MFP NanoIndenter - el Primer AFM-Basó NanoIndenter para la Caracterización de Materiales Cuantitativa de la Investigación del Asilo

Temas Revestidos

Antecedentes
Introducción
Diseño Innovador, Robusto
El Diseño Monolítico Elimina Mediciones profundizadas de la Desviación y de los Desvíos
Nanopositioning para la Exactitud y la Precisión
las Ópticas Difracción-Limitadas Proporcionan a la Visión De alta resolución de la Punta y de la Muestra
Verificación Pre-Calibrada Fácil de usar del Ajuste y de la Calibración
Los Ajustes del Empuje y del Giro Mantienen la Calibración
Medición Directa para la Caracterización de la Punta y los Resultados Exactos
Aplicaciones

Antecedentes

El MFP NanoIndenter del Asilo es un penetrador equipado verdadero y es el primer penetrador AFM-basado que no utiliza los voladizos como parte del mecanismo de melladura. Estas características y el uso de los sensores avanzados del AFM proporcionan a ventajas sustanciales en exactitud, la precisión y la sensibilidad sobre otros sistemas nanoindenting.

Introducción

A Diferencia de penetradores voladizos, el MFP NanoIndenter (el Cuadro 1) mueve la perpendicular de melladura de la punta a la superficie. Este movimiento vertical evita el movimiento y los desvíos laterales que son inherentes en sistemas voladizo-basados. Comparado a los nanoindenters equipados disponibles en el comercio convencionales, el MFP NanoIndenter provee de límites de detección más inferiores y de mediciones más de alta resolución de la fuerza y de la profundidad del sangrado de márgenes la precisión superior del AFM que detecta tecnología.

Cuadro 1. Los intregrates de MFP NanoIndenter las capacidades cuantitativas de nanonindenters equipados con la resolución de AFM/SPM de proveer de la caracterización de materiales avanzados exactitud, la precisión y la sensibilidad aumentadas.

El penetrador es integrado totalmente con el AFM, proporcionando a la capacidad única de cuantificar áreas de contacto realizando la metrología del AFM de ambos la punta de melladura y el sangrado de márgenes resultante (Cuadro 2). Estas mediciones directas activan el análisis de propiedades materiales con métodos indirectos en relación con del cálculo de la exactitud sin precedente. El diseño utiliza la actuación pasiva con la flexión monolítica, la desviación que disminuye y la otra medición profundizada de los desvíos.

Cuadro 2. Que Mella en el esmalte dental (dejado de la rajadura), y esmalte (derecha) en una muestra humana del diente. Los sangrados de márgenes en cada fila (se circunda una fila) eran todos creados con la misma fuerza máxima. Los sangrados de márgenes más pequeños en la esmalte demuestran que es más duro que el esmalte dental, la exploración de los 70µm. Muestree la cortesía D. Wagner y S. Cohen, Instituto de Weizmann de la Ciencia.

La exactitud de colocación en el avión de la muestra es subnanometer usando los sensores nanopositioning del bucle cerrado del MFP. La Carga de NanoIndenter utiliza la óptica difracción-limitada avanzada acoplada con la captura de la imagen del CCD para la navegación de la precisión de la punta a los campos de interés en la muestra.

El software integrado proporciona a un complemento completo de las funciones experimentales del mando y del análisis, incluyendo modelos estándar del método de análisis. El conjunto del sistema incluye un conjunto de puntas nanoindenting, tres diversos montajes de la muestra, dos patrones de la calibración para la sensibilidad y salta verificación constante, así como las herramientas y los accesorios necesarios realizar la melladura de experimentos en una gama completa de materiales. Esta herramienta altamente cuantitativa, combinada con capacidades de gama alta del AFM, rompe la nueva base en la caracterización de materiales diversos incluyendo las películas finas, las capas, los polímeros, los biomateriales, y muchos otros. El Módulo de MFP NanoIndenter está disponible en el patrón (tipo constante del muelle. 4,000N/m) y fuerza inferior (tipo constante del muelle. 800N/m) versiones exclusivamente para el Asilo MFP-3D™ AFM.

Diseño Innovador, Robusto

En el corazón del NanoIndenter es nuestra exclusiva carga de bucle cerrado sensored, diseñada con un transductor flexured robusto para las mediciones cuantitativas.

El Diseño Monolítico Elimina Mediciones profundizadas de la Desviación y de los Desvíos

Con nanoindenters convencionales, la actuación eléctrica hace típicamente pequeñas piezas calentar hacia arriba, dando por resultado desvíos de la desviación y, por lo tanto, de medición. El diseño monolítico (el Cuadro 3) del eje flexured y sensored de Z del MFP NanoIndenter elimina estos problemas de la desviación y preve resultados cuantificables.

Cuadro 3. El transductor de NanoIndenter es un diseño para la precisión sin precedente y una exactitud flexured, sensored.

