四川高精度纳米力学测试模块

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。纳米力学测试可以解决纳米材料在微纳尺度下的力学问题，为纳米器件的设计和制造提供支持。四川高精度纳米力学测试模块

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)。四川高精度纳米力学测试模块测试内容丰富多样，包括硬度、弹性模量、摩擦系数等，助力材料研究。

模块化设计使系统适用于各种形貌样品的测试需求及各种SEM/FIB配置，紧凑的外形设计适用于各种全尺寸的SEM/FIB样品室。用户可设计自定义的测试程序和测试模式：①FT-SH传感器连接头,其配置的4个不同型号的连接头,可满足各种不同的测试条件(平面外或者平面内测试)和不同的测试距离。②FFT-SB样品基座适配头,其配置的4个不同型号的适配头用来调节样品台的高度和角度。③FT-ETB电学测试样品台,包含2个不同的电学测试样品台,实现样品和纳米力学测试平台的电导通。④FT-S微力传感探针和FT-G微镊子,实现微纳力学测试和微纳操作组装(按需额外购买)。

金属玻璃纳米线的热机械蠕变测试，金属玻璃由于其独特的力学性能，如高弹性极限和高断裂韧性，而受到越来越多的关注。而且，其宽的过冷液态区间开启了超塑成形的材料加工工艺。因此定量研究金属玻璃的热机械行为是至关重要的。右图显示了针对金属玻璃超塑性性能的研究。金属玻璃纳米线通过Pt基电子束沉积方法固定在FT-S微力传感探针和样品台之间。在进行蠕变测试时（施加固定拉伸力来测量样品的形变量），纳米力学测试采用对纳米线通电加热来控制纳米线温度。这样可测试纳米线在不同温度下的热机械蠕变性能。在生物医学领域，纳米力学测试有助于了解细胞与纳米材料的相互作用机制。

与传统硬度计算不同的是，A 值不是由压痕照片得到，而是根据 “接触深度” hc(nm) 计算得到的。具体关系式需通过试验来确定，根据压头形状的不同，一般采用多项式拟合的方法，比如针对三角锥形压头，其拟合结果为：A = 24.5 + 793hc + 4238+ 332+ 0.059+0.069+ 8.68+ 35.4+ 36. 9式中 “接触深度”hc由下式计算得出：hc = h - ε P max/S，式中，ε是与压头形状有关的常数，对于球形或三角锥形压头可以取ε = 0.75。而S的值可以通过对载荷-位移曲线的卸载部分进行拟合，再对拟合函数求导得出，即，式中Q 为拟合函数。这样通过试验得到载荷-位移曲线，测量和计算试验过程中的载荷 P、压痕深度h和卸载曲线初期的斜率S，就可以得到样品的硬度值。该技术通过记录连续的载荷-位移、加卸载曲线，可以获得材料的硬度、弹性模量、屈服应力等指标，它克服了传统压痕测量只适用于较大尺寸试样以及只能获得材料的塑性性质等缺陷，同时也提高了硬度的检测精度，使得边加载边测量成为可能，为检测过程的自动化和数字化创造了条件。在纳米力学测试中，常用的仪器包括原子力显微镜、纳米硬度仪等设备。四川高精度纳米力学测试模块

在纳米力学测试中，常用的测试方法包括纳米压痕测试、纳米拉伸测试和纳米弯曲测试等。四川高精度纳米力学测试模块

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。四川高精度纳米力学测试模块