纳米力学材料测试方法

纳米压痕试验举例，试验材料取单晶铝，试验在美国 MTS 公司生产的 Nano Indenter XP 型纳米硬度仪以及美国 Digital Instruments 公司生产的原子力显微镜 (AFM) 上进行。首先将试样放到纳米硬度仪上进行压痕试验，根据设置的较大载荷或者压痕深度的不同，试验时间从数十分钟到若干小时不等，中间过程不需人工干预。试验结束后，纳米压痕仪自动计算出试样的纳米硬度值和相关重要性能指标。本试验中对单晶铝(110) 面进行检测，设置压痕深度为1.5 μ m，共测量三点，较终结果取三点的平均值。在纳米尺度上，材料的力学性质往往与其宏观尺度下的性质有明显不同，因此纳米力学测试具有重要意义。纳米力学材料测试方法

样品制备，纳米力学测试纳米纤维的拉伸测试前需要复杂的样品制备过程，因此FT-NMT03纳米力学测试具备微纳操作的功能，纳米力学测试利用力传感微镊或者微力传感器可以对单根纳米纤维进行五个自由度的拾取-放置操作（闭环）。可以使用聚焦离子束（FIB）沉积或电子束诱导沉积（EBID）对样品进行固定。纳米力学测试这种结合了电-机械测量和纳米加工的技术为大多数纳米力学测试应用提供了完美的解决方案。SEM/FIB集成，得益于FT-NMT03纳米力学测试系统的紧凑尺寸（71×100×35mm），该系统可以与市面上绝大多数的全尺寸SEM/FIB结合使用，在样品台上安装和拆卸该系统十分简便，只需几分钟。此外，由于FT-NMT03纳米力学测试的独特设计（无基座、开放式），纳米力学测试体系统可以和电子背向散射衍射仪（EBSD）和扫描透射电子显微镜（STEM）技术兼容。高精度纳米力学测试原理跨学科合作，推动纳米力学测试技术不断创新，满足多领域需求。

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。

对纳米元器件的电测量——电压、电阻和电流——都带来了一些特有的困难，而且本身容易产生误差。研发涉及量子水平上的材料与元器件，这也给人们的电学测量工作带来了种种限制。在任何测量中，灵敏度的理论极限是由电路中的电阻所产生的噪声来决定的。电压噪声[1]与电阻的方根、带宽和一定温度成正比。高的源电阻限制了电压测量的理论灵敏度[2]。虽然完全可能在源电阻抗为1W的情况下对1mV的信号进行测量，但在一个太欧姆的信号源上测量同样的1mV的信号是现实的。通过纳米力学测试，我们可以深入了解纳米材料在受到外力作用时的变形和破坏机制。

在AFAM 测试系统开发方面，Hurley 等开发了一套基于快速数字信号处理的扫频模式共振频率追踪系统。这一测试系统可以根据上一像素点的接触共振频率自动调整扫描频率的上下限。随后，他们又开发出一套称为SPRITE(scanning probe resonance image tracking electronics) 的测试系统，可以同时对探针两阶模态的接触共振频率和品质因子进行成像，并较大程度上提高成像速度。Rodriguez 等开发了一种双频共振频率追踪(dual frequency resonance tracking，DFRT) 的方法，此种方法应用于AFAM 定量化成像中，可以同时获得探针的共振频率和品质因子。日本的Yamanaka 等利用PLL(phase locked loop) 电路实现了UAFM 接触共振频率追踪。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。浙江半导体纳米力学测试

借助纳米力学测试，可以评估材料在微观尺度下的耐磨性和耐蚀性。纳米力学材料测试方法

德国：T．Gddenhenrich等研制了电容式位移控制微悬臂原子力显微镜。在PTB进行了一系列称为1nm级尺寸精度的计划项目，这些研究包括：①．提高直线和角度位移的计量；②．研究高分辨率检测与表面和微结构之间的物理相互作用，从而给出微形貌、形状和尺寸的测量。已完成亚纳米级的一维位移和微形貌的测量。中国计量科学研究院研制了用于研究多种微位移测量方法标准的高精度微位移差拍激光干涉仪。中国计量科学研究院、清华大学等研制了用于大范围纳米测量的差拍法―珀干涉仪，其分辨率为0．3nm，测量范围±1．1μm，总不确定度优于3．5nm。中国计量学院朱若谷提出了一种能补偿环境影响、插入光纤传光介质的补偿式光纤双法布里―珀罗微位移测量系统，适合于纳米级微位移测量，可用于检定其它高精度位移传感器、几何量计量等。纳米力学材料测试方法