納米力學(xué)(Nanomechanics)是研究納米范圍物理系統(tǒng)的基本力學(xué)(彈性,,熱和動(dòng)力過程)的一個(gè)分支。納米力學(xué)為納米技術(shù)提供科學(xué)基礎(chǔ),。作為基礎(chǔ)科學(xué),,納米力學(xué)以經(jīng)驗(yàn)原理(基本觀察)為基礎(chǔ),包括:一般力學(xué)原理和物體變小而出現(xiàn)的一些特別原理,。納米力學(xué)(Nanomechanics)是研究納米范圍物理系統(tǒng)基本力學(xué)性質(zhì)(彈性,,熱和動(dòng)力過程)的納米科學(xué)的一個(gè)分支。納米力學(xué)為納米技術(shù)提供了科學(xué)基礎(chǔ),。納米力學(xué)是經(jīng)典力學(xué),,固態(tài)物理,統(tǒng)計(jì)力學(xué),材料科學(xué)和量子化學(xué)等的交叉學(xué)科,。納米力學(xué)測試需要使用專屬的納米力學(xué)測試儀器,,如納米壓痕儀和納米拉伸儀等。納米力學(xué)材料測試
將近場聲學(xué)和掃描探針顯微術(shù)相結(jié)合的掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)是近些年來發(fā)展的納米力學(xué)測試方法,。掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)有多種應(yīng)用模式,,如超聲力顯微術(shù)(ultrasonic force microscopy,UFM),、原子力聲學(xué)顯微術(shù)(atomic force acoustic microscopy,,AFAM)、超聲原子力顯微術(shù)(ultrasonic atomic force microscopy,,UAFM),,掃描聲學(xué)力顯微術(shù)(scanning acoustic force microscopy,,SAFM)等,。在以上幾種應(yīng)用模式中,以基于接觸共振檢測的AFAM 和UAFM 這兩種方法應(yīng)用較為普遍,,有時(shí)也將它們統(tǒng)稱為接觸共振力顯微術(shù)(contact resonance force microscopy,,CRFM)。廣州新能源納米力學(xué)測試原理納米力學(xué)測試可以解決納米材料在高溫,、低溫和高壓等極端環(huán)境下的力學(xué)問題,,提高納米材料的穩(wěn)定性和可靠性。
較大壓痕深度1.5 μ m時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果,,其中納米硬度平均值為0.46GPa,,而用傳統(tǒng)硬度計(jì)算方法得到的硬度平均值為0.580GPa,這說明傳統(tǒng)硬度計(jì)算方法在微納米硬度測量時(shí)誤差較大,,其原因就是在微納米硬度測量時(shí),,材料變形的彈性恢復(fù)造成殘余壓痕面積較小,傳統(tǒng)方法使得計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生了偏差,,不能正確反映材料的硬度值,。圖片通過對(duì)不同載荷下的納米硬度測量值進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),單晶鋁的納米硬度值并不是恒定的,, 而是在一定范圍內(nèi)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(yīng)現(xiàn)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(shí)單晶鋁彈性模量與壓痕深度的關(guān)系。此外,,納米硬度儀還可以輸出接觸剛,、實(shí)時(shí)載荷等隨壓頭位移的變化曲線,,試驗(yàn)者可以從中獲得豐富的信息。
除了采用彎曲振動(dòng)模式進(jìn)行測量外,,Reinstadtler 等給出了探針扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模式測量側(cè)向接觸剛度的理論基礎(chǔ)。通過同時(shí)測量探針微懸臂的彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng),,Hurley 和Turner提出了一種同時(shí)測量各向同性材料楊氏模量、剪切模量和泊松比的方法,。Killgore 等提出了利用軟探針的高階模態(tài)進(jìn)行AFAM 定量化測試的方法,,可以使探針施加在樣品上的力減小到10 nN,極大地?cái)U(kuò)展了這一方法的應(yīng)用范圍,。Killgore 和Hurley提出了一種新的脈沖接觸共振的方法,將接觸共振與脈沖力模式相結(jié)合,,不只能測量探針的接觸共振頻率和品質(zhì)因子,,還可以測量針尖樣品之間黏附力的大小,。利用納米力學(xué)測試,,可以對(duì)納米材料的彈性形變和塑性形變進(jìn)行精細(xì)分析。
掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)一般適用于模量范圍在1~300 GPa 的材料,。對(duì)于更軟的材料,,在測試過程中接觸力有可能會(huì)對(duì)樣品造成損害?;谳p敲模式的原子力顯微鏡多頻成像技術(shù)是近年來發(fā)展的一項(xiàng)納米力學(xué)測試方法,。通過同時(shí)激勵(lì)和檢測探針多個(gè)頻率的響應(yīng)或探針振動(dòng)的兩階(或多階) 模態(tài)或探針振動(dòng)的基頻和高次諧波成分等,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測樣品形貌,、彈性等性質(zhì)的快速測量,。只要是涉及探針兩個(gè)及兩個(gè)以上頻率成分的激勵(lì)和檢測,均可以歸為多頻成像技術(shù),。由于輕敲模式下針尖施加的作用力遠(yuǎn)小于接觸狀態(tài)下的作用力,,因此基于輕敲模式的多頻成像技術(shù)適合于軟物質(zhì)力學(xué)性能的測量。納米力學(xué)測試對(duì)于理解納米材料在極端條件下的力學(xué)行為具有重要意義,,如高溫、高壓等,。海南涂層納米力學(xué)測試供應(yīng)
納米力學(xué)測試可應(yīng)用于納米材料、生物材料,、涂層等領(lǐng)域的研究和開發(fā),。納米力學(xué)材料測試
原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)是一種用于材料科學(xué)領(lǐng)域的儀器,,于2011年10月27日啟用。壓痕測試單元:(1)可實(shí)現(xiàn)70nN~30mN不同加載載荷,,載荷分辨率為3nN,;(2)位移分辨率:0.006nm,較小位移:0.2nm,,較大位移:5um,;(3)室溫?zé)崞疲?.05nm/s;(4)更換壓頭時(shí)間:60s,。能夠?qū)崿F(xiàn)薄膜或其他金屬或非金屬材料的壓痕,、劃痕、摩擦磨損,、微彎曲,、高溫測試及微彎曲、NanoDMA,、模量成像等功能,。力學(xué)測試芯片大小只為幾平方毫米,亦可放置在電子顯微鏡真空腔中進(jìn)行原位實(shí)時(shí)檢測,。納米力學(xué)材料測試