[VIP第1年] 指数:3
2005 年，中国科学院上海硅酸盐研究所的曾华荣研究员在国内率先单独开发出定频成像模式的AFAM，但不能测量模量。随后，同济大学、北京工业大学等单位也对这种成像模式进行了研究。2011 年初，我们研究组将双频共振追踪技术用于AFAM，实现了快速的纳米模量成像(一幅256×256 像素的图像只需1~2min)，并对其准确度和灵敏度进行了系统研究。较近几年，AFAM 引起了越来越多国内外学者的关注。然而，相对于其他AFM 模式，AFAM 的测量原理涉及梁振动力学和接触力学，初学者不容易掌握。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。海南高校纳米力学测试原理
本文中主要对当今几种主要材料纳观力学与纳米材料力学特性测试方法:纳米硬度技术、纳米云纹技术、扫描力显微镜技术等进行概述。纳米硬度技术。随着现代材料表面工程、微电子、集成微光机电 系统、生物和医学材料的发展试样本身或表面改性层厚度越来越小。传统的硬度测量已无法满足新材料研究的需要，于是纳米硬度技术应运而生。纳米硬度计是纳米硬度测量的主要仪器，它是一种检测材料微小体积内力学性能的测试仪器，包括压痕硬度和划痕硬度两种工作模式。由于压痕或划痕深度一般控制在微米甚至纳米尺度，因此该类仪器已成为电子薄膜、涂层、材料表面及其改性的力学性能检测的理想手段。它不需要将表层从基体上剥离，便可直接给出材料表层力学性质的空间分布。金属纳米力学测试仪随着纳米技术的不断发展，纳米力学测试技术也在不断更新换代，以适应更高精度的测试需求。
目前微纳米力学性能测试方法的发展趋势主要向快速定量化以及动态模式发展，测试对象也越来越多地涉及软物质、生物材料等之前较难测试的样品。另外，纳米力学测试方法的标准化也在逐步推进。建立标准化的纳米力学测试方法标志着相关测试方法的逐渐成熟，对纳米科学和技术的发展也具有重要的推动作用。绝大多数的纳米力学测试都需要复杂的样品制备过程。为了使样品制备简单化和人性化,FT-NMT03采用能够感知力的微镊子和不同形状的微力传感探针针尖来实现对微纳结构的精确提取、转移直至将其固定在测试平台上。总而言之,集中纳米操作以及力学-电学性能同步测试功能于一体的FT-NMT03能够满足几乎所有的纳米力学测试需求。
纳米拉曼光谱法，纳米拉曼光谱法是一种非常有用的测试方法，可以用来研究材料的力学性质。该方法利用激光对材料进行激发，通过测量材料产生的拉曼散射光谱来获得材料的力学信息。纳米拉曼光谱法可以提供关于材料中分子振动的信息，从而揭示材料的化学成分和晶格结构。利用纳米拉曼光谱法可以研究材料的应力分布、材料的强度以及材料在纳米尺度下的变形行为等。纳米拉曼光谱法具有非接触、高灵敏度和高分辨率的特点，适用于研究纳米尺度材料力学性质的表征。纳米力学测试可用于研究纳米颗粒在胶体、液态等介质中的相互作用行为。
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。纳米力学测试能够揭示材料表面的微观结构与性能之间的关系。湖南空心纳米力学测试实验室
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。海南高校纳米力学测试原理
原位纳米力学测试系统是一种用于材料科学领域的仪器，于2011年10月27日启用。压痕测试单元：（1）可实现70nN~30mN不同加载载荷，载荷分辨率为3nN；（2）位移分辨率：0.006nm，较小位移：0.2nm，较大位移：5um；（3）室温热漂移：0.05nm/s；（4）更换压头时间：60s。能够实现薄膜或其他金属或非金属材料的压痕、划痕、摩擦磨损、微弯曲、高温测试及微弯曲、NanoDMA、模量成像等功能。力学测试芯片大小只为几平方毫米，亦可放置在电子显微镜真空腔中进行原位实时检测。海南高校纳米力学测试原理
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