与传统硬度计算不同的是,A 值不是由压痕照片得到,而是根据 “接触深度” hc(nm) 计算得到的。具体关系式需通过试验来确定,根据压头形状的不同,一般采用多项式拟合的方法,比如针对三角锥形压头,其拟合结果为:A = 24.5 + 793hc + 4238+ 332+ 0.059+0.069+ 8.68+ 35.4+ 36. 9式中 “接触深度”hc由下式计算得出:hc = h - ε P max/S,式中,ε是与压头形状有关的常数,对于球形或三角锥形压头可以取ε = 0.75。而S的值可以通过对载荷-位移曲线的卸载部分进行拟合,再对拟合函数求导得出,即,式中Q 为拟合函数。这样通过试验得到载荷-位移曲线,测量和计算试验过程中的载荷 P、压痕深度h和卸载曲线初期的斜率S,就可以得到样品的硬度值。该技术通过记录连续的载荷-位移、加卸载曲线,可以获得材料的硬度、弹性模量、屈服应力等指标,它克服了传统压痕测量只适用于较大尺寸试样以及只能获得材料的塑性性质等缺陷,同时也提高了硬度的检测精度,使得边加载边测量成为可能,为检测过程的自动化和数字化创造了条件。测试设置需精确控制实验条件,以消除外部干扰,确保实验结果的准确性。福建纳米力学测试

AFAM 利用探针和样品之间的接触共振进行测试,基于对探针的动力学特性以及针尖样品之间的接触力学行为分析,可以通过对探针接触共振频率、品质因子、振幅、相位等响应信息的测量,实现被测样品力学性能的定量化表征。AFAM 不只可以获得样品表面纳米尺度的形貌特征,还可以测量样品表面或亚表面的纳米力学特性。AFAM 属于近场声学成像技术,它克服了传统声学成像中声波半波长对成像分辨率的限制,其分辨率取决于探针针尖与测试样品之间的接触半径大小。AFM 探针的针尖半径很小(5~50 nm),且施加在样品上的作用力也很小(一般为几纳牛到几微牛),因此AFAM 的空间分辨率极高,其横向分辨率与普通AFM 一样可以达到纳米量级。与纳米压痕技术相比,AFAM 在分辨率方面具有明显的优势,通常认为其测试过程是无损的。此外,AFAM 在成像质量和速度方面均明显优于纳米压痕。目前,AFAM 已经普遍应用于纳米复合材料、智能材料、生物材料、纳米材料和薄膜系统等各种先进材料领域。广西半导体纳米力学测试模块纳米力学测试通常在真空或者液体环境下进行,以保证测试的准确性。

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。
FT-NMT03纳米力学测试系统可以配合SEM/FIB原位精确直接地测量纳米纤维的力学特性。微力传感器加载微力,纳米力学测试结合高分辨位置编码器可以对纳米纤维进行拉伸、循环、蠕变、断裂等形变测试。力-形变(应力-应变)曲线可以定量的表征纳米纤维的材料特性。此外,纳米力学测试结合样品架电连接,可以定量表征电-机械性质。位置稳定性,纳米力学测试对于纳米纤维的精确拉伸测试,纳米力学测试系统的位移是测试不稳定性的主要来源。图2展示了FT-NMT03纳米力学测试系统位移的统计学评价,从中可以找到每一个测试间隔内位移导致的不确定性,例如100s内为450pm,意思是65%(或95%)的概率,纳米力学测试系统在100s的时间间隔内的位移稳定性小于±450pm(或±900pm)。纳米力学测试在材料设计和产品开发中发挥着重要作用,能够提供关键的力学性能参数。

对纳米元器件的电测量——电压、电阻和电流——都带来了一些特有的困难,而且本身容易产生误差。研发涉及量子水平上的材料与元器件,这也给人们的电学测量工作带来了种种限制。在任何测量中,灵敏度的理论极限是由电路中的电阻所产生的噪声来决定的。电压噪声[1]与电阻的方根、带宽和一定温度成正比。高的源电阻限制了电压测量的理论灵敏度[2]。虽然完全可能在源电阻抗为1W的情况下对1mV的信号进行测量,但在一个太欧姆的信号源上测量同样的1mV的信号是现实的。纳米力学测试结果有助于优化材料设计,提升产品性能,降低生产成本。广西半导体纳米力学测试模块
纳米力学测试的前沿研究方向包括多功能材料力学、纳米结构动力学等领域。福建纳米力学测试
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。福建纳米力学测试