Nanoindentation Under nanoindentation overfladen af en prøve er fordrevet som trykket er anvendt ved spidsen af en sonde. Analyse af de anvendte "Force-Displacement" afhængighed giver oplysninger om hårdheden af en prøve på et givent punkt (fig. 1). Man kan analysere kurver samt topografi af billederne, ved at scanne den indrykkede prøve (fig.2).  Figur 1. Loading-aflæsning kurver. h - fortrængning, P - belastning, S - kontakt stivhed.  Figur 2. Sapphire overfladen med led. Scan størrelse: 5 x 5 m Sclerometry I modsætning til cantilever af fælles silicium AFM sonder, den piezoceramic konsol af sonden for NTEGRA har-baserede Sclerometry en større hårdhed (fra 104 til 105 N / m). Dette gør graden af magt, anvendt på en prøve meget større end i normale AFM systemer. Nanoscratching Nanoscratching er en teknik baseret på, at ridser på prøveoverfladen og måle deres parametre: dybde og især bredde. Dette giver en mulighed for at vurdere materialets hårdhed kvantitativt (fig. 3, 4). I nogle tilfælde kan de opnåede resultater kan give flere oplysninger end dem, der opnås ved nanoindentation, fordi bredden af en ridse, som resultat af den elastiske nyttiggørelse, ændrer mindre end dens dybde.  Figur 3. Tre ridser i forskellige dybder, lavet i smeltet kvarts. Billed størrelse 4 x 4 μm.  Figur 4. Kurven viser dybden og bredden af ridser i smeltet kvarts. Sclerometry, Dynamic Ikke-destruktiv afprøvning En sonde er knyttet til stiv men fleksibel cantilever, og dermed amplitude og hyppigheden af tvungne svingninger af sonden kan bruges til topografi billeddannelse og afprøvning elastiske egenskaber af materialer (fig. 5). I særdeleshed, giver denne metode en kvantitativ værdi af Youngs modul på hvert punkt af de scannede prøve. På grund af den høje resonansfrekvens piezoceramic sonden, er det muligt at kortlægge hårdhed og elasticitet egenskaber meget hurtigere end at bruge standard indrykning teknikker med en høj belastning (f.eks NTEGRA + Hysitron TriboScope). På den anden side, i modsætning SPMs med konventionelle silicium sonder en NTEGRA gør-baseret Sclerometry test meget hårde materialer og film (fig. 6).  Figur 5. Frekvens ændring registreres som en funktion af sonden stilling. Hældning på en kurve Δf kendetegner Youngs modul på en prøve.  Figur 6. Billedet af sammensatte (metal + fullerite C60). Gennemsnitlig kornstørrelse ~ 0,4-0,8 μm. Billed størrelse: 3,5 x 3,5 μm: a) topografi af overflade; b) Youngs modul kort. NTEGRA Baseret Sclerometry Udformningen af den sonde, der anvendes i NTEGRA -baseret Sclerometry tillader brugen af en række af præfabrikerede tips: diamant Berkovich tips, halvleder diamant tips, osv. Undersøgelsen af tyndfilm vedhæftning til underlaget kan betragtes som et eksempel på nanotribology applikationer. Nanotribology indebærer kradse af film med en forstørrende kraft og bestemmelse af belastningen af film udstationering eller slitage ud (fig. 7).  Figur 7. Folie af 45 °-orienteret nanorør med en antydning af en ridse, gjorde vinkelret på nanorør hældning. Billed størrelse: 5,9 x 5,9 μm NTEGRA -baserede Sclerometry gør det muligt at arbejde med forskellige typer af film inden for en bred vifte af tykkelser (fra flere nanometer op til flere mikron), og hårdheder. Hvorfor er det vigtigt at Flet SPM Med Nanoindentation? Fordi det er muligt at foretage en SPM-billede med den samme sonde, der er afgørende for: 1. Finde led, lavet med let belastning, som er meget små og svære at se med sædvanlig optik. 2. Nøjagtig kvantitativ måling af indrykning og ridser parametre og finde defekter i led (bunke-ups, osv.). 3. At sikre, at de nødvendige objekt måles hvis ikke det er lille størrelse og er ikke set i optik, fx nanopartikler, nanoscratches på film, etc. Scanning af en modificeret prøve med det samme spidsen er præcis, da en indrykning er altid større end spidsen grund af en elastisk opsving NTEGRA Platform NTEGRA platformen er specielt designet til at integrere forskellige teknikker for at give sidste ende nye og unikke metoder til materialeprøvning. For eksempel kan konfokal Raman mikroskopi anvendes til at visualisere stress efter nanoindentation og nanoscratching (Fig.8). Overfladebehandling og eksamen kan både udføres af samme instrument.  