山西纳米力学压痕测试

时间:2024年08月14日 来源:

随着科学技术的发展,纳米尺度材料的研究变得越来越重要。纳米尺度材料具有独特的力学性质,与传统材料相比有着许多不同之处。为了深入了解和研究纳米尺度材料的力学性质,科学家们不断开发出各种先进的测试方法。在本文中,我将分享一些纳米尺度下常用的材料力学性质测试方法,研究人员可以根据具体需求选择适合的方法来进行材料力学性质的测试与研究。纳米尺度下力学性质的研究对于深入了解材料的力学行为、提高材料性能以及开发新材料具有重要意义。希望本文所分享的方法能够对相关研究和应用提供一定的指导和帮助。纳米力学测试通常在真空或者液体环境下进行,以保证测试的准确性。山西纳米力学压痕测试

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纳米压痕法:纳米压痕硬度法是一类测量材料表面力学性能 的先进技术。其原理是在加载过程中 试样表面在压头作用下首先发生弹性变形,随着载荷的增加试样开始发生塑性变形,加载曲线呈非线性,卸载曲线反映被测物体的弹性恢复过程。通过分析加卸载曲线可以得到材料的硬度和弹性模量等参量。纳米压痕法不只可以测量材料的硬度和弹性模量,还可以根据压头压缩过程中脆性材料产生的裂纹估算材料的断裂韧性,根据材料的位移压力曲线与时间的相关性获悉材料的蠕变特性。除此之外,纳米压痕法还用于纳米膜厚度、微结构,如微梁的刚度与挠度等的测量。山西纳米力学压痕测试纳米力学测试可以用于研究纳米材料的界面行为和相互作用,为纳米材料的应用提供理论基础。

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即使源电阻大幅降低至1MW,对一个1mV的信号的测量也接近了理论极限,因此要使用一个普通的数字多用表(DMM)进行测量将变得十分困难。除了电压或电流灵敏度不够高之外,许多DMM在测量电压时的输入偏移电流很高,而相对于那些纳米技术[3]常常需要的、灵敏度更高的低电平DC测量仪器而言,DMM的输入电阻又过低。这些特点增加了测量的噪声,给电路带来不必要的干扰,从而造成测量的误差。系统搭建完毕后,必须对其性能进行校验,而且消除潜在的误差源。误差的来源可以包括电缆、连接线、探针[5]、沾污和热量。下面的章节中将对降低这些误差的一些途径进行探讨。

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。利用纳米力学测试,研究人员可揭示材料内部缺陷、应力分布等关键信息。

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较大压痕深度1.5 μ m时的试验结果,其中纳米硬度平均值为0.46GPa,而用传统硬度计算方法得到的硬度平均值为0.580GPa,这说明传统硬度计算方法在微纳米硬度测量时误差较大,其原因就是在微纳米硬度测量时,材料变形的弹性恢复造成残余压痕面积较小,传统方法使得计算结果产生了偏差,不能正确反映材料的硬度值。图片通过对不同载荷下的纳米硬度测量值进行比较发现,单晶铝的纳米硬度值并不是恒定的, 而是在一定范围内随着载荷(压头位移)的降低而逐渐增大,也就是存在压痕尺寸效应现象。图3反映了纳米硬度随压痕深度的变化。较大压痕深度1μm时单晶铝弹性模量与压痕深度的关系。此外,纳米硬度仪还可以输出接触刚、实时载荷等随压头位移的变化曲线,试验者可以从中获得丰富的信息。跨学科合作,推动纳米力学测试技术不断创新,满足多领域需求。山西纳米力学压痕测试

测试设置需精确控制实验条件,以消除外部干扰,确保实验结果的准确性。山西纳米力学压痕测试

纳米压痕仪的应用,纳米压痕仪可适用于有机或无机、软质或硬质材料的检测分析,包括PVD、CVD、PECVD薄膜,感光薄膜,彩绘釉漆,光学薄膜,微电子镀膜,保护性薄膜,装饰性薄膜等等。基体可以为软质或硬质材料,包括金属、合金、半导体、玻璃、矿物和有机材料等。半导体技术(钝化层、镀金属、Bond Pads);存储材料(磁盘的保护层、磁盘基底上的磁性涂层、CD的保护层);光学组件(接触镜头、光纤、光学刮擦保护层);金属蒸镀层;防磨损涂层(TiN, TiC, DLC, 切割工具);药理学(药片、植入材料、生物组织);工程学(油漆涂料、橡胶、触摸屏、MEMS)等行业。山西纳米力学压痕测试

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