Prüfung auf dem Nm-Niveau durch Sclerometry, Nanoindentation und Nanoscratching

Themen Umfaßt

Nanoindentation

Sclerometry

Nanoscratching

Sclerometry, Dynamische Zerstörungsfreie Prüfung

NTEGRA Basierte Sclerometry

Warum ist es Wichtig, SPM Mit Nanoindentation Zu Mergen?

NTEGRA-Plattform

NTEGRA + Hysitron TriboScope

AtomKraft-Akustische Mikroskopie (AFAM)

AtomKraft-Spektroskopie

Nanoindentation

Während des nanoindentation wird die Probenoberfläche verlegt, während Druck durch die Spitze eines Fühlers angewendet wird. Analyse der angewandten „Kraft-Distanzadresse“ Abhängigkeit stellt Daten auf der Härte einer Probe an einem gegebenen Punkt zur Verfügung (fig.1). Man analysiert möglicherweise Kurven sowie Topographie der Bilder, indem es die eingedrückte Probe scannt (fig.2).

Abbildung 1. Laden-Aus dem Programm nehmende Kurven. h - Distanzadresse, P - Belastung, S - Kontaktsteifheit.

Abbildung 2. Saphiroberfläche mit Einzügen. Scan-Größe: μm 5 x 5

Sclerometry

Anders Als den Kragbalken von geläufigen Silikon FLUGHANDBUCH-Fühlern, hat die piezoceramic Konsole des Fühlers für das NTEGRA-basierte Sclerometry eine größere Härte (104-105 N/m). Dieses macht den Grad von der Kraft, angewandt zu einer Probe, die als in üblichen FLUGHANDBUCH-Anlagen viel größer ist.

Nanoscratching

Nanoscratching ist eine Technik, die auf der Herstellung von Kratzern auf der Beispieloberfläche und dem Messen ihrer Parameter basiert: Tiefe und besonders Breite.

Dieses gibt eine Gelegenheit, die Härte von Materialien quantitativ auszuwerten (fig.3, 4). In einigen Fällen können die erzielten Ergebnisse mehr Informationen, als zur Verfügung stellen das erreicht durch nanoindentation, weil die Breite eines Kratzers, als Ergebnis der elastischen Dehnung, kleiner als seine Tiefe ändert.

Abbildung 3. Drei Kratzer von verschiedenen Tiefen, gemacht in fixiertem Quarz. Bildgröße 4 x μm 4.

Abbildung 4. Die Kurve zeigt Tiefe u. Breite der Kratzer in fixiertem Quarz.

Sclerometry, Dynamische Zerstörungsfreie Prüfung

Ein Fühler wird zum Stiff aber zum flexiblen Kragbalken befestigt, so können Amplitude und Frequenz von vorverlegten Oszillationen des Fühlers für Topographiedarstellung und prüfende elastische Eigenschaften von Materialien verwendet werden (Feige. 5). Insbesondere stellt diese Methode einen quantitativen Wert des Elastizitätsmoduls an jedem Punkt der gescannten Probe zur Verfügung.

Wegen der hohen Resonanzfrequenz des piezoceramic Fühlers, ist es möglich, Härte- und Elastizitätseigenschaften als unter Verwendung der Standardeinrückungstechniken mit einer hohen Belastung (z.B. NTEGRA+Hysitron TriboScope) viel schneller abzubilden. Andererseits anders als SPMs mit herkömmlichen Silikonfühlern, darf ein NTEGRA-basiertes Sclerometry sehr harte Materialien und Filme prüfen (Feige. 6).

Abbildung die Änderung mit 5. Frequenzen wird als Funktion der Fühlerstellung aufgezeichnet. Steigung einer Kurve Δf kennzeichnet Elastizitätsmodul einer Probe.

Abbildung 6. Das Bild der Zusammensetzung (Metall + fullerite C60). Durchschnittliches Korngröße ~0.4-0.8 μm. Bildgröße: μm 3,5 x 3,5: A) Topographie der Oberfläche; B) Elastizitätsmodulkarte.

NTEGRA Basierte Sclerometry

Die Auslegung des Fühlers, der in NTEGRA-basiertem Sclerometry verwendet wird, erlaubt den Gebrauch von einer Vielzahl von vorfabrizierten Spitzen: Diamant Berkovich neigt sich, Halbleiterdiamant sich neigt, Usw.

Die Untersuchung des Dünnfilmbeitrittes zur Substratfläche kann gelten als ein Beispiel von nanotribology Anwendungen. Nanotribology bezieht das Löschen des Filmes in eine verstärkende Kraft und die Bestimmung der Belastung der Filmtrennung oder der Abnützung-heraus mit ein (fig.7).

Abbildung 7. Film von nanotubes 45°-oriented mit einer Spur eines Kratzers, gemacht Senkrechtes zu den nanotubes neigen sich. Bildgröße: μm 5,9 x 5,9

NTEGRA-basiertes Sclerometry macht es möglich, mit verschiedenen Baumustern von Filmen innerhalb einer großen Auswahl von Stärken (von einigen nm bis zu einigen Mikrons) und von hardnesses zu arbeiten.

Warum ist es Wichtig, SPM Mit Nanoindentation Zu Mergen?

Weil es möglich ist, ein SPM-Bild unter Verwendung des gleichen Fühlers zu machen, den für wesentlich ist:

1. Die Einzüge Finden, gemacht