当前纳米力学主要应用的测试手段是纳米压痕和基于原子力显微镜(AFM) 的力—距离曲线方法,实际上还有另外一种基于AFM 的纳米力学测试方法——扫描探针声学显微术(atomic force acoustic microscopy,AFAM)。AFAM具有分辨率高、成像速度快、相对误差低、力学性能敏感度高等优点。然而,目前AFAM 的应用还不够普遍,相关领域的学者对AFAM 了解和使用的还不多。为此,我们在前期研究的基础上,经过整理和凝练,形成了这部专著,目的是推动AFAM这种新型纳米力学测量方法在国内的普遍应用。在进行纳米力学测试前,需要对测试样品进行表面处理和尺寸测量,以确保测试结果的准确性。北京纺织纳米力学测试
谱学技术微纳米材料的化学成分分析主要依赖于各种谱学技术,包括紫外-可见光谱红外光谱、x射线荧光光谱、拉曼光谱、俄歇电子能谱、x射线光电子能谱等。另有一类谱仪是基于材料受激发的发射谱,是专为研究品体缺陷附近的原子排列状态而设计的,如核磁共振仪、电子自旋共振谱仪、穆斯堡尔谱仪、正电子湮灭等等。热分析技术,纳米材料的热分析主要是指差热分析、示差扫描量热法以及热重分析。三种方法常常相互结合,并与其他方法结合用于研究微纳米材料或纳米粒子的一些特 征:(1)表面成键或非成键有机基团或其他物质的存在与否、含量多少、热失重温度等(2)表面吸附能力的强弱与粒径的关系(3)升温过程中粒径变化(4)升温过程中的相转变情况及晶化过程。四川涂层纳米力学测试模块纳米力学测试可以解决纳米材料在高温、低温和高压等极端环境下的力学问题,提高纳米材料的稳定性和可靠性。
本文中主要对当今几种主要材料纳观力学与纳米材料力学特性测试方法:纳米硬度技术、纳米云纹技术、扫描力显微镜技术等进行概述。纳米硬度技术。随着现代材料表面工程、微电子、集成微光机电 系统、生物和医学材料的发展试样本身或表面改性层厚度越来越小。传统的硬度测量已无法满足新材料研究的需要,于是纳米硬度技术应运而生。纳米硬度计是纳米硬度测量的主要仪器,它是一种检测材料微小体积内力学性能的测试仪器,包括压痕硬度和划痕硬度两种工作模式。由于压痕或划痕深度一般控制在微米甚至纳米尺度,因此该类仪器已成为电子薄膜、涂层、材料表面及其改性的力学性能检测的理想手段。它不需要将表层从基体上剥离,便可直接给出材料表层力学性质的空间分布。
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。纳米力学测试的结果可以为新材料的设计和应用提供重要参考。
目前纳米压痕在科研界和工业界都得到了普遍的应用,但是它仍然存在一些难以克服的缺点,比如纳米压痕实际上是对材料有损的测试,尤其是对于薄膜来说;其压针的曲率半径一般在50 nm 以上,由于分辨率的限制,不能对更小尺度的纳米结构进行测试;纳米压痕的扫描功能不强,扫描速度相对较慢,无法捕捉材料在外场作用下动态性能的变化。基于AFM 的纳米力学测试方法是另一类被普遍应用的测试方法。1986 年,Binnig 等发明了头一台原子力显微镜(AFM)。AFM 克服了之前扫描隧道显微镜(STM) 只能对导电样品或半导体样品进行成像的限制,可以实现对绝缘体材料表面原子尺度的成像,具有更普遍的应用范围。AFM 利用探针作为传感器对样品表面进行测试,不只可以获得样品表面的形貌信息,还可以实现对材料微区物理、化学、力学等性质的定量化测试。目前,AFM 普遍应用于物理学、化学、材料学、生物医学、微电子等众多领域。在医学领域,纳米力学测试可用于研究细胞和组织的力学性质。重庆工业纳米力学测试厂家直销
纳米力学测试的结果可以为纳米材料的安全性和可靠性评估提供重要依据。北京纺织纳米力学测试
将近场声学和扫描探针显微术相结合的扫描探针声学显微术是近些年来发展的纳米力学测试方法。扫描探针声学显微术有多种应用模式,如超声力显微术(ultrasonic force microscopy,UFM)、原子力声学显微术(atomic force acoustic microscopy,AFAM)、超声原子力显微术(ultrasonic atomic force microscopy,UAFM),扫描声学力显微术(scanning acoustic force microscopy,SAFM)等。在以上几种应用模式中,以基于接触共振检测的AFAM 和UAFM 这两种方法应用较为普遍,有时也将它们统称为接触共振力显微术(contact resonance force microscopy,CRFM)。北京纺织纳米力学测试