海南科研院纳米力学测试系统

电子/离子束云纹法和电镜扫描云纹法，利用电子/离子東抗蚀剂制作出10000线/mm的电子/离子東云纹光栅,这种光栅的应用频率范围为40~20000线/mm,栅线的较小宽度可达到几十纳米。电镜扫描条纹的倍增技术用于单晶材料纳米级变形测量。其原理是:在测量中,单晶材料的晶格结构由透射电镜(TEM)采集并记录在感光胶片上作为试件栅,以几何光栅为参考栅,较终通过透射电镜放大倍数与试件栅的频率关系对上述两栅的干涉云纹进行分析,即可获得单晶材料表面微小的应变场。STM/晶格光栅云纹法，隧道显微镜(STM)纳米云纹法是测量表面位移的新技术。测量中,把扫描隧道显微镜的探针扫描线作为参考栅,把物质原子晶格栅结构作为试件栅,然后对这两组栅线干涉形成的云纹进行纳米级变形测量。运用该方法对高定向裂解石墨的纳米级变形应变进行测试,得到随扫描范围变化的应变场。纳米力学测试可用于研究纳米颗粒在胶体、液态等介质中的相互作用行为。海南科研院纳米力学测试系统

随着精密、 超精密加工技术的发展，材料在纳米尺度下的力学特性引起了人们的极大关注研究。而传统的硬度测量方法只适于宏观条件下的研究和应用，无法用于测量压痕深度为纳米级或亚微米级的硬度( 即所谓纳米硬度，nano- hardness) 。近年来，测量纳米硬度一般采用新兴的纳米压痕技术 (nano-indentation)，由于采用纳米压痕技术可以在极小的尺寸范围内测试材料的力学性能，除了塑性性质外，还可反映材料的弹性性质，因此得到了越来越普遍的应用。海南科研院纳米力学测试系统纳米力学测试可以应用于纳米材料的研究和开发，以及纳米器件的设计和制造。

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。

较大压痕深度1.5 μ m时的试验结果，其中纳米硬度平均值为0.46GPa，而用传统硬度计算方法得到的硬度平均值为0.580GPa，这说明传统硬度计算方法在微纳米硬度测量时误差较大，其原因就是在微纳米硬度测量时，材料变形的弹性恢复造成残余压痕面积较小，传统方法使得计算结果产生了偏差，不能正确反映材料的硬度值。图片通过对不同载荷下的纳米硬度测量值进行比较发现，单晶铝的纳米硬度值并不是恒定的， 而是在一定范围内随着载荷（压头位移）的降低而逐渐增大，也就是存在压痕尺寸效应现象。图3反映了纳米硬度随压痕深度的变化。较大压痕深度1μm时单晶铝弹性模量与压痕深度的关系。此外，纳米硬度仪还可以输出接触刚、实时载荷等随压头位移的变化曲线，试验者可以从中获得丰富的信息。测试设置需精确控制实验条件，以消除外部干扰，确保实验结果的准确性。

纳米压痕仪简介，近年来，国内外研究人员以纳米压痕技术为基础，开发出多种纳米压痕仪，并实现了商品化，为材料的纳米力学性能检测提供了高效、便捷的手段。图片纳米压痕仪主要用于微纳米尺度薄膜材料的硬度与杨氏模量测试，测试结果通过力与压入深度的曲线计算得出，无需通过显微镜观察压痕面积。纳米压痕仪的基本组成可以分为控制系统、 移动线圈系统、加载系统及压头等几个部分。压头一般使用金刚石压头，分为三角锥或四棱锥等类型。试验时，首先输入初始参数，之后的检测过程则完全由微机自动控制，通过改变移动线圈系统中的电流，可以操纵加载系统和压头的动作，压头压入载荷的测量和控制通过应变仪来完成，同时应变仪还将信号反馈到移动线圈系统以实现闭环控制，从而按照输入参数的设置完成试验。纳米力学测试可以帮助研究人员了解纳米材料的力学响应机制，从而推动纳米科学的发展。浙江纳米力学测试服务

解决方案之一：采用新型纳米材料，提高力学性能，拓宽应用范围。海南科研院纳米力学测试系统

纳米压痕获得的材料信息也比较丰富，既可以通过静态力学性能测试获得材料的硬度、弹性模量、断裂韧性、相变(畴变) 等信息，也可以通过动态力学性能测试获得被测样品的存储模量、损耗模量或损耗因子等。另外，动态纳米压痕技术还可以实现对材料微纳米尺度存储模量和损耗模量的模量成像(modulus mapping)。图1 是美国Hysitron 公司生产的TI-900 Triboindenter 纳米压痕仪的实物图。纳米压痕作为一种较通用的微纳米力学测试方法，目前仍然有不少研究者致力于对其方法本身的改进和发展。海南科研院纳米力学测试系统