Sclerometry,納米壓痕的納米級的測試和Nanoscratching

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納米壓痕

Sclerometry

Nanoscratching

Sclerometry,動態的非破壞性測試

NTEGRA基於Sclerometry

為什麼是很重要的合併與SPM的納米壓痕?

NTEGRA平台

NTEGRA + Hysitron TriboScope

原子力聲學顯微鏡(AFAM)

原子力譜

納米壓痕

在樣品表面的壓痕是流離失所的壓力探針的尖端應用。 應用“力-位移”依賴的分析提供了一個樣品的硬度在一個給定的點(圖1 )數據。 分析曲線以及地形圖像,通過掃描縮進的樣品(圖2) 。

圖1。 裝卸曲線。 P - H -位移,載荷,S -接觸剛度。

圖2。 藍寶石表面與縮進。掃描尺寸:5 × 5微米

Sclerometry

不同於常見的矽原子力顯微鏡探針懸臂, 探頭 NTEGRA基於壓電陶瓷控制台Sclerometry具有更大的硬度(104-105牛頓/米)這使得武力的程度,適用於樣本比普通原子力顯微鏡系統要大得多

Nanoscratching

Nanoscratching是一種技術基礎上,在樣品表面的划痕,並測量其參數:深入,尤其是寬度。

這給出了一個定量評估材料的硬度(圖3,4)的機會在某些情況 ​​下所取得的成果可以提供超過壓痕獲得的信息,因為一個從無到有的寬度,彈性恢復的結果,修改小於其深度。

圖3 三種不同深度,在石英劃傷。圖像尺寸4 × 4微米。

圖4 的曲線顯示了石英的划痕的深度和寬度。

Sclerometry,動態的非破壞性測試

探頭連接到僵硬,但靈活的懸臂,從而被迫探頭振盪幅度和頻率,可用於地形成像和測試材料的彈性性質(圖5) 。特別是,這種方法提供了在每個點掃描樣品的楊氏模量的量化值

由於高共振頻率的壓電陶瓷探頭,它是可能的地圖比硬度和彈性性能,具有較高的負載(如使用標準的壓痕技術快得多NTEGRA + Hysitron TriboScope )。 另一方面,不像傳統的矽探針SPMS,一個NTEGRA基於Sclerometry允許測試非常硬的材料和薄膜(圖6) 。

圖5。 頻率的改變是一個探頭位置的功能記錄一個曲線ΔF的斜率的特點楊氏模量的樣本

圖6 複合材料(金屬+ fullerite C60的)的圖像平均粒徑〜0.4-0.8微米。圖像尺寸:3.5 × 3.5微米)的表面地形,B)的楊氏模量地圖。

NTEGRA基於Sclerometry

設計中使用的探頭NTEGRA基於Sclerometry允許使用各種預製提示:鑽石Berkovich提示,半導體金剛石提示等

基板薄膜附著力的調查可以認為納米摩擦學應用的一個例子。 納米摩擦學涉及的輔助力量的劃傷的電影和電影支隊或磨損(圖7)確定負載

圖7。 一絲了一個從無到有的45 °為導向,以碳納米管薄膜,垂直碳納米管斜坡圖像尺寸:5.9 × 5.9微米

NTEGRA基於Sclerometry使我們能夠與各類型的電影工作在範圍寬(從幾納米到幾微米)的厚度和硬度。

為什麼是很重要的合併與SPM的納米壓痕?

