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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)系式需通過試驗(yàn)來確定,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),對于球形或三角錐形壓頭可以取ε = 0.75。而S的值可以通過對載荷-位移曲線的卸載部分進(jìn)行擬合,再對擬合函數(shù)求導(dǎo)得出,即,式中Q 為擬合函數(shù)。這樣通過試驗(yàn)得到載荷-位移曲線,測量和計(jì)算試驗(yàn)過程中的載荷 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精度,使得邊加載邊測量成為可能,為檢測過程的自動化和數(shù)字化創(chuàng)造了條件。納米力學(xué)測試可以解決納米材料在微納尺度下的力學(xué)問題,為納米器件的設(shè)計(jì)和制造提供支持。湖南科研院納米力學(xué)測試廠家直銷
納米測量技術(shù)是利用改制的掃描隧道顯微鏡進(jìn)行微形貌測量,這個(gè)技術(shù)已成功的應(yīng)用于石墨表面和生物樣本的納米級測量。國外于1982年發(fā)明并使其發(fā)明者Binnig和Rohrer(美國)榮獲1986年物理學(xué)諾貝爾獎的掃描隧道顯微鏡(STM)。1986年,Binnig等人利用掃描隧道顯微鏡測量近10-18N的表面力,將掃描隧道顯微鏡與探針式輪廓儀相結(jié)合,發(fā)明了原子力顯微鏡,在空氣中測量,達(dá)到橫向精度3n m和垂直方向0.1n m的分辨率。California大學(xué)S.Alexander等人利用光杠桿實(shí)現(xiàn)的原子力顯微鏡初次獲得了原子級分辨率的表面圖像。廣西紡織納米力學(xué)測試廠商納米力學(xué)測試在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,助力研究細(xì)胞力學(xué)行為,揭示疾病發(fā)生機(jī)制。
應(yīng)用舉例:納米纖維拉伸測試,納米力學(xué)測試單軸拉伸測試是納米纖維定量力學(xué)分析較常見的方法。用Pt-EBID將納米纖維兩端分別固定在FT-S微力傳感探針和樣品架上,拉伸直至斷裂。從應(yīng)力-應(yīng)變曲線計(jì)算得到混合納米纖維的平均屈服/極限拉伸強(qiáng)度為375MPa/706Mpa,金納米纖維的平均屈服/極限拉伸強(qiáng)度為451MPa/741Mpa。對單根納米纖維進(jìn)行各種機(jī)械性能的定量測試需要通用性極高的儀器。這類設(shè)備必須能進(jìn)行納米機(jī)器人制樣和力學(xué)測試。并且由于納米纖維軸向形變(延長)小,高位移分辨率和優(yōu)異的位置穩(wěn)定性(位置漂移?。τ诰_一定測量是至關(guān)重要的。
用戶可設(shè)計(jì)自定義的測試程序和測試模式:①FT-NTP納米力學(xué)測試平臺,是一個(gè)5軸納米機(jī)器人系統(tǒng),能夠在絕大部分全尺寸的SEM中對微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的納米力學(xué)測試。②FT-nMSC模塊化系統(tǒng)控制器,其連接納米力學(xué)測試平臺,同步采集力和位移數(shù)據(jù)。其較大特點(diǎn)是該控制器提供硬。件級別的傳感器保護(hù)模式,防止微力傳感探針和微鑷子的力學(xué)過載。③FT-nHCM手動控制模塊,其配置的兩個(gè)操控桿方便手動控制納米力學(xué)測試平臺。④帶接線口的SEM法蘭,實(shí)現(xiàn)模塊化系統(tǒng)控制器和納米力學(xué)測試平臺的通訊。納米力學(xué)測試可以幫助研究人員了解納米材料的力學(xué)響應(yīng)機(jī)制,從而推動納米科學(xué)的發(fā)展。
較大壓痕深度1.5 μ m時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果,其中納米硬度平均值為0.46GPa,而用傳統(tǒng)硬度計(jì)算方法得到的硬度平均值為0.580GPa,這說明傳統(tǒng)硬度計(jì)算方法在微納米硬度測量時(shí)誤差較大,其原因就是在微納米硬度測量時(shí),材料變形的彈性恢復(fù)造成殘余壓痕面積較小,傳統(tǒng)方法使得計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生了偏差,不能正確反映材料的硬度值。圖片通過對不同載荷下的納米硬度測量值進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),單晶鋁的納米硬度值并不是恒定的, 而是在一定范圍內(nèi)隨著載荷(壓頭位移)的降低而逐漸增大,也就是存在壓痕尺寸效應(yīng)現(xiàn)象。圖3反映了納米硬度隨壓痕深度的變化。較大壓痕深度1μm時(shí)單晶鋁彈性模量與壓痕深度的關(guān)系。此外,納米硬度儀還可以輸出接觸剛、實(shí)時(shí)載荷等隨壓頭位移的變化曲線,試驗(yàn)者可以從中獲得豐富的信息。納米力學(xué)測試可以揭示納米材料在受力過程中的微觀結(jié)構(gòu)變化和能量耗散機(jī)制。廣西紡織納米力學(xué)測試廠商
納米力學(xué)測試對于理解納米材料在極端條件下的力學(xué)行為具有重要意義,如高溫、高壓等。湖南科研院納米力學(xué)測試廠家直銷
將近場聲學(xué)和掃描探針顯微術(shù)相結(jié)合的掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)是近些年來發(fā)展的納米力學(xué)測試方法。掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)有多種應(yīng)用模式,如超聲力顯微術(shù)(ultrasonic force microscopy,UFM)、原子力聲學(xué)顯微術(shù)(atomic force acoustic microscopy,AFAM)、超聲原子力顯微術(shù)(ultrasonic atomic force microscopy,UAFM),掃描聲學(xué)力顯微術(shù)(scanning acoustic force microscopy,SAFM)等。在以上幾種應(yīng)用模式中,以基于接觸共振檢測的AFAM 和UAFM 這兩種方法應(yīng)用較為普遍,有時(shí)也將它們統(tǒng)稱為接觸共振力顯微術(shù)(contact resonance force microscopy,CRFM)。湖南科研院納米力學(xué)測試廠家直銷
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