廣州紡織納米力學(xué)測(cè)試原理

AFAM 方法提出之后，不少研究者對(duì)方法的準(zhǔn)確度和靈敏度方面進(jìn)行了研究。Hurley 等分析了空氣濕度對(duì)AFAM 定量化測(cè)量結(jié)果的影響。Rabe 等分析了探針基片對(duì)AFAM 定量化測(cè)量的影響。Hurley 等詳細(xì)對(duì)比了AFAM 單點(diǎn)測(cè)試與納米壓痕以及聲表面波譜方法的測(cè)試原理、空間分辨率、適用性及測(cè)試優(yōu)缺點(diǎn)等。Stan 等提出一種雙參考材料的方法，此方法不需要了解針尖的力學(xué)性能，可以在一定程度上提高測(cè)試的準(zhǔn)確度。他們還提出了一種基于多峰接觸的接觸力學(xué)模型，在一定程度上可以提高測(cè)試的準(zhǔn)確度。Turner 等通過(guò)嚴(yán)格的理論推導(dǎo)研究了探針不同階彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模態(tài)的靈敏度問(wèn)題。Muraoka提出一種在探針微懸臂末端附加集中質(zhì)量的方法，以提高測(cè)試靈敏度。Rupp 等對(duì)AFAM測(cè)試過(guò)程中針尖樣品之間的非線性相互作用進(jìn)行了研究。納米壓痕技術(shù)作為一種常見(jiàn)測(cè)試方法，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料在微觀層面的力學(xué)性能。廣州紡織納米力學(xué)測(cè)試原理

納米壓痕技術(shù)也稱深度敏感壓痕技術(shù)（Depth-Sensing Indentation， DSI)，是較簡(jiǎn)單的測(cè)試材料力學(xué)性質(zhì)的方法之一，可以在納米尺度上測(cè)量材料的各種力學(xué)性質(zhì)，如載荷-位移曲線、彈性模量、硬度、斷裂韌性、應(yīng)變硬化效應(yīng)、粘彈性或蠕變行為等。納米壓痕理論，納米壓痕試驗(yàn)中典型的載荷-位移曲線。在加載過(guò)程中試樣表面首先發(fā)生的是彈性變形，隨著載荷進(jìn)一步提高，塑性變形開(kāi)始出現(xiàn)并逐步增大；卸載過(guò)程主要是彈性變形恢復(fù)的過(guò)程，而塑性變形較終使得樣品表面形成了壓痕。圖中Pmax 為較大載荷，hmax 為較大位移，hf為卸載后的位移，S為卸載曲線初期的斜率。納米硬度的計(jì)算仍采用傳統(tǒng)的硬度公式H =P/A。式中，H 為硬度 (GPa)；P 為較大載荷 ( μ N)，即上文中的 P max ；A 為壓痕面積的投影(nm2 )。 重慶原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)納米力學(xué)測(cè)試還可以用于研究納米結(jié)構(gòu)材料的斷裂行為和變形機(jī)制。

一般力學(xué)原理包括：。能量和動(dòng)量守恒原理；。哈密頓變分原理；。對(duì)稱原理。由于研究的物體小，納米力學(xué)也要考慮：。當(dāng)物體尺寸和原子距離可比時(shí)，物體的離散性；。物體內(nèi)自由度的多樣性和有限性。。熱脹落的重要性；。熵效應(yīng)的重要性；。量子效應(yīng)的重要性。這些原理可提供對(duì)納米物體新異性質(zhì)深入了解。新異性質(zhì)是指這種性質(zhì)在類似的宏觀物體沒(méi)有或者很不相同。特別是，當(dāng)物體變小，會(huì)出現(xiàn)各種表面效應(yīng)，它由納米結(jié)構(gòu)較高的表面與體積比所決定。這些效應(yīng)影晌納米結(jié)構(gòu)的機(jī)械能和熱學(xué)性質(zhì)（熔點(diǎn)，熱容等）例如，由于離散性，固體內(nèi)機(jī)械波要分散，在小區(qū)域內(nèi)，彈性力學(xué)的解有特別的行為。自由度大引起熱脹落是納米顆粒通過(guò)潛在勢(shì)壘產(chǎn)生熱隧道及液體和固體交錯(cuò)擴(kuò)散的理由。小和熱漲落提供了納米顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的基本理由。在納米范圍增加了熱漲落重要性和結(jié)構(gòu)熵，使納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超彈性，熵彈性（熵力）和其它新彈性。開(kāi)放納米系統(tǒng)的自組織和合作行為中，結(jié)構(gòu)熵也令人產(chǎn)生很大興趣。

