Pagsubok sa Nanometer Antas sa pamamagitan ng Sclerometry, Nanoindentation at Nanoscratching

:: AZoNanotechnology Artikulo

Paksa sakop

Nanoindentation

Sclerometry

Nanoscratching

Sclerometry, Dynamic Non-mapanirang Pagsubok

NTEGRA Batay Sclerometry

Bakit ito Mahalaga sa Pagsamahin ang SPM Sa Nanoindentation ?

NTEGRA Platform

NTEGRA + Hysitron TriboScope

Atomic Force ng tunog mikroskopya (AFAM)

Atomic Force Spectroscopy

Nanoindentation

Habang nanoindentation sa ibabaw ng isang sample ay displaced ng presyon ay inilapat sa pamamagitan ng dulo ng isang probe. Pagsusuri ng ang inilapat "Force-pag-aalis" na pagpapakandili ay nagbibigay ng data sa katigasan ng isang sample sa isang naibigay na point (fig.1). Isa-aralan ang mga curves pati na rin ang topographiya ng mga imahe, sa pamamagitan ng pag-scan ang may mga yupi na sample (fig.2).

Figure 1. Naglo-load-alwas ng mga curves. h - pag-aalis, P - load, S-contact higpit.

Figure 2. Sapiro ibabaw sa indents. I-scan ang laki: 5 x 5 μm

Sclerometry

Hindi tulad ng konsol ng mga karaniwang silikon AFM probes, ang piezoceramic console ng probe para sa NTEGRA-based na Sclerometry ay may isang mas mataas na tigas (104- 105 N / m). Ginagawa ang antas ng lakas, na inilapat sa sample mas mas malaki kaysa sa karaniwang mga sistema ng AFM.

Nanoscratching

Nanoscratching ay isang pamamaraan na batay sa paggawa ng mga gasgas sa ibabaw ng sample at pagsukat ng kanilang mga parameter: malalim at lalo na lapad.

Ito ay nagbibigay ng isang pagkakataon upang suriin ang tigas ng mga materyales sa quantitatively (fig.3, 4) . Sa ilang mga kaso ang mga resulta na nakuha ay maaaring magbigay ng karagdagang impormasyon kaysa sa nakuha sa pamamagitan ng nanoindentation, dahil ang lapad ng isang simula, bilang resulta ng nababanat pagbawi, modifies mas mababa kaysa nito malalim.

Figure 3. Tatlong mga gasgas ng ibang kailaliman, na ginawa sa fused kuwarts. Ang sukat ng imahe 4 x 4 μm.

Figure 4. Curve ay nagpapakita ng malalim & lapad ng gasgas sa fused kuwarts.

Sclerometry, Dynamic Non-mapanirang Pagsubok

Probe ay naka-attach sa matigas ngunit nababaluktot na konsol, kaya ang malawak at dalas ng mga sapilitang oscillations ng probe ang ay maaaring gamitin para sa topographiya imaging at pagsubok ng nababanat na mga katangian ng mga materyales (fig. 5). Sa partikular, ang paraan na ito ay nagbibigay ng isang dami halaga ng Young ang modulus sa bawat punto ng scan sample.

Dahil sa ang mataas na dalas ng lagong ng piezoceramic probe, posibleng sa mapa ang mga katangian ng hirap at pagkalastiko mas mabilis kaysa sa paggamit ng mga karaniwang pamamaraan yupi na may isang mataas na-load ( eg NTEGRA + Hysitron TriboScope). Sa kabilang banda, hindi katulad sa mga SPMs sa maginoo probes silikon , isang NTEGRA-based na Sclerometry ay nagbibigay-daan sa pagsubok sa napakahirap na materyales at pelikula (fig. 6).

Figure 5. Dalas ng pagbabago ay naitala bilang isang function ng ang posisyon ng probe. Libis ng isang curve Δf characterizes Young ang modulus ng isang sample.

