有非接触、高灵敏度和高分辨率的特点,适用于研究纳米尺度材料力学性质的表征。面向未来,纳米力学测试将继续拓展人类对微观世界的认知边界。湖南化工纳米力学测试实验室
利用纳米力学测试,可以对纳米材料的弹性形变和塑性形变进行精细分析。湖北国产纳米力学测试服务
微纳米材料力学性能测试系统可移动范围:250mm x 150mm;步长分辨率:50nm;Encoder 分辨率:500nm;较大移动速率:30mm/S;Z stage。可移动范围:50mm;步长分辨率:3nm;较大移动速率:1.9mm/S。原位成像扫描范围。XY 方向:60μm x 60μm;Z 方向:4μm;成像分辨率:256 x 256 像素点;扫描速率:3Hz;压头原位的位置控制精度:<+/-10nm;较大样品尺寸:150mm- 200mm。纳米压痕试验:测试硬度及弹性模量(包括随着连续压入深度的变化获得硬度和弹性模量的分布)以及断裂韧性、蠕变、应力释放等。 纳米划痕试验:获得摩擦系数、临界载荷、膜基结合性质。纳米摩擦磨损试验 :评价抗磨损能力。在压痕、划痕、磨损前后的SPM原位扫描探针成像: 获得微区的形貌组织结构。湖北国产纳米力学测试服务