Nanopositioning para la Exactitud y la Precisión

La Dislocación de la flexión de melladura del MFP se realiza con un actuador piezoeléctrico y se mide con nuestro Sistema de poco ruido, sensored patentado de Nanopositioning (NPS™). La fuerza se calcula digital como el producto del muelle constante y de la dislocación medida de la flexión del penetrador. Esta medición es generada convirtiendo la señal óptica (medida en el fotodetector de MFP) en la dislocación de la flexión de melladura vertical. El penetrador proporciona a la resolución sin precedente porque las dos cantidades de interés - profundidad y fuerza - se calculan sobre la base de las dislocaciones medidas con los sensores avanzados del AFM. A Diferencia de los nanoindenters equipados convencionales que no pueden medir cuantitativo la fuerza en tiempo real, la detección óptica de la palanca activa la alta anchura de banda, feedback verdadero de la fuerza. Esto permite proyección de imagen repetible, la medición cuantitativa de la característica, curvas cuantitativas de la fuerza, y la colocación exacta para la manipulación y la litografía.

las Ópticas Difracción-Limitadas Proporcionan a la Visión De alta resolución de la Punta y de la Muestra

La óptica de NanoIndenter y el ensamblaje de la cámara proporciona a la visión de la punta y de la muestra del penetrador en ángulo de 20 grados de horizontal (el Cuadro 4). La punta del penetrador se puede colocar con una exactitud de 20 micrómetros con un objetivo 5x en una superficie reflexiva.

El Cuadro 4 visión Óptica de esquina de la rejilla y del cubo de la calibración 10um inclina. La Reflexión de la punta (parte inferior) se puede considerar en la muestra.

Diversas regiones de la muestra se pueden ver con el escenario independiente óptico de la traslación. El diseño permite el intercambio fácil de objetivos acomodar diversos requisitos de la muestra. Un diafragma de iris incorporado proporciona a la profundidad del campo ajustable y la cámara permite el ajuste del tiempo de exposición, del avance, de la velocidad de fotogramas, de la saturación, y de la gamma.

Verificación Pre-Calibrada Fácil de usar del Ajuste y de la Calibración

El constante del muelle se calibra con tres métodos independientes para disminuir desvíos en sus mediciones - la agregar-masa, el muelle de la referencia, y los métodos de la microbalanza. La Calibración del ensamblaje de la flexión del penetrador se realiza en la fábrica; el soporte físico y el software son proporcionados para las inspecciones de la calibración por los utilizadores, asegurando la precisión y la exactitud durante la vida del instrumento.

Los Ajustes del Empuje y del Giro Mantienen la Calibración

El diseño avanzado de la carga de NanoIndenter incluye los ajustes del empuje-y-giro que mantienen los parámetros de calibración preajustados y los protegen contra cambios accidentales.

Medición Directa para la Caracterización de la Punta y los Resultados Exactos

La caracterización de la Punta es extremadamente importante para el análisis cuantitativo en aplicaciones nanoindenting. Los nanoindenters Convencionales deben utilizar métodos indirectos para evaluar el efecto de la geometría de la punta del penetrador sobre los resultados del sangrado de márgenes, tales como melladura sobre una muestra estándar (sílice fundido) con la aplicación de suposiciones teóricas y experimentales. En cambio, el MFP NanoIndenter permite la metrología directa de la punta usando las técnicas estándar del AFM (Cuadros 5). Este método evita específicamente las suposiciones teóricas y los desvíos experimentales asociados inherentes en los métodos convencionales (e.g. Oliverio-Pharr). Semejantemente, metrología del AFM de sangrados de márgenes resultantes (el Cuadro 6) proporciona a datos experimentales adicionales para mejorar sobre la exactitud de las teorías para el análisis de datos. Además, las puntas dañadas o desgastadas pueden ser determinadas con proyección de imagen del AFM y ser desechadas antes de que los datos inválidos cerco.

El Cuadro 5. medición Directa de la función del área de la punta (Berkovich) muestra el lazo entre la profundidad (datos, parte superior del Z-Sensor del AFM) y el área de contacto (integración numérica de los datos, de la parte inferior), exploración de los 5µm.

El Cuadro 6. materiales Granulares tiene áreas de contacto que sean discontinuas y necesidad ser medido para una apreciación correcta de propiedades materiales. Óxido del estaño del Indio, exploración 800nm.

Aplicaciones

El NanoIndenter es ideal para una variedad de aplicaciones nanoindenting incluyendo:

  • Comportamiento Elástico de metales, de la cerámica, de polímeros, del Etc.
  • Fenómenos de la Dislocación en metales
  • Fracturas en cerámica
  • Comportamiento Mecánico de películas finas, hueso, biomateriales
  • Tensiones Residuales
  • Características mecánicas Dependientes Del Tiempo de metales y de polímeros suaves
  • El nanoindenting Combinado con las mediciones del actual-voltaje (iv)
  • Microscopia Combinada de la Fuerza el nanoindenting y de Piezoresponse

La plataforma del Asilo MFP-3D™ AFM permite la apreciación exacta del rebote elástico, montón-hacia arriba y sumidero-en volúmenes materiales. La proyección de imagen del AFM es dominante a la identificación de rajaduras, de la dislocación, y de las zonas del incidente en muestras melladas, así como de la proyección de imagen de las características que revelan fenómenos físicos.

Fuente: “El NanoIndenter Equipado MFP para la Caracterización de Materiales Cuantitativa” de la Investigación del Asilo

Para más información sobre esta fuente visite por favor la Investigación del Asilo

Date Added: Jul 31, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 21:26

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