Figure 6. Ang imahe ng composite (metal + fullerite C60). Average na butil laki ~ 0.4-0.8 μm . Ang sukat ng imahe: 3.5 x 3.5 μm: a) topographiya ng ibabaw; b) Young ang modulus mapa.

NTEGRA Batay Sclerometry

Ang disenyo ng probe na ginamit sa NTEGRA-batay Sclerometry ay nagbibigay-daan sa ang paggamit ng isang iba't ibang mga gawa na tip: brilyante Berkovich tip, semiconductor brilyante tip, atbp.

Ang pagsisiyasat ng manipis na pagdirikit ng pelikula sa substrate ay maaaring isaalang-alang ng isang halimbawa ng mga nanotribology application. Nanotribology nagsasangkot ng scratching ng pelikula sa isang nagpapalaki lakas at pagtukoy ng load ng film paglayo o magsuot-out (fig.7).

Figure 7. Film ng 45 °-oriented nanotubes sa isang bakas ng isang simula, ginawa patayo sa libis nanotubes. Ang sukat ng imahe: 5.9 x 5.9 μm

NTEGRA -batay Sclerometry ginagawang posible upang gumana sa iba't-ibang uri ng mga pelikula sa loob ng isang malawak na hanay ng thicknesses (mula sa ilang nanometers sa ilang microns) at hardnesses.

Bakit ito Mahalaga sa Pagsamahin ang SPM Sa Nanoindentation ?

Dahil ito ay posible na gumawa ng isang SPM-imahe gamit ang parehong probe, na kung saan ay napakahalaga para sa :

1.       Paghahanap ng mga indents, na ginawa sa liwanag naglo-load, na kung saan ay masyadong maliit at mahirap makita sa mga karaniwang optika.

2.       Tumpak na pagsukat ng dami ng kupi at mga parameter sa simula at paghahanap ng depekto ng indents (pile-ups, atbp ).

3.       Siguraduhin na ang mga kinakailangang bagay ay sinusukat sa kasong ito ay may maliit na sukat at ay hindi makikita sa optika, halimbawa nanoparticles, nanoscratches sa mga pelikula, atbp.

Scan isang binagong sample na may parehong tip ay tiyak na dahil isang indent ay palaging mas malawak kaysa sa tip dahil sa nababanat pagbawi

NTEGRA Platform

NTEGRA platform ay espesyal na dinisenyo upang isama ang iba't ibang mga pamamaraan upang magbigay ng mga ganap na bagong at natatanging paraan ng materyal pagsubok. Halimbawa, ang confocal Raman mikroskopya maaaring magamit upang maisalarawan ang stress pagkatapos nanoindentation at nanoscratching (fig.8) . Ibabaw ng pagbabago at pagsusuri ay maaaring parehong sa pamamagitan ng ang parehong instrumento.

Figure 8. Indents at gasgas sa ibabaw ng GaAs (a) at mga imahe ng stress na nakuha sa pamamagitan ng pagmamapa ng Raman spectra shift (b, c) . Laki ng Imahe: a) . 80 x 100 μm; b). 25 x 25 μm; c). 6 x 6 μm.

NTEGRA + Hysitron TriboScope

Anumang NTEGRA -based na sistema ay maaaring maging equipped sa Hysitron TriboScope nanoindentation sistema . Ito ay nagbibigay ng mataas na naglo-load (hanggang sa 1N) at maaaring inimuntar sa iba't-ibang mga komersyal na mga probes pati na rin NTEGRA- batay Sclerometry. Non-mapanirang dynamic na pagsubok at modulus mapping Young maisagawa ang pati na rin . Lahat ng mga mode ng sclerometry - nanoindentation, nanoscratching at nanotribology - maaaring ilapat sa mga pagsubok sa NTEGRA + Hysitron TriboScope integration .

