2005 年,中國科學院上海硅酸鹽研究所的曾華榮研究員在國內率先單獨開發出定頻成像模式的AFAM,但不能測量模量。隨后,同濟大學、北京工業大學等單位也對這種成像模式進行了研究。2011 年初,我們研究組將雙頻共振追蹤技術用于AFAM,實現了快速的納米模量成像(一幅256×256 像素的圖像只需1~2min),并對其準確度和靈敏度進行了系統研究。較近幾年,AFAM 引起了越來越多國內外學者的關注。然而,相對于其他AFM 模式,AFAM 的測量原理涉及梁振動力學和接觸力學,初學者不容易掌握。納米力學測試可以解決納米材料在制備和應用過程中的力學問題,提高納米材料的性能和穩定性。廣西國產納米力學測試供應商
納米力學從研究的手段上可分為納觀計算力學和納米實驗力學。納米計算力學包括量子力學計算方法、分子動力學計算和跨層次計算等不同類型的數值模擬方法。納米實驗力學則有兩層含義:一是以納米層次的分辨率來測量力學場,即所謂的材料納觀實驗力學;二是對特征尺度為1-100nm之間的微細結構進行的實驗力學研究,即所謂的納米材料實驗力學。納米實驗力學研究有兩種途徑:一是對常規的硬度測試技術、云紋法等宏觀力學測試技術進行改造,使它們能適應納米力學測量的需要;另一類是創造如原子力顯微鏡、摩擦力顯微鏡等新的納米力學測量技術建立新原理、新方法。廣西國產納米力學測試供應商納米力學測試可以用于評估納米材料的熱力學性能,為納米材料的應用提供參考依據。
納米壓痕技術,納米壓痕技術是一種直接測量材料硬度和彈性模量的方法。該方法通過在納米尺度下施加一個小的壓痕負荷,通過測量壓痕的深度和形狀來推算材料的力學性質。納米壓痕技術一般使用壓痕儀進行測試。在進行納米壓痕測試時,樣品通常需要進行前處理,例如制備平整的表面或進行退火處理。測試過程中,將頂端負載在材料表面上,并控制負載的大小和施加時間。然后,通過測量壓痕的深度和直徑來計算材料的硬度和彈性模量。納米壓痕技術普遍應用于納米硬度測試、薄膜力學性質研究等領域。
AFAM 方法提出之后,不少研究者對方法的準確度和靈敏度方面進行了研究。Hurley 等分析了空氣濕度對AFAM 定量化測量結果的影響。Rabe 等分析了探針基片對AFAM 定量化測量的影響。Hurley 等詳細對比了AFAM 單點測試與納米壓痕以及聲表面波譜方法的測試原理、空間分辨率、適用性及測試優缺點等。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性能,可以在一定程度上提高測試的準確度。他們還提出了一種基于多峰接觸的接觸力學模型,在一定程度上可以提高測試的準確度。Turner 等通過嚴格的理論推導研究了探針不同階彎曲振動和扭轉振動模態的靈敏度問題。Muraoka提出一種在探針微懸臂末端附加集中質量的方法,以提高測試靈敏度。Rupp 等對AFAM測試過程中針尖樣品之間的非線性相互作用進行了研究。納米力學測試可應用于納米材料、生物材料、涂層等領域的研究和開發。
研究液相環境下的流體載荷對探針振動產生的影響可以將AFAM 定量化測試應用范圍擴展至液相環境。液相環境下增加的流體質量載荷和流體阻尼使探針振動的共振頻率和品質因子都較大程度上減小。Parlak 等采用簡單的解析模型考慮流體質量載荷和流體阻尼效應,可以在液相環境下從探針的接觸共振頻率導出針尖樣品的接觸剛度值。Tung 等通過嚴格的理論推導,提出通過重構流體動力學函數的方法,將流體慣性載荷效應進行分離。此方法不需要預先知道探針的幾何尺寸及材料特性,也不需要了解周圍流體的力學性能。納米力學測試可以幫助研究人員了解納米材料的力學響應機制,從而推動納米科學的發展。廣西國產納米力學測試供應商
納米力學測試在納米器件的設計和制造中具有重要作用。廣西國產納米力學測試供應商
德國:T.Gddenhenrich等研制了電容式位移控制微懸臂原子力顯微鏡。在PTB進行了一系列稱為1nm級尺寸精度的計劃項目,這些研究包括:①.提高直線和角度位移的計量;②.研究高分辨率檢測與表面和微結構之間的物理相互作用,從而給出微形貌、形狀和尺寸的測量。已完成亞納米級的一維位移和微形貌的測量。中國計量科學研究院研制了用于研究多種微位移測量方法標準的高精度微位移差拍激光干涉儀。中國計量科學研究院、清華大學等研制了用于大范圍納米測量的差拍法―珀干涉儀,其分辨率為0.3nm,測量范圍±1.1μm,總不確定度優于3.5nm。中國計量學院朱若谷提出了一種能補償環境影響、插入光纖傳光介質的補償式光纖雙法布里―珀羅微位移測量系統,適合于納米級微位移測量,可用于檢定其它高精度位移傳感器、幾何量計量等。廣西國產納米力學測試供應商