福建高精度納米力學(xué)測試系統(tǒng)

力—距離曲線測試分為準(zhǔn)靜態(tài)模式和動態(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-距離曲線測試。由力—距離曲線測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)模型對力—距離曲線進(jìn)行擬合，可以獲得樣品表面的彈性模量。力—距離曲線測試與納米壓痕相比，可以施加更小的作用力(nN量級)，較好地避免了對生物軟材料的損害，極大地降低了基底對薄膜力學(xué)性能測試的影響。力—距離曲線測試普遍應(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—距離曲線陣列測試可以獲得測試區(qū)域內(nèi)力學(xué)性能的分布，但是分辨率較低，且測試時間較長。另外，力—距離曲線一般只對軟材料才比較有效。圖2 是通過力—距離曲線陣列測試獲得的細(xì)胞力學(xué)性能(模量) 的分布。納米力學(xué)測試技術(shù)的發(fā)展推動了納米材料和納米器件的性能優(yōu)化。福建高精度納米力學(xué)測試系統(tǒng)

納米壓痕試驗(yàn)舉例，試驗(yàn)材料取單晶鋁，試驗(yàn)在美國 MTS 公司生產(chǎn)的 Nano Indenter XP 型納米硬度儀以及美國 Digital Instruments 公司生產(chǎn)的原子力顯微鏡 (AFM) 上進(jìn)行。首先將試樣放到納米硬度儀上進(jìn)行壓痕試驗(yàn)，根據(jù)設(shè)置的較大載荷或者壓痕深度的不同，試驗(yàn)時間從數(shù)十分鐘到若干小時不等，中間過程不需人工干預(yù)。試驗(yàn)結(jié)束后，納米壓痕儀自動計(jì)算出試樣的納米硬度值和相關(guān)重要性能指標(biāo)。本試驗(yàn)中對單晶鋁(110) 面進(jìn)行檢測，設(shè)置壓痕深度為1.5 μ m，共測量三點(diǎn)，較終結(jié)果取三點(diǎn)的平均值。遼寧半導(dǎo)體納米力學(xué)測試碳納米管、石墨烯等納米材料，因獨(dú)特力學(xué)性能，備受關(guān)注。

中國計(jì)量學(xué)院朱若谷、浙江大學(xué)陳本永等提出了一種通過測量雙法布里一boluo干涉儀透射光強(qiáng)基波幅值差或基波等幅值過零時間間隔的方法進(jìn)行納米測量的理論基礎(chǔ)，給出了檢測掃描探針振幅變化的新方法。中國科學(xué)院北京電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室成功研制了一臺使用光學(xué)偏轉(zhuǎn)法檢測的原子力顯微鏡，通過對云母、光柵、光盤等樣品的觀測證明該儀器達(dá)到原子分辨率，較大掃描范圍可達(dá)7μm×7μm。浙江大學(xué)卓永模等研制成功雙焦干涉球面微觀輪廓儀，解決了對球形表面微觀輪廓進(jìn)行亞納米級的非接觸精密測量問題，該系統(tǒng)具有0．1nm的縱向分辨率及小于2μm的橫向分辨率。

有限元數(shù)值分析方面，Hurley 等分別基于解析模型和有限元模型兩種數(shù)據(jù)分析方法測量了鈮薄膜的壓入模量，并進(jìn)行了對比。Espinoza-Beltran 等考慮探針微懸臂的傾角、針尖高度、梯形橫截面、材料各向異性等的影響，給出了一種將實(shí)驗(yàn)測試和有限元優(yōu)化分析相結(jié)合，確定針尖樣品面外和面內(nèi)接觸剛度的方法。有限元分析方法綜合考慮了實(shí)際情況中的多種影響因素，精度相對較高。Kopycinska-Muller 等研究了AFAM 測試過程中針尖樣品微納米尺度下的接觸力學(xué)行為。Killgore 等提出了一種通過檢測探針接觸共振頻率變化對針尖磨損進(jìn)行連續(xù)測量的方法。解決方案之一：采用新型納米材料，提高力學(xué)性能，拓寬應(yīng)用范圍。

英國：國家物理研究所對各種納米測量儀器與被測對象之間的幾何與物理間的相互作用進(jìn)行了詳盡的研究，繪制了各種納米測量儀器測量范圍的理論框架，其研制的微形貌納米測量儀器測量范圍是0．01n m～3n m和0．3n m～100n m。Warwick大學(xué)的Chetwynd博士利用X光干涉儀對長度標(biāo)準(zhǔn)用的波長進(jìn)行細(xì)分研究，他利用薄硅片分解和重組X光光束來分析干涉圖形，從干涉儀中提取的干涉條紋與硅晶格有相等的間距，該間距接近0．2nm，他依此作為校正精密位移傳感器的一種亞納米尺度。Queensgate儀器公司設(shè)計(jì)了一套納米定位裝置，它通過壓電驅(qū)動元件和電容位置傳感器相結(jié)合的控制裝置達(dá)到納米級的分辨率和定位精度。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。北京納米力學(xué)測試技術(shù)

納米力學(xué)測試可以幫助研究人員了解納米材料的疲勞行為，從而改進(jìn)納米材料的設(shè)計(jì)和制備工藝。福建高精度納米力學(xué)測試系統(tǒng)

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?；w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)。福建高精度納米力學(xué)測試系統(tǒng)