借助原子力顯微鏡(AFM)的納米力學測試法,利用原子力顯微鏡探針的納米操縱能力對一維納米材料施加彎曲或拉伸載荷。施加彎曲載荷時,原子力顯微鏡探針作用在一維納米懸臂梁結構高自山端國雙固支結構的中心位置,彎曲撓度和載荷通過原子力顯微鏡探針懸曾梁的位移和懸臂梁的剛度獲取,依據連續力學理論,由試樣的載荷一撓度曲線獲得其彈性模量、強度和韌性等力學性能參數。這種方法加載機理簡單,相對拉伸法容易操作,缺點是原子力顯微鏡探針的尺寸與被測納米試樣相比較大,撓度較大時探針的滑動以及試樣中心位置的對準精度嚴重影響測試精度3、借助微機電系統(MEMS)技術的片上納米力學測試法基于 MEMS 的片上納米力學測試法采用 MEMS 微加工工藝將微驅動單元、微傳感單元或試樣集成在同一芯片上,通過微驅動單元對試樣施加載荷,微位移與微力檢測單元檢測試樣變形與加載力,進面獲取試樣的力學性能。在納米力學測試中,常用的測試方法包括納米壓痕測試、納米拉伸測試和納米彎曲測試等。北京納米力學測試廠商
納米劃痕法,納米劃痕硬度計主要是通過測量壓頭在法向和切向上的載荷和位移的連續變化過程,進而研究材料的摩擦性能、塑性性能和斷裂性能的。納米劃痕儀器的設計主要有兩種方案 納米劃痕計和壓痕計,合二為一即劃痕計的法向力和壓痕深度由高分辨率的壓痕計提供,同時記錄勻速移動的試樣臺的位移,使壓頭沿試樣表面進行刻劃,切向力由壓桿上的兩個相互垂直的力傳感器測量納米劃痕硬度計和壓痕計相互單獨。納米劃痕硬度計,不只可以研究材料的摩擦磨損行為,還普遍應用于薄膜的粘著失效和黏彈行為。對刻劃材料來說,不只載荷和壓入深度是重要的參數,而且殘余劃痕的深度、寬度、凸起的高度在研究接觸壓力和實際摩擦也是十分重要的。目前,該類儀器已普遍應用于各種電子薄膜、汽車噴漆、膠卷、光學鏡 頭、磁盤、化妝品(指甲油和口紅)等的質量檢測。北京納米力學測試廠商通過納米力學測試,可以測量納米材料的彈性模量、硬度和斷裂韌性等力學性能。
較大壓痕深度1.5 μ m時的試驗結果,其中納米硬度平均值為0.46GPa,而用傳統硬度計算方法得到的硬度平均值為0.580GPa,這說明傳統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造成殘余壓痕面積較小,傳統方法使得計算結果產生了偏差,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行比較發現,單晶鋁的納米硬度值并不是恒定的, 而是在一定范圍內隨著載荷(壓頭位移)的降低而逐漸增大,也就是存在壓痕尺寸效應現象。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。
在黏彈性力學性能測試方面,Yuya 等發展了AFAM 黏彈性力學性能測試的理論基礎。隨后,Killgore 等將單點測試拓展到成像測試,對二元聚合物的黏彈性力學性能進行了定量化成像,獲得了存儲模量和損耗模量的分布圖。Hurley 等發展了一種不需要進行中間的校準測試過程而直接測量損耗因子的方法。Tung 等采用二維流體動力學函數,考慮探針接近樣品表面時的阻尼和附加質量效應以及與頻率相關的流體動力載荷,對黏彈性阻尼損耗測試進行了修正。周錫龍等研究了探針不同階模態對黏彈性測量靈敏度的影響,提出了一種利用軟懸臂梁的高階模態進行黏彈性力學性能測試的方法。利用納米力學測試,研究人員可揭示材料內部缺陷、應力分布等關鍵信息。
采用磁力顯微鏡觀察Sm2Co17基永磁材料表面的波紋磁疇和條狀磁疇結構;使用摩擦力顯微鏡對計算機磁盤表面的摩擦特性進行試:利用靜電力顯微鏡測量技術,依靠輕敲模式(Tapping mode)和抬舉模式(Lift mode),用相位成像測量有機高分子膜-殼聚糖膜(CHI)的表面電荷密度空間分布等等除此之外,近年來,SPM還用于測量化學鍵、納米碳管的強度,以及納米碳管操縱力方面的測量。利用透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡原位加載,觀測單一納米粒子鏈的力學屬性和納觀斷裂,采用掃描電鏡、原子力顯微鏡對納米碳管的拉伸過程及拉伸強度進行測等:基于原子力顯微鏡提出一種納米級操縱力的同步測量方法,進而應用該方法,成功測量出操縱、切割碳納米管的側向力信息等。這些SFM技術為研究納米粒子/分子、基體與操縱工具之間的相互作用提供較直接的原始力學信息和實驗結果。在進行納米力學測試時,需要選擇合適的測試方法和參數,以確保測試結果的準確性和可靠性。四川汽車納米力學測試供應
發展高精度、高穩定性納米力學測試設備,是當前科研工作的重要任務。北京納米力學測試廠商
原位納米力學測試系統(nanoindentation,instrumented-indentation testing,depth-sensing indentation,continuous-recording indentation,ultra low load indentation)是一類先進的材料表面力學性能測試儀器。該類儀器裝有高分辨率的致動器和傳感器,可以控制和監測壓頭在材料中的壓入和退出,能提供高分辨率連續載荷和位移的測量。包括壓痕硬度和劃痕硬度兩種工作模式,主要應用于測試各種薄膜(包括厚度小于100納米的超薄膜、多層復合膜、抗磨損膜、潤滑膜、高分子聚合物膜、生物膜等)、多相復合材料的基體本構和界面、金屬陣列復合材料、類金剛石碳涂層(DLC)、半導體材料、MEMS、生物醫學樣品(包括骨、牙齒、血管等)和生物材料、等在nano水平上的力學特性,還可以進行納米機械加工。通過探針壓痕或劃痕來獲得材料微區的硬度、彈性模量、摩擦系數、磨損率、斷裂剛度、失效、蠕變、應力釋放、分層、粘附力(結合力)、存儲模量、損失模量等力學數據。北京納米力學測試廠商