Atomic Force ng tunog mikroskopya (AFAM)

Ang pangunahing ideya sa likod ng AFAM ay ang registration ng AFM probe oscillations, kapag ang isang tip sa konsol ay sa makipag-ugnay sa isang oscillating sample.Simultaneously ng tunog imaging form topographiya bilang ito ay tapos na sa pamamagitan ng makipag-ugnay sa AFM pamamaraan . Mapping ng ang Young modulus ay hindi maging sanhi ng pagkawasak ng sample (ni indentations ni gasgas ay pakaliwa sa ibabaw).

AFAM ay nagbibigay ng matalim kaibahan ng imaging para sa mga mahirap at malambot na mga halimbawa, habang AFM pamamaraan (eg phase imaging at lakas modulasyon) support kaibahan lamang para sa mga relatibong malambot materyales (fig.9, 11).

Figure 9. Guhitan ng mababa at mataas na density polyethylene sa ibang pagkalastiko . I-scan ang laki: 47x47 μm .

Sa ilang mga kaso panloob na non-homogeneities maaaring visualized sa loob ng dami ng sample . Ito ay posible dahil ang buong ispesimen "shook" sa ng tunog frequency at ang buong volume ay kasangkot sa henerasyon ng mga oscillations ng probe (fig.10 ).

Figure 10. HDD ibabaw. Topographiya (A) & AFAM (B) Ang isang maliwanag na linya sa gitna ng imahe ng AFAM nagmamarka ng isang panloob na mamutok, na kung saan ay hindi nakita sa imahe ng topographiya. Ang sukat ng imahe: 0.8x0.8 μm.

Figure 11. Makintab PZT sample. Ito ay nakikita na ang pinakamahusay na kaibahan ay nakuha na may AFAM. I-scan ang laki: 4x4 μm .

Atomic Force Spectroscopy

Kapag patulak ng isang ibabaw sa pamamagitan ng maginoo AFM probe, maaari asahan ang isang linear na pagpapakandili ng konsol na baluktot at ang inilapat na lakas. Ito ay maaaring ang kaso, kung ang ang sample ay ganap na mahirap at hindi ito ay displaced sa pamamagitan ng ang probe . Totoo, sa malambot na halimbawa ang lakas-layo curve ay non-linear . Nito sa mga parameter ay maaaring gamitin upang kalkulahin sa kung ano ang degree ibabaw ay displaced, kapag ang isang partikular na lakas ay inilalapat . Sa turn, ito ay ang landas sa mga dami na mga pagtatantya ng Young ang modulus ( fig.12).

Diskarte na ito ay matagumpay sa malambot at lunot halimbawa, dahil ang spring na pare-pareho ng mga maginoo cantilevers AFM ay relatibong maliit na (karaniwan ay hindi ^higit sa 10 2 N / m). Para sa pag-aaral tulad mapaglalang bagay tulad ng mga cell ng pamumuhay at natural cell organelles (fig.13), konsol ay dapat maging malambot hangga't maaari upang maiwasan ang malaking sample pagpapapangit. Karaniwang mga halaga ng spring na pare-pareho sa kasong ito ^ay 10 ^-2 -10 -1 N / M.

Figure 12. Force curve parameter na ginagamit para sa dami pagpapahalaga ng nababanat na mga katangian ng materyal. F-load; d - pag-aalis ng konsol; k - konsol spring ay pare-pareho; δ - yupi; ΔZ - pag-aalis ng sample.

Figure 13. Young ang modulus bilang tinantyang sa buhay ng isang ibabaw ng cell at sa isang Petri ulam ibaba . Isang point sa ibabaw ng cell ay halos dalawang beses bilang mahirap bilang isa, habang ang Petri ulam ay anim na order ng ​​magnitude mas mahirap . I-scan ang laki: 25x25 μm

Table 1. Paghahambing ng mga pamamaraan

Source: NT-MDT

Para sa karagdagang impormasyon sa pinagmulan, mangyaring bisitahin ang NT -MDT