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。纳米力学测试能够揭示材料表面的微观结构与性能之间的关系。海南金属纳米力学测试仪

英国:国家物理研究所对各种纳米测量仪器与被测对象之间的几何与物理间的相互作用进行了详尽的研究,绘制了各种纳米测量仪器测量范围的理论框架,其研制的微形貌纳米测量仪器测量范围是0.01n m~3n m和0.3n m~100n m。Warwick大学的Chetwynd博士利用X光干涉仪对长度标准用的波长进行细分研究,他利用薄硅片分解和重组X光光束来分析干涉图形,从干涉仪中提取的干涉条纹与硅晶格有相等的间距,该间距接近0.2nm,他依此作为校正精密位移传感器的一种亚纳米尺度。Queensgate仪器公司设计了一套纳米定位装置,它通过压电驱动元件和电容位置传感器相结合的控制装置达到纳米级的分辨率和定位精度。福建工业纳米力学测试收费标准借助纳米力学测试,可以评估材料在微观尺度下的耐磨性和耐蚀性。

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。
一般力学原理包括:。能量和动量守恒原理;。哈密顿变分原理;。对称原理。由于研究的物体小,纳米力学也要考虑:。当物体尺寸和原子距离可比时,物体的离散性;。物体内自由度的多样性和有限性。。热胀落的重要性;。熵效应的重要性;。量子效应的重要性。这些原理可提供对纳米物体新异性质深入了解。新异性质是指这种性质在类似的宏观物体没有或者很不相同。特别是,当物体变小,会出现各种表面效应,它由纳米结构较高的表面与体积比所决定。这些效应影晌纳米结构的机械能和热学性质(熔点,热容等)例如,由于离散性,固体内机械波要分散,在小区域内,弹性力学的解有特别的行为。自由度大引起热胀落是纳米颗粒通过潜在势垒产生热隧道及液体和固体交错扩散的理由。小和热涨落提供了纳米颗粒布朗运动的基本理由。在纳米范围增加了热涨落重要性和结构熵,使纳米结构产生超弹性,熵弹性(熵力)和其它新弹性。开放纳米系统的自组织和合作行为中,结构熵也令人产生很大兴趣。通过纳米力学测试,可以优化材料的加工工艺,提高产品的性能和品质。

力—距离曲线测试分为准静态模式和动态模式,实际应用中采用较多的是准静态模式下的力-距离曲线测试。由力—距离曲线测试可以获得样品表面的力学性能及黏附的信息。利用接触力学模型对力—距离曲线进行拟合,可以获得样品表面的弹性模量。力—距离曲线测试与纳米压痕相比,可以施加更小的作用力(nN量级),较好地避免了对生物软材料的损害,极大地降低了基底对薄膜力学性能测试的影响。力—距离曲线测试普遍应用于聚合物材料和生物材料的纳米力学性能测试,很多研究者利用此方法获得了细胞的模量信息。力—距离曲线阵列测试可以获得测试区域内力学性能的分布,但是分辨率较低,且测试时间较长。另外,力—距离曲线一般只对软材料才比较有效。图2 是通过力—距离曲线阵列测试获得的细胞力学性能(模量) 的分布。跨学科合作,推动纳米力学测试技术不断创新,满足多领域需求。福建工业纳米力学测试收费标准
纳米力学测试还可以揭示纳米材料的表面特性和表面反应动力学。海南金属纳米力学测试仪
AFAM 方法提出之后,不少研究者对方法的准确度和灵敏度方面进行了研究。Hurley 等分析了空气湿度对AFAM 定量化测量结果的影响。Rabe 等分析了探针基片对AFAM 定量化测量的影响。Hurley 等详细对比了AFAM 单点测试与纳米压痕以及声表面波谱方法的测试原理、空间分辨率、适用性及测试优缺点等。Stan 等提出一种双参考材料的方法,此方法不需要了解针尖的力学性能,可以在一定程度上提高测试的准确度。他们还提出了一种基于多峰接触的接触力学模型,在一定程度上可以提高测试的准确度。Turner 等通过严格的理论推导研究了探针不同阶弯曲振动和扭转振动模态的灵敏度问题。Muraoka提出一种在探针微悬臂末端附加集中质量的方法,以提高测试灵敏度。Rupp 等对AFAM测试过程中针尖样品之间的非线性相互作用进行了研究。海南金属纳米力学测试仪