海南表面微納米力學(xué)測(cè)試應(yīng)用

FT-NMT03納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)可以配合SEM/FIB原位精確直接地測(cè)量納米纖維的力學(xué)特性。微力傳感器加載微力，納米力學(xué)測(cè)試結(jié)合高分辨位置編碼器可以對(duì)納米纖維進(jìn)行拉伸、循環(huán)、蠕變、斷裂等形變測(cè)試。力-形變（應(yīng)力-應(yīng)變）曲線(xiàn)可以定量的表征納米纖維的材料特性。此外，納米力學(xué)測(cè)試結(jié)合樣品架電連接，可以定量表征電-機(jī)械性質(zhì)。位置穩(wěn)定性，納米力學(xué)測(cè)試對(duì)于納米纖維的精確拉伸測(cè)試，納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的位移是測(cè)試不穩(wěn)定性的主要來(lái)源。圖2展示了FT-NMT03納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)位移的統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)，從中可以找到每一個(gè)測(cè)試間隔內(nèi)位移導(dǎo)致的不確定性，例如100s內(nèi)為450pm，意思是65%（或95%）的概率，納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)在100s的時(shí)間間隔內(nèi)的位移穩(wěn)定性小于±450pm（或±900pm）。納米力學(xué)測(cè)試通常在真空或者液體環(huán)境下進(jìn)行，以保證測(cè)試的準(zhǔn)確性。海南表面微納米力學(xué)測(cè)試應(yīng)用

力—距離曲線(xiàn)測(cè)試分為準(zhǔn)靜態(tài)模式和動(dòng)態(tài)模式，實(shí)際應(yīng)用中采用較多的是準(zhǔn)靜態(tài)模式下的力-距離曲線(xiàn)測(cè)試。由力—距離曲線(xiàn)測(cè)試可以獲得樣品表面的力學(xué)性能及黏附的信息。利用接觸力學(xué)模型對(duì)力—距離曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，可以獲得樣品表面的彈性模量。力—距離曲線(xiàn)測(cè)試與納米壓痕相比，可以施加更小的作用力(nN量級(jí))，較好地避免了對(duì)生物軟材料的損害，極大地降低了基底對(duì)薄膜力學(xué)性能測(cè)試的影響。力—距離曲線(xiàn)測(cè)試普遍應(yīng)用于聚合物材料和生物材料的納米力學(xué)性能測(cè)試，很多研究者利用此方法獲得了細(xì)胞的模量信息。力—距離曲線(xiàn)陣列測(cè)試可以獲得測(cè)試區(qū)域內(nèi)力學(xué)性能的分布，但是分辨率較低，且測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)。另外，力—距離曲線(xiàn)一般只對(duì)軟材料才比較有效。圖2 是通過(guò)力—距離曲線(xiàn)陣列測(cè)試獲得的細(xì)胞力學(xué)性能(模量) 的分布。核工業(yè)納米力學(xué)測(cè)試應(yīng)用納米力學(xué)測(cè)試在材料設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中發(fā)揮著重要作用，能夠提供關(guān)鍵的力學(xué)性能參數(shù)。

將近場(chǎng)聲學(xué)和掃描探針顯微術(shù)相結(jié)合的掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)是近些年來(lái)發(fā)展的納米力學(xué)測(cè)試方法。掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)有多種應(yīng)用模式，如超聲力顯微術(shù)(ultrasonic force microscopy，UFM)、原子力聲學(xué)顯微術(shù)(atomic force acoustic microscopy，AFAM)、超聲原子力顯微術(shù)(ultrasonic atomic force microscopy，UAFM)，掃描聲學(xué)力顯微術(shù)(scanning acoustic force microscopy，SAFM)等。在以上幾種應(yīng)用模式中，以基于接觸共振檢測(cè)的AFAM 和UAFM 這兩種方法應(yīng)用較為普遍，有時(shí)也將它們統(tǒng)稱(chēng)為接觸共振力顯微術(shù)(contact resonance force microscopy，CRFM)。

原子力顯微鏡(AFM)，原子力顯微鏡(AtomicForce Microscopy，簡(jiǎn)稱(chēng)AFM)是一種常用的納米級(jí)力學(xué)性質(zhì)測(cè)試方法。它通過(guò)在納米尺度下測(cè)量材料表面的力與距離之間的關(guān)系，來(lái)獲得材料的力學(xué)性質(zhì)信息。AFM的基本工作原理是利用一個(gè)具有納米的探針對(duì)樣品表面進(jìn)行掃描，并測(cè)量在探針與樣品之間的力的變化。使用AFM可以獲得材料的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，如納米硬度、彈性模量和塑性變形等信息。此外，AFM還可以進(jìn)行納米級(jí)別的形貌表征，使得研究人員可以直觀地觀察到材料的表面形貌和結(jié)構(gòu)。通過(guò)納米力學(xué)測(cè)試，我們可以評(píng)估納米材料在極端環(huán)境下的穩(wěn)定性和耐久性。

納米云紋法，云紋法是在20世紀(jì)60年代興起的物體表面全場(chǎng)變形的測(cè)量技術(shù)。從上世紀(jì)80年代以來(lái),高頻率光柵制作技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。目前高精度云紋干涉法通常使用的高密度光柵頻率已達(dá)到600~2400線(xiàn)mm,其測(cè)量位移靈敏度比傳統(tǒng)的云紋法高出幾十倍甚至上百倍。近年來(lái)云紋法的研究熱點(diǎn)已進(jìn)入微納尺度的變形測(cè)量，并出現(xiàn)與各種高分辨率電鏡技術(shù)、掃描探針顯微技術(shù)相結(jié)合的趨勢(shì)。顯微幾何云紋法，在光學(xué)顯微鏡下通過(guò)調(diào)整放大倍數(shù)將柵線(xiàn)放大到頻率小于40線(xiàn)/mm，然后利用分辨率高的感光膠片分別記錄變形前后的柵線(xiàn)，兩種柵線(xiàn)干涉后即可獲得材料表面納米級(jí)變形的云紋。在進(jìn)行納米力學(xué)測(cè)試前，需要對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行表面處理和尺寸測(cè)量，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。半導(dǎo)體納米力學(xué)測(cè)試模塊

摩擦學(xué)測(cè)試在納米力學(xué)領(lǐng)域具有重要地位，為減少能源損耗提供解決方案。海南表面微納米力學(xué)測(cè)試應(yīng)用

納米硬度計(jì)主要由移動(dòng)線(xiàn)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(xiàn)圈控制，改變線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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?？稍诰€(xiàn)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。海南表面微納米力學(xué)測(cè)試應(yīng)用