四川工业纳米力学测试设备
纳米云纹法,云纹法是在20世纪60年代兴起的物体表面全场变形的测量技术。从上世纪80年代以来,高频率光栅制作技术已经日趋成熟。目前高精度云纹干涉法通常使用的高密度光栅频率已达到600~2400线mm,其测量位移灵敏度比传统的云纹法高出几十倍甚至上百倍。近年来云纹法的研究热点已进入微纳尺度的变形测量,并出现与各种高分辨率电镜技术、扫描探针显微技术相结合的趋势。显微几何云纹法,在光学显微镜下通过调整放大倍数将栅线放大到频率小于40线/mm,然后利用分辨率高的感光胶片分别记录变形前后的栅线,两种栅线干涉后即可获得材料表面纳米级变形的云纹。纳米力学测试可以解决纳米材料在制备和应用过程中的力学问题,提高纳米材料的性能和稳定性。四川工业纳米力学测试设备
纳米压痕技术也称深度敏感压痕技术(Depth-Sensing Indentation, DSI),是较简单的测试材料力学性质的方法之一,可以在纳米尺度上测量材料的各种力学性质,如载荷-位移曲线、弹性模量、硬度、断裂韧性、应变硬化效应、粘弹性或蠕变行为等。纳米压痕理论,纳米压痕试验中典型的载荷-位移曲线。在加载过程中试样表面首先发生的是弹性变形,随着载荷进一步提高,塑性变形开始出现并逐步增大;卸载过程主要是弹性变形恢复的过程,而塑性变形较终使得样品表面形成了压痕。图中Pmax 为较大载荷,hmax 为较大位移,hf为卸载后的位移,S为卸载曲线初期的斜率。纳米硬度的计算仍采用传统的硬度公式H =P/A。式中,H 为硬度 (GPa);P 为较大载荷 ( μ N),即上文中的 P max ;A 为压痕面积的投影(nm2 )。 金属纳米力学测试厂家纳米力学测试设备的精度和灵敏度对于获得准确的测试结果至关重要。
有限元数值分析方面,Hurley 等分别基于解析模型和有限元模型两种数据分析方法测量了铌薄膜的压入模量,并进行了对比。Espinoza-Beltran 等考虑探针微悬臂的倾角、针尖高度、梯形横截面、材料各向异性等的影响,给出了一种将实验测试和有限元优化分析相结合,确定针尖样品面外和面内接触刚度的方法。有限元分析方法综合考虑了实际情况中的多种影响因素,精度相对较高。Kopycinska-Muller 等研究了AFAM 测试过程中针尖样品微纳米尺度下的接触力学行为。Killgore 等提出了一种通过检测探针接触共振频率变化对针尖磨损进行连续测量的方法。
扫描探针声学显微术一般适用于模量范围在1~300 GPa 的材料。对于更软的材料,在测试过程中接触力有可能会对样品造成损害。基于轻敲模式的原子力显微镜多频成像技术是近年来发展的一项纳米力学测试方法。通过同时激励和检测探针多个频率的响应或探针振动的两阶(或多阶) 模态或探针振动的基频和高次谐波成分等,可以实现对被测样品形貌、弹性等性质的快速测量。只要是涉及探针两个及两个以上频率成分的激励和检测,均可以归为多频成像技术。由于轻敲模式下针尖施加的作用力远小于接触状态下的作用力,因此基于轻敲模式的多频成像技术适合于软物质力学性能的测量。纳米力学测试还可以用于研究纳米结构材料的断裂行为和变形机制。
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。纳米力学测试技术的发展推动了纳米材料和纳米器件的性能优化。半导体纳米力学测试供应商
纳米力学测试需要使用专属的纳米力学测试仪器,如纳米压痕仪和纳米拉伸仪等。四川工业纳米力学测试设备
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。四川工业纳米力学测试设备
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