硬度测定,纳米划痕和纳米压痕

在纳米凸缘期间,随着探针尖端施加压力,样品的表面被移位。施加的“力 - 位移”依赖性的分析提供了关于给定点(图1)的样品的硬度的数据。可以通过扫描凹进样品来分析图像的曲线以及图像的形貌(图2)。

装卸曲线。h -位移,P -载荷,S -接触刚度。

图1所示。装卸曲线。h -位移,P -载荷,S -接触刚度。

蓝宝石表面有凹痕。扫描尺寸:5 x 5 μm

图2。蓝宝石表面有凹痕。扫描尺寸:5 x 5 μm

硬度测定-较硬的探针

与普通硅原子力显微镜探针的悬臂不同,该探针的压电陶瓷控制台ntegra.基于硬度计的硬度更大(104-105 N/m)。这使得施加在样品上的力的程度比通常的AFM系统大得多。

纳秒

Nanoscratching是一种基于样品表面划痕的技术,并测量它们的参数:深度,尤其是宽度。

这赋予了定量评估材料的硬度(图3,4)。欧洲杯足球竞彩在某些情况下,所获得的结果可以提供比通过纳米温度获得的更多信息,因为划痕的宽度作为弹性恢复的结果,改变得比其深度小于其深度。

三道不同深度的划痕,由熔融石英制成。图像尺寸4 x 4 μm。

图3。三道不同深度的划痕,由熔融石英制成。图像尺寸4 x 4 μm。

曲线显示了在熔融石英中划痕的深度和宽度。

图4。曲线显示了在熔融石英中划痕的深度和宽度。

硬度测定法。弹性特性的形貌成像和测定

探头附着在硬度但柔性悬臂上,因此探针的强制振荡的幅度和频率可用于材料的形貌成像和测试材料的弹性性质(图5)。欧洲杯足球竞彩特别地,该方法在扫描样本的每个点提供杨氏模量的定量值。

由于压电陶瓷探针的高共振频率,可以比使用具有高负荷的标准压痕技术更快地映射硬度和弹性性能(例如,NTEGRA + Hysitron Triboscope)。另一方面,与具有常规硅探针的SPM不同,基于NTEGRA的硬管术允许测试非常硬的材料和薄膜(图6)。欧洲杯足球竞彩

频率变化被记录为探头位置的函数。曲线的斜率Δf是Young的特征

图5。频率变化被记录为探头位置的函数。曲线Δf的斜率表示试样的杨氏模量。

复合物的图像(金属+富勒斯坦C60)。平均晶粒尺寸〜0.4-0.8μm。图像尺寸:3.5 x3.5μm:a)表面形貌;b)年轻

图6。复合物的图像(金属+富勒斯坦C60)。平均晶粒尺寸〜0.4-0.8μm。图像尺寸:3.5 x3.5μm:a)表面形貌;b)年轻的模数图。

用NT-MDT测定硬度ntegra.

用于使用探头的设计ntegra.基于Sclerometry允许使用各种预制秘诀:钻石Berkovich提示,半导体钻石尖端等。

研究薄膜与衬底的粘附性可以看作是纳米摩擦学应用的一个例子。纳米摩擦学涉及到以增强的力量划伤薄膜,并确定薄膜脱离或磨损的载荷(图7)。

45°取向纳米管的薄膜带有划痕,使之垂直于纳米管的斜面。图像尺寸:5.9 x 5.9 μm

图7。45°取向纳米管的薄膜带有划痕,使之垂直于纳米管的斜面。图像尺寸:5.9 x 5.9 μm

基于ntegra的硬度测量技术可以在各种厚度(从几纳米到几微米)和硬度范围内处理各种类型的薄膜。

为什么与纳米凸缘合并SPM很重要?

因为可以使用相同的探针来制作spm图像,这对于:

1.寻找压痕,轻装,这是非常小,很难看到与通常的光学。

2.准确定量测量压痕和划痕参数,发现压痕缺陷(堆积等)。

3.确保所需要的物体是测量的,如果它是小的,在光学上看不到,例如纳米粒子,薄膜上的纳米划痕等。欧洲杯猜球平台

使用相同的尖端扫描修改后的样品是精确的,因为由于弹性恢复,缩进总是比尖宽的缩进

NT-MDT NTEGRA platat形式

NTEGRA平台是专门设计来集成不同的技术,以最终提供新的和独特的材料测试方法。例如,利用共焦拉曼显微镜可以看到纳米压痕和纳米划痕后的应力(图8)。表面改性和检测可以用同一台仪器进行。

在GaAs(A)表面上的缩进和划痕以及通过拉曼光谱偏移(B,C)的映射获得的应力图像。图像尺寸:a)。80 x100μm;b)。25 x25μm;C)。6 x6μm。

图8。在GaAs(A)表面上的缩进和划痕以及通过拉曼光谱偏移(B,C)的映射获得的应力图像。图像尺寸:a)。80 x100μm;b)。25 x25μm;C)。6 x6μm。

将ntegra平台与之结合在一起Hysitron Triboscope.