因為它有可能使一個SPM的圖像使用相同的探頭,它是必不可少的:

1。       查找縮進,輕載,這是非常小,很難看到與常規光學。

2。       精確的定量測量壓痕和劃傷參數和縮進發現缺陷(樁UPS等)。

3。       確保所需的對象來衡量的情況下,它具有體積小,是不是在光學技術,如納米粒子,對電影nanoscratches,等看到

掃描修改後的樣品具有相同的提示是精確的,因為縮進總是比針尖由於彈性恢復寬

NTEGRA平台

NTEGRA平台已專門設計整合不同的技術,以最終實現新的和獨特的材料測試方法例如,共焦顯微拉曼光譜可用於可視化的壓力後,壓痕和nanoscratching(圖8) 。表面改性和考試既可以在同一台儀器。

圖8。 縮進和砷化鎵(一),拉曼光譜移(B,C)的映射獲得的壓力圖像的表面劃傷。 圖像尺寸:A)。 80 × 100微米; B)。 25 × 25微米; C)。 6 × 6微米。

NTEGRA + Hysitron TriboScope

Hysitron TriboScope壓痕系統可以配備任何NTEGRA系統。它提供了高負荷(1N),可與各種商業探頭以及安裝NTEGRA - Sclerometry。以及可以進行非破壞性的動態測試和楊氏模量映射sclerometry所有模式-壓痕,nanoscratching和納米摩擦學-可應用於與NTEGRA + Hysitron TriboScope集成測試。

原子力聲學顯微鏡(AFAM)

AFAM背後的主要想法是AFM探針振盪的註冊,當懸臂尖端振盪的聲波成像sample.Simultaneously形式的地形,因為它是由接觸式AFM技術做接觸。 測繪的楊氏模量,不會造成樣本銷毀(既不是縮進,也不划痕表面上左)。

AFAM提供剛柔樣本成像鮮明的對比,而原子力顯微鏡技術(如相位成像和力量調製)僅適用於相對較軟的材料(圖9,11)的支持對比度

圖9 不同彈性低和高密度聚乙烯的條紋掃描尺寸:47x47微米。

在某些情況 ​​下可以可視化的樣品體積內內在非,對共性。它是可能的,因為整個標本是“震撼”聲的頻率和整個卷是在探頭的振盪(圖10)代涉及

圖10。 硬盤的表面。 AFAM地形(A)及(B)在中間的AFAM圖像的亮線,標誌著一種內在的裂紋,這是不可見地形圖像。 圖像尺寸:0.8x0.8微米。

圖11。 拋光的壓電陶瓷樣品可以看出,AFAM獲得最佳的對比度。掃描尺寸:4X4微米。

原子力譜

推進由常規的原子力顯微鏡探針表面時,一個可以預期的線性關係彎曲的懸臂施加的力。這可能的情況下,如果樣品是絕對的,它是不是由探頭流離失所實際上,軟樣品的力-距離曲線是非線性的。它的參數可以被用來計算表面上是流離失所,當一個特定的力施加何種程度。反過來,這是楊氏模量(圖12)的定量估計的路徑。

這種方法是成功的軟,很軟樣本,因為傳統的原子力顯微鏡的懸臂彈簧常數相對較小(通常不 超過10 2 個N / M )。 懸臂,對於研究的活細胞和自然細胞器(圖13)等微妙對象,必須盡可能為軟,以防止大量的樣品變形。 在這種情況下,彈簧常數的典型值是10 -2 -10 -1 /米。

圖12。 力曲線,為材料的彈性性能的定量估計使用參數F -負荷; D -懸臂位移; K -懸臂彈簧常數;δ -壓痕;ΔZ -樣品位移。

圖13。 楊氏模量,作為一個活細胞的表面,並在培養皿底部的估計。 細胞表面的一個點幾乎是另一個硬盤的兩倍,而在培養皿6個數量級更難。 掃描尺寸:25X25微米

技術比較 見表1。

硬度 範圍

破壞

樣本的硬度

最大負荷

NTEGRA基於scleronmetry

0.1-100 GPA

破壞性和非破壞性

很難很難

200百萬

NTEGRA + Hysitron Triboscope

0.1-100 GPA

破壞性和非破壞性

很難很難

1個N

AFAM股權

10kPa - 10GPa

無損

剛柔

-

原子力顯微鏡

1千帕- 1 GPA

Desctructive及非破壞性

柔軟,非常柔軟

2分鐘

資料來源:NT - MDT

對於這個源的更多信息, 請訪問NT - MDT的

Date Added: Jan 21, 2008

Last Update: 4. October 2011 06:20

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