江西高校納米力學(xué)測試

納米力學(xué)從研究的手段上可分為納觀計算力學(xué)和納米實驗力學(xué)。納米計算力學(xué)包括量子力學(xué)計算方法、分子動力學(xué)計算和跨層次計算等不同類型的數(shù)值模擬方法。納米實驗力學(xué)則有兩層含義:一是以納米層次的分辨率來測量力學(xué)場，即所謂的材料納觀實驗力學(xué);二是對特征尺度為1-100nm之間的微細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的實驗力學(xué)研究，即所謂的納米材料實驗力學(xué)。納米實驗力學(xué)研究有兩種途徑:一是對常規(guī)的硬度測試技術(shù)、云紋法等宏觀力學(xué)測試技術(shù)進(jìn)行改造，使它們能適應(yīng)納米力學(xué)測量的需要;另一類是創(chuàng)造如原子力顯微鏡、摩擦力顯微鏡等新的納米力學(xué)測量技術(shù)建立新原理、新方法。通過納米力學(xué)測試，我們可以深入了解納米材料在受到外力作用時的變形和破壞機(jī)制。江西高校納米力學(xué)測試

與傳統(tǒng)硬度計算不同的是，A 值不是由壓痕照片得到，而是根據(jù) “接觸深度” hc(nm) 計算得到的。具體關(guān)系式需通過試驗來確定，根據(jù)壓頭形狀的不同，一般采用多項式擬合的方法，比如針對三角錐形壓頭，其擬合結(jié)果為：A = 24.5 + 793hc + 4238+ 332+ 0.059+0.069+ 8.68+ 35.4+ 36. 9式中 “接觸深度”hc由下式計算得出：hc = h - ε P max/S，式中，ε是與壓頭形狀有關(guān)的常數(shù)，對于球形或三角錐形壓頭可以取ε = 0.75。而S的值可以通過對載荷-位移曲線的卸載部分進(jìn)行擬合，再對擬合函數(shù)求導(dǎo)得出，即，式中Q 為擬合函數(shù)。這樣通過試驗得到載荷-位移曲線，測量和計算試驗過程中的載荷 P、壓痕深度h和卸載曲線初期的斜率S，就可以得到樣品的硬度值。該技術(shù)通過記錄連續(xù)的載荷-位移、加卸載曲線，可以獲得材料的硬度、彈性模量、屈服應(yīng)力等指標(biāo)，它克服了傳統(tǒng)壓痕測量只適用于較大尺寸試樣以及只能獲得材料的塑性性質(zhì)等缺陷，同時也提高了硬度的檢測精度，使得邊加載邊測量成為可能，為檢測過程的自動化和數(shù)字化創(chuàng)造了條件。福建新能源納米力學(xué)測試技術(shù)納米力學(xué)測試在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，助力研究細(xì)胞力學(xué)行為，揭示疾病發(fā)生機(jī)制。

納米壓痕儀的應(yīng)用，納米壓痕儀可適用于有機(jī)或無機(jī)、軟質(zhì)或硬質(zhì)材料的檢測分析，包括PVD、CVD、PECVD薄膜，感光薄膜，彩繪釉漆，光學(xué)薄膜，微電子鍍膜，保護(hù)性薄膜，裝飾性薄膜等等。基體可以為軟質(zhì)或硬質(zhì)材料，包括金屬、合金、半導(dǎo)體、玻璃、礦物和有機(jī)材料等。半導(dǎo)體技術(shù)(鈍化層、鍍金屬、Bond Pads)；存儲材料(磁盤的保護(hù)層、磁盤基底上的磁性涂層、CD的保護(hù)層)；光學(xué)組件(接觸鏡頭、光纖、光學(xué)刮擦保護(hù)層)；金屬蒸鍍層；防磨損涂層(TiN， TiC， DLC， 切割工具)；藥理學(xué)(藥片、植入材料、生物組織)；工程學(xué)(油漆涂料、橡膠、觸摸屏、MEMS)等行業(yè)。

即使源電阻大幅降低至1MW，對一個1mV的信號的測量也接近了理論極限，因此要使用一個普通的數(shù)字多用表（DMM）進(jìn)行測量將變得十分困難。除了電壓或電流靈敏度不夠高之外，許多DMM在測量電壓時的輸入偏移電流很高，而相對于那些納米技術(shù)[3]常常需要的、靈敏度更高的低電平DC測量儀器而言，DMM的輸入電阻又過低。這些特點增加了測量的噪聲，給電路帶來不必要的干擾，從而造成測量的誤差。系統(tǒng)搭建完畢后，必須對其性能進(jìn)行校驗，而且消除潛在的誤差源。誤差的來源可以包括電纜、連接線、探針[5]、沾污和熱量。下面的章節(jié)中將對降低這些誤差的一些途徑進(jìn)行探討。納米機(jī)器人研發(fā)中，力學(xué)性能測試至關(guān)重要，以確保其在復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定性。

對納米元器件的電測量——電壓、電阻和電流——都帶來了一些特有的困難，而且本身容易產(chǎn)生誤差。研發(fā)涉及量子水平上的材料與元器件，這也給人們的電學(xué)測量工作帶來了種種限制。在任何測量中，靈敏度的理論極限是由電路中的電阻所產(chǎn)生的噪聲來決定的。電壓噪聲[1]與電阻的方根、帶寬和一定溫度成正比。高的源電阻限制了電壓測量的理論靈敏度[2]。雖然完全可能在源電阻抗為1W的情況下對1mV的信號進(jìn)行測量，但在一個太歐姆的信號源上測量同樣的1mV的信號是現(xiàn)實的。納米力學(xué)測試應(yīng)用于半導(dǎo)體、生物醫(yī)學(xué)、能源等多個領(lǐng)域，具有普遍前景。浙江半導(dǎo)體納米力學(xué)測試

納米力學(xué)測試還可以用于研究納米結(jié)構(gòu)材料的斷裂行為和變形機(jī)制。江西高校納米力學(xué)測試

較大壓痕深度1.5 μ m時的試驗結(jié)果，其中納米硬度平均值為0.46GPa，而用傳統(tǒng)硬度計算方法得到的硬度平均值為0.580GPa，這說明傳統(tǒng)硬度計算方法在微納米硬度測量時誤差較大，其原因就是在微納米硬度測量時，材料變形的彈性恢復(fù)造成殘余壓痕面積較小，傳統(tǒng)方法使得計算結(jié)果產(chǎn)生了偏差，不能正確反映材料的硬度值。圖片通過對不同載荷下的納米硬度測量值進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，單晶鋁的納米硬度值并不是恒定的， 而是在一定范圍內(nèi)隨著載荷（壓頭位移）的降低而逐漸增大，也就是存在壓痕尺寸效應(yīng)現(xiàn)象。圖3反映了納米硬度隨壓痕深度的變化。較大壓痕深度1μm時單晶鋁彈性模量與壓痕深度的關(guān)系。此外，納米硬度儀還可以輸出接觸剛、實時載荷等隨壓頭位移的變化曲線，試驗者可以從中獲得豐富的信息。江西高校納米力學(xué)測試