任何基于ntegra的系统都可以配备Hysitron TriboScope纳米压痕系统。它可提供高负载(高达1N),并可与各种商业探头以及基于ntegra的硬化仪安装在一起。还可以进行无损动态测试和杨氏模量映射。所有模式的硬度测量-纳米压痕,纳米划痕和纳米摩擦学-可以应用于NTEGRA + Hysitron TriboScope集成测试。

原子力声学显微镜(AFAM)

AFAM的主要思想是当悬臂尖端与振荡样品接触时,对AFM探针振荡的注册。与声波成像同时,它形成了地形,因为它是通过接触AFM技术完成的。杨氏模量映射不会造成样品破坏(表面不会留下压痕或划痕)。

AFAM提供硬度和软样品成像的鲜明对比,而AFM技术(例如,相成像和力调制)仅对相对柔软的材料进行对比度(图9,11)。欧洲杯足球竞彩

低、高密度聚乙烯条纹,弹性不同。扫描尺寸:47x47 μm

图9。低、高密度聚乙烯条纹,弹性不同。扫描尺寸:47x47 μm。

在某些情况下,内部的非均匀性可以在样品体积内显示出来。这是可能的,因为整个试件随声波频率“振动”,探针振动的产生涉及整个体积(图10)。

HDD表面。地形(A)和AFAM(B)AFAM图像中间的明亮线标志着内裂,在地形图像上没有看到。图像尺寸:0.8x0.8μm。

图10。HDD表面。地形(A)和AFAM(B)AFAM图像中间的明亮线标志着内裂,在地形图像上没有看到。图像尺寸:0.8x0.8μm。

压电陶瓷片的抛光样品。可见,AFAM的对比效果最好。扫描尺寸:4x4 μm。

图11。压电陶瓷片的抛光样品。可见,AFAM的对比效果最好。扫描尺寸:4x4 μm。

原子力光谱学

当通过传统的AFM探针推动表面时,可以预期悬臂弯曲的线性依赖性和施加的力。如果样品绝对硬,则这可能是这种情况,并且它没有被探针移位。实际上,在软样上,力距离曲线是非线性的。当应用特定力时,其参数可用于计算表面被移位的程度。反过来,这是杨氏模量的定量估计的路径(图12)。

这种方法在软和非常软的样品上是成功的,因为传统AFM悬臂梁的弹簧常数相对较小(通常不超过102N / m)。为了研究像活细胞和天然细胞器这样微妙的物体(图13),悬臂必须尽可能软,以防止样品的大量变形。在这种情况下,弹簧常数的典型值是10-2-10-1n / m。

力曲线参数用于定量估计材料的弹性特性。F  - 负荷;D  - 悬臂流离失所;k  - 悬臂弹簧常数;δ - 压痕;Δz - 样品位移。

图12。力曲线参数用于定量估计材料的弹性特性。F - 负荷;D - 悬臂流离失所;k - 悬臂弹簧常数;δ - 压痕;Δz - 样品位移。

在活细胞表面和培养皿底部估计的杨氏模量。细胞表面一个点的硬度几乎是另一个点的两倍,而皮氏培养皿的硬度是六个数量级。扫描尺寸:25x25 μm

图13。在活细胞表面和培养皿底部估计的杨氏模量。细胞表面一个点的硬度几乎是另一个点的两倍,而皮氏培养皿的硬度是六个数量级。扫描尺寸:25x25 μm

表1。技术的比较

硬度范围

毁灭

样品的硬度

最大载荷

基于NTEGRA的巩膜制品

0.1 -100年平均绩点

破坏性和非破坏性

努力&非常努力

200 mN

NTEGRA + Hysitron摩擦学仪

0.1 -100年平均绩点

破坏性和非破坏性

努力&非常努力

1 N

AFAM选项

10kpa - 10gpa.

无损

硬和软

-

AFM

1kpa - 1gpa

Desctructive &非破坏性

柔软柔软

2 mN

这些信息已从NT-MDT光谱仪器提供的材料中获取、审查和改编。欧洲杯足球竞彩

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引用

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  • 美国心理学协会

    NT-MDT光谱仪器。(2019年10月31日)。硬管,纳秒和纳米狭窄。AZoM。从8月05,05,8021从//www.wireless-io.com/article.aspx?articled=4076中检索。

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    NT-MDT光谱仪器。“硬度测定,纳米划痕和纳米压痕”。AZoM.2021年8月05。< //www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=4076 >。

  • 芝加哥

    NT-MDT光谱仪器。“硬度测定,纳米划痕和纳米压痕”。AZoM。//www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=4076。(2021年8月5日生效)。

  • 哈佛

    NT-MDT光谱仪器。硬度测定,纳米划痕和纳米压痕.Azom,查看了8月2021日,//www.wireless-io.com/article.aspx?articled=4076。

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