福建材料科学纳米力学测试模块

纵观纳米测量技术发展的历程，它的研究主要向两个方向发展：一是在传统的测量方法基础上，应用先进的测试仪器解决应用物理和微细加工中的纳米测量问题,分析各种测试技术,提出改进的措施或新的测试方法；二是发展建立在新概念基础上的测量技术，利用微观物理、量子物理中较新的研究成果,将其应用于测量系统中,它将成为未来纳米测量的发展趋向。但纳米测量中也存在一些问题限制了它的发展。建立相应的纳米测量环境一直是实现纳米测量亟待解决的问题之一，而且在不同的测量方法中需要的纳米测量环境也是不同的。对纳米材料和纳米器件的研究和发展来说，表征和检测起着至关重要的作用。由于人们对纳米材料和器件的许多基本特征、结构和相互作用了解得还不很充分，使其在设计和制造中存在许多的盲目性，现有的测量表征技术就存在着许多问题。此外，由于纳米材料和器件的特征长度很小，测量时产生很大扰动，以至产生的信息并不能完全表示其本身特性。这些都是限制纳米测量技术通用化和应用化的瓶颈，因此，纳米尺度下的测量无论是在理论上，还是在技术和设备上都需要深入研究和发展。纳米机器人研发中，力学性能测试至关重要，以确保其在复杂环境中的稳定性。福建材料科学纳米力学测试模块

常把纳米力学当纳米技术的一个分支，即集中在工程纳米结构和纳米系统力学性质的应用面。纳米系统的例子，包括纳米颗粒，纳米粉，纳米线，纳米棍，纳米带，纳米管，包括碳纳米管和硼氮纳米管，单壳，纳米膜，纳米包附，纳米复合物/纳米结构材料（有纳米颗粒分散在内的液体），纳米摩托等。纳米力学一些已确立的领域是：纳米材料，纳米摩檫学（纳米范畴的摩檫，摩损和接触力学），纳米机电系统，和纳米应用流体学（Nanofluidics）。作为基础科学，纳米力学是以经验原理（基本观察）为基础。包括：1.一般力学原理；2.由于研究或探索的物体变小而出现的一些特别原理。福建材料科学纳米力学测试模块利用纳米力学测试，可以对纳米材料的弹性形变和塑性形变进行精细分析。

原位纳米压痕仪的主要功能为：安装于SEM或者FIB中，可以对金属材料、陶瓷材料、生物材料及复合材料等各种材料精确施加载荷、检测形变量。在电镜下进行压痕、压缩、弯曲、划痕、拉伸和疲劳等力学性能测试；此外，还可研究材料在动态力、热等多场耦合条件下结构与性能的关系。ALEMNIS原位纳米压痕仪可与多种分析设备联用，如扫描电镜、光学显微镜和同步辐射装置等，并实现多种应用场景。该原位纳米压痕仪是一款能实现本征位移控制模式的压痕仪。依托于该设备的精巧设计及精细加工，对于不同的应用场景，其均具有灵活性、精确性和可重复性。

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。纳米力学测试在生物医学领域，助力研究细胞力学行为，揭示疾病发生机制。

纳米力学（Nanomechanics）是研究纳米范围物理系统的基本力学（弹性，热和动力过程）的一个分支。纳米力学为纳米技术提供科学基础。作为基础科学，纳米力学以经验原理（基本观察）为基础，包括：一般力学原理和物体变小而出现的一些特别原理。纳米力学（Nanomechanics）是研究纳米范围物理系统基本力学性质（弹性，热和动力过程）的纳米科学的一个分支。纳米力学为纳米技术提供了科学基础。纳米力学是经典力学，固态物理，统计力学，材料科学和量子化学等的交叉学科。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。山东纳米力学测试原理

在医学领域，纳米力学测试可用于研究细胞和组织的力学性质。福建材料科学纳米力学测试模块

Berkovich压头是纳米压痕硬度计中较常用的。它可以加工得很尖，而且几何形状在很小尺度内保持自相似，适合于小尺度的压痕实验。目前，该类压头的加工水平：端部半径50nm，典型值约40nm，中心线和面的夹角精度为J=0.025°。在纳米压痕硬度测量中，Berkovich压头是一种理想的压头。优点包括：易获得好的加工质量，很小载荷就能产生塑性，能减小摩擦的影响。Cube-corner压头因其三个面相互垂直，像立方体的一个角，故取此名称。压头越尖，就会在接触区内产生理想的应力和应变。目前，该种压头主要用于断裂韧性(fracture toughness)的研究。它能在脆性材料的压痕周围产生很小的规则裂纹，这样的裂纹能在相当小的范围内用来估计断裂韧性。锥形压头圆锥具有尖的自相似几何形状，从模型角度常利用它的轴对称特性，纳米压痕硬度的许多模型均基于圆锥压痕。由于难以加工出尖的圆锥金刚石压头，它在小尺度实验中很少使用。福建材料科学纳米力学测试模块