Figur 8. Indrykning og ridser på overfladen af GaAs (a), og billeder af stress opnået ved kortlægning af Raman spektre skift (b, c). Billede størrelser: a). 80 x 100 mM b). 25 x 25 μm c). 6 x 6 μm. NTEGRA + Hysitron TriboScope Enhver NTEGRA -baseret system kan udstyres med Hysitron TriboScope nanoindentation system. Det giver høj belastning (op til 1 N) og kan monteres med forskellige kommercielle sonder samt NTEGRA -baserede Sclerometry. Ikke-destruktiv dynamisk test og Youngs modul kortlægning kan udføres så godt. Alle former for sclerometry - nanoindentation, nanoscratching og nanotribology - kan anvendes i test med NTEGRA + Hysitron TriboScope integration. Atomic Force Acoustic Mikroskopi (AFAM) Hovedidéen bag AFAM er registreringen af AFM probe svingninger, når en cantilever tip er i kontakt med en oscillerende sample.Simultaneously med akustisk billeddannelse det danner topografi, som det sker ved kontakt AFM teknikker. Kortlægning af Youngs modul forårsager ikke prøve ødelæggelse (hverken fordybninger eller ridser er tilbage på overfladen). AFAM leverer skarp kontrast imaging til hårde og bløde prøver, mens AFM teknikker (f.eks fase billedbehandling og kraft graduering) støtte kontrast kun for relativt bløde materialer (fig.9, 11).  Figur 9. Striber af lav-og high density polyethylen med forskellig elasticitet. Scan størrelse: 47x47 μm. I nogle tilfælde inderste ikke-homogeneities kan visualiseres i prøvevolumen. Det er muligt, fordi hele prøven er "rystede" med akustiske frekvenser, og den samlede volumen er involveret i produktion af sonden svingninger (Fig.10).  Figur 10. HDD overflade. Topografi (A) & AFAM (B) En klar linje i midten af AFAM billedet markerer en indre revner, som ikke ses på topografi billedet. Billedstørrelse: 0.8x0.8 μm.  Figur 11. Poleret PZT prøve. Det ses, at den bedste kontrast er opnået med AFAM. Scan størrelse: 4x4 μm. Atomic Force Spektroskopi Når du skubber en overflade af konventionelle AFM probe, kan man forvente en lineær afhængighed af cantilever bukning og den påførte kraft. Dette kunne være tilfældet, hvis prøven var absolut hårdt, og det var ikke fordrevet af sonden. Praktisk, på bløde prøver den kraft-afstand kurve er non-lineær. Dens parametre kan bruges til at beregne i hvilken grad overfladen er fordrevet, når en bestemt påføres. Til gengæld er det vejen til kvantitative vurderinger af Youngs modulus (Fig.12). Denne tilgang er vellykket på bløde og meget bløde prøver, fordi fjederkonstanten af konventionelle AFM køreledningsophæng er relativt lille (normalt ikke mere end 10 2 N / m). For at studere disse subtile ting som levende celler og naturlig celle organeller (Fig.13), skal cantilever være så blødt som muligt for at forhindre betydelige prøve deformation. Typiske værdier af fjederkonstanten i dette tilfælde er 10 -2 -10 -1 N / m.  Figur 12. Kraft kurve parametre, der bruges til kvantitativ vurdering af elastiske egenskaber af materiale. F - load d - cantilever fortrængning k - cantilever fjederkonstanten, δ - indrykning; ΔZ - prøve forskydning.  Figur 13. Youngs modul som anslået på en levende celle overflade og på en petriskål bund. Et punkt på celleoverfladen er næsten dobbelt så hårdt som en anden, mens petriskålen er seks størrelsesordener hårdere. Scan størrelse: 25x25 μm Tabel 1. Sammenligning af teknikker | NTEGRA baseret scleronmetry | 0,1-100 GPa | Destruktiv og ikke-destruktiv | Hårdt og meget hårdt | 200 mN | NTEGRA + Hysitron Triboscope | 0,1-100 GPa | Destruktiv og ikke-destruktiv | Hårdt og meget hårdt | 1 N | AFAM Option | 10 kPa - 10GPa | Ikke-destruktiv | Hårdt og blødt | - | AFM | 1 kPa - 1 GPa | Desctructive & non-destruktiv | Blød og meget blød | 2 mN |
|