原子力顯微鏡(AFM)，原子力顯微鏡(AtomicForce Microscopy，簡(jiǎn)稱AFM)是一種常用的納米級(jí)力學(xué)性質(zhì)測(cè)試方法。它通過(guò)在納米尺度下測(cè)量材料表面的力與距離之間的關(guān)系，來(lái)獲得材料的力學(xué)性質(zhì)信息。AFM的基本工作原理是利用一個(gè)具有納米的探針對(duì)樣品表面進(jìn)行掃描，并測(cè)量在探針與樣品之間的力的變化。使用AFM可以獲得材料的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，如納米硬度、彈性模量和塑性變形等信息。此外，AFM還可以進(jìn)行納米級(jí)別的形貌表征，使得研究人員可以直觀地觀察到材料的表面形貌和結(jié)構(gòu)。納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展為納米材料在能源、環(huán)保等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更多可能性。紡織納米力學(xué)測(cè)試服務(wù)

當(dāng)前納米力學(xué)主要應(yīng)用的測(cè)試手段是納米壓痕和基于原子力顯微鏡(AFM) 的力—距離曲線方法，實(shí)際上還有另外一種基于AFM 的納米力學(xué)測(cè)試方法——掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)(atomic force acoustic microscopy，AFAM)。AFAM具有分辨率高、成像速度快、相對(duì)誤差低、力學(xué)性能敏感度高等優(yōu)點(diǎn)。然而，目前AFAM 的應(yīng)用還不夠普遍，相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者對(duì)AFAM 了解和使用的還不多。為此，我們?cè)谇捌谘芯康幕A(chǔ)上，經(jīng)過(guò)整理和凝練，形成了這部專著，目的是推動(dòng)AFAM這種新型納米力學(xué)測(cè)量方法在國(guó)內(nèi)的普遍應(yīng)用。重慶國(guó)產(chǎn)納米力學(xué)測(cè)試供應(yīng)商在納米尺度上，材料的力學(xué)性質(zhì)往往與其宏觀尺度下的性質(zhì)有明顯不同，因此納米力學(xué)測(cè)試具有重要意義。

在黏彈性力學(xué)性能測(cè)試方面，Yuya 等發(fā)展了AFAM 黏彈性力學(xué)性能測(cè)試的理論基礎(chǔ)。隨后，Killgore 等將單點(diǎn)測(cè)試拓展到成像測(cè)試，對(duì)二元聚合物的黏彈性力學(xué)性能進(jìn)行了定量化成像，獲得了存儲(chǔ)模量和損耗模量的分布圖。Hurley 等發(fā)展了一種不需要進(jìn)行中間的校準(zhǔn)測(cè)試過(guò)程而直接測(cè)量損耗因子的方法。Tung 等采用二維流體動(dòng)力學(xué)函數(shù)，考慮探針接近樣品表面時(shí)的阻尼和附加質(zhì)量效應(yīng)以及與頻率相關(guān)的流體動(dòng)力載荷，對(duì)黏彈性阻尼損耗測(cè)試進(jìn)行了修正。周錫龍等研究了探針不同階模態(tài)對(duì)黏彈性測(cè)量靈敏度的影響，提出了一種利用軟懸臂梁的高階模態(tài)進(jìn)行黏彈性力學(xué)性能測(cè)試的方法。

原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)是一種用于材料科學(xué)領(lǐng)域的儀器，于2011年10月27日啟用。壓痕測(cè)試單元：（1）可實(shí)現(xiàn)70nN~30mN不同加載載荷，載荷分辨率為3nN；（2）位移分辨率：0.006nm，較小位移：0.2nm，較大位移：5um；（3）室溫?zé)崞疲?.05nm/s；（4）更換壓頭時(shí)間：60s。能夠?qū)崿F(xiàn)薄膜或其他金屬或非金屬材料的壓痕、劃痕、摩擦磨損、微彎曲、高溫測(cè)試及微彎曲、NanoDMA、模量成像等功能。力學(xué)測(cè)試芯片大小只為幾平方毫米，亦可放置在電子顯微鏡真空腔中進(jìn)行原位實(shí)時(shí)檢測(cè)。納米力學(xué)測(cè)試的前沿研究方向包括多功能材料力學(xué)、納米結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域。

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。利用納米力學(xué)測(cè)試，可以評(píng)估納米材料的可靠性和耐久性。高精度納米力學(xué)測(cè)試廠商

納米力學(xué)測(cè)試的結(jié)果對(duì)于預(yù)測(cè)納米材料在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)具有重要參考價(jià)值。紡織納米力學(xué)測(cè)試服務(wù)

與傳統(tǒng)硬度計(jì)算不同的是，A 值不是由壓痕照片得到，而是根據(jù) “接觸深度” hc(nm) 計(jì)算得到的。具體關(guān)系式需通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定，根據(jù)壓頭形狀的不同，一般采用多項(xiàng)式擬合的方法，比如針對(duì)三角錐形壓頭，其擬合結(jié)果為：A = 24.5 + 793hc + 4238+ 332+ 0.059+0.069+ 8.68+ 35.4+ 36. 9式中 “接觸深度”hc由下式計(jì)算得出：hc = h - ε P max/S，式中，ε是與壓頭形狀有關(guān)的常數(shù)，對(duì)于球形或三角錐形壓頭可以取ε = 0.75。而S的值可以通過(guò)對(duì)載荷-位移曲線的卸載部分進(jìn)行擬合，再對(duì)擬合函數(shù)求導(dǎo)得出，即，式中Q 為擬合函數(shù)。這樣通過(guò)試驗(yàn)得到載荷-位移曲線，測(cè)量和計(jì)算試驗(yàn)過(guò)程中的載荷 P、壓痕深度h和卸載曲線初期的斜率S，就可以得到樣品的硬度值。該技術(shù)通過(guò)記錄連續(xù)的載荷-位移、加卸載曲線，可以獲得材料的硬度、彈性模量、屈服應(yīng)力等指標(biāo)，它克服了傳統(tǒng)壓痕測(cè)量只適用于較大尺寸試樣以及只能獲得材料的塑性性質(zhì)等缺陷，同時(shí)也提高了硬度的檢測(cè)精度，使得邊加載邊測(cè)量成為可能，為檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化和數(shù)字化創(chuàng)造了條件。紡織納米力學(xué)測(cè)試服務(wù)