深圳科研院納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)

用戶可設(shè)計(jì)自定義的測(cè)試程序和測(cè)試模式：①FT-NTP納米力學(xué)測(cè)試平臺(tái),是一個(gè)5軸納米機(jī)器人系統(tǒng),能夠在絕大部分全尺寸的SEM中對(duì)微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的納米力學(xué)測(cè)試。②FT-nMSC模塊化系統(tǒng)控制器,其連接納米力學(xué)測(cè)試平臺(tái),同步采集力和位移數(shù)據(jù)。其較大特點(diǎn)是該控制器提供硬。件級(jí)別的傳感器保護(hù)模式,防止微力傳感探針和微鑷子的力學(xué)過(guò)載。③FT-nHCM手動(dòng)控制模塊,其配置的兩個(gè)操控桿方便手動(dòng)控制納米力學(xué)測(cè)試平臺(tái)。④帶接線口的SEM法蘭,實(shí)現(xiàn)模塊化系統(tǒng)控制器和納米力學(xué)測(cè)試平臺(tái)的通訊。發(fā)展高精度、高穩(wěn)定性納米力學(xué)測(cè)試設(shè)備，是當(dāng)前科研工作的重要任務(wù)。深圳科研院納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)

經(jīng)過(guò)三十年的發(fā)展，目前科學(xué)家在AFM 基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了多種測(cè)量和表征材料不同性能的應(yīng)用模式。利用原子力顯微鏡，人們實(shí)現(xiàn)了對(duì)化學(xué)反應(yīng)前后化學(xué)鍵變化的成像，研究了化學(xué)鍵的角對(duì)稱性質(zhì)以及分子的側(cè)向剛度。Ternes 等測(cè)量了在材料表面移動(dòng)單個(gè)原子所需要施加的作用力。各種不同的應(yīng)用模式可以獲得被測(cè)樣品表面納米尺度力、熱、聲、電、磁等各個(gè)方面的性能。基于AFM 的定量化納米力學(xué)測(cè)試方法主要有力—距離曲線測(cè)試、掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)和基于輕敲模式的動(dòng)態(tài)多頻技術(shù)。廣東涂層納米力學(xué)測(cè)試供應(yīng)商納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了納米材料和納米器件的性能優(yōu)化。

SFM納米力學(xué)測(cè)試。在掃描隧道顯微鏡(STM)發(fā)明以后,基于STM,人們又陸續(xù)發(fā)展一系列相似的掃描成像顯微技術(shù),它們包括原子力顯微鏡(AFM)、摩擦力顯微鏡(FFM)、磁力顯微鏡、靜電力顯微等,統(tǒng)稱為掃描力顯微鏡(SFM)。由于這些掃描力顯微鏡成像的工作原理是基于探針與被測(cè)樣品之間的原子力、摩擦力、磁力或靜電力,因此,它們自然地成為測(cè)量探針與被測(cè)樣品之間微觀原子力、摩擦力、磁力或靜電力的有力工具。采用原子力顯微鏡對(duì)飽和鐵轉(zhuǎn)鐵蛋白和脫鐵轉(zhuǎn)鐵蛋白與轉(zhuǎn)鐵蛋白抗體之間的相互作用進(jìn)行研究通過(guò)原子力顯微鏡對(duì)分子間力的曲線進(jìn)行探測(cè),比較飽和鐵轉(zhuǎn)鐵蛋白和脫鐵轉(zhuǎn)鐵蛋白與抗體之間的作用力的差異。

主要的微納米力學(xué)測(cè)量技術(shù)：1、微納米壓痕測(cè)試技術(shù)，1.1壓入測(cè)試技術(shù)，壓人測(cè)試技術(shù)是較初的是表征各種材料力學(xué)性能較常用的方法之一,可以追溯到 20 世紀(jì)初的定量硬度測(cè)試方法。傳統(tǒng)的壓人測(cè)試技術(shù)是利用已知幾何形狀的硬壓頭以預(yù)設(shè)的壓人深度或者載荷作用到較軟的樣品表面,通過(guò)測(cè)量殘余壓痕的尺寸計(jì)算相關(guān)的硬度指數(shù)。但壓入測(cè)試技術(shù)的缺陷在所能夠表征的材料力學(xué)參量局限于硬度和彈性模量這2個(gè)基本的參量。1.2 微納米壓痕測(cè)試，近年來(lái)新型材料正在向低維化、功能化與復(fù)合化方向飛速發(fā)展，在微納米尺度作用區(qū)域上開(kāi)展微納米壓痕測(cè)試已被普遍用作評(píng)價(jià)材料因微觀結(jié)構(gòu)變化面誘發(fā)力學(xué)性能變化以及獲得材料物性轉(zhuǎn)變等新現(xiàn)象、新規(guī)律的重要工具。所能夠表征的材料力學(xué)參量也不再局限于硬度和彈性模量這2個(gè)基本的參量。納米力學(xué)測(cè)試還可以揭示納米材料的表面特性和表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

AFAM 的基本原理是利用探針與樣品的接觸振動(dòng)來(lái)對(duì)材料納米尺度的彈性性能進(jìn)行成像或測(cè)量。AFAM 于20 世紀(jì)90 年代中期由德國(guó)薩爾布呂肯無(wú)損檢測(cè)研究所的Rabe 博士(女) 首先提出，較初為單點(diǎn)測(cè)量模式。2000 年前后，她們采用逐點(diǎn)掃頻的方式實(shí)現(xiàn)了模量成像功能，但是成像的速度很慢，一幅128×128 像素的圖像需要大約30min，導(dǎo)致圖像的熱漂移比較嚴(yán)重。2005 年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的Hurley 博士(女) 采用DSP 電路控制掃頻和探針的移動(dòng)，將成像速度提高了4~5倍(一幅256×256 像素的圖像需要大約25min)。通過(guò)納米力學(xué)測(cè)試，可以測(cè)量納米材料的彈性模量、硬度和斷裂韌性等力學(xué)性能。湖北半導(dǎo)體納米力學(xué)測(cè)試應(yīng)用

納米力學(xué)測(cè)試結(jié)果有助于優(yōu)化材料設(shè)計(jì)，提升產(chǎn)品性能，降低生產(chǎn)成本。深圳科研院納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)

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(shuō)明傳統(tǒng)硬度計(jì)算方法在微納米硬度測(cè)量時(shí)誤差較大，其原因就是在微納米硬度測(cè)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(guò)對(duì)不同載荷下的納米硬度測(cè)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。深圳科研院納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)

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