量子效應(yīng)也決定納米結(jié)構(gòu)新的電，光和化學(xué)性質(zhì)。因此量子效應(yīng)在鄰近的納米科學(xué)，納米技術(shù)，如納米電子學(xué)，先進(jìn)能源系統(tǒng)和納米生物技術(shù)學(xué)科范圍得到更多注意。納米測(cè)量技術(shù)是利用改制的掃描隧道顯微鏡進(jìn)行微形貌測(cè)量，這個(gè)技術(shù)已成功的應(yīng)用于石墨表面和生物樣本的納米級(jí)測(cè)量。安全一直是必須認(rèn)真考慮的問(wèn)題。電測(cè)量工具會(huì)輸出有危險(xiǎn)的、甚至是致命的電壓和電流。清楚儀器使用中何時(shí)會(huì)發(fā)生這些情形顯得極為重要，只有這樣人們才能采取恰當(dāng)?shù)陌踩婪妒侄?。?qǐng)認(rèn)真閱讀并遵從各種工具附帶的安全指示。納米力學(xué)測(cè)試還可以揭示納米材料的表面特性和表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

采用磁力顯微鏡觀察Sm2Co17基永磁材料表面的波紋磁疇和條狀磁疇結(jié)構(gòu);使用摩擦力顯微鏡對(duì)計(jì)算機(jī)磁盤表面的摩擦特性進(jìn)行試:利用靜電力顯微鏡測(cè)量技術(shù),依靠輕敲模式(Tapping mode)和抬舉模式(Lift mode),用相位成像測(cè)量有機(jī)高分子膜-殼聚糖膜(CHI)的表面電荷密度空間分布等等除此之外,近年來(lái),SPM還用于測(cè)量化學(xué)鍵、納米碳管的強(qiáng)度,以及納米碳管操縱力方面的測(cè)量。利用透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡原位加載,觀測(cè)單一納米粒子鏈的力學(xué)屬性和納觀斷裂,采用掃描電鏡、原子力顯微鏡對(duì)納米碳管的拉伸過(guò)程及拉伸強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)等:基于原子力顯微鏡提出一種納米級(jí)操縱力的同步測(cè)量方法,進(jìn)而應(yīng)用該方法,成功測(cè)量出操縱、切割碳納米管的側(cè)向力信息等。這些SFM技術(shù)為研究納米粒子/分子、基體與操縱工具之間的相互作用提供較直接的原始力學(xué)信息和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。納米力學(xué)測(cè)試可以應(yīng)用于納米材料的質(zhì)量控制和品質(zhì)檢測(cè)，確保產(chǎn)品符合規(guī)定的力學(xué)性能要求。重慶原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)

納米力學(xué)測(cè)試可以幫助研究人員了解納米材料的力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，為納米材料的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供指導(dǎo)。廣州紡織納米力學(xué)測(cè)試原理

力—距離曲線測(cè)試分為準(zhǔn)靜態(tài)模式和動(dòng)態(tài)模式，實(shí)際應(yīng)用中采用較多的是準(zhǔn)靜態(tài)模式下的力-距離曲線測(cè)試。由力—距離曲線測(cè)試可以獲得樣品表面的力學(xué)性能及黏附的信息。利用接觸力學(xué)模型對(duì)力—距離曲線進(jìn)行擬合，可以獲得樣品表面的彈性模量。力—距離曲線測(cè)試與納米壓痕相比，可以施加更小的作用力(nN量級(jí))，較好地避免了對(duì)生物軟材料的損害，極大地降低了基底對(duì)薄膜力學(xué)性能測(cè)試的影響。力—距離曲線測(cè)試普遍應(yīng)用于聚合物材料和生物材料的納米力學(xué)性能測(cè)試，很多研究者利用此方法獲得了細(xì)胞的模量信息。力—距離曲線陣列測(cè)試可以獲得測(cè)試區(qū)域內(nèi)力學(xué)性能的分布，但是分辨率較低，且測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)。另外，力—距離曲線一般只對(duì)軟材料才比較有效。圖2 是通過(guò)力—距離曲線陣列測(cè)試獲得的細(xì)胞力學(xué)性能(模量) 的分布。廣州紡織納米力學(xué)測(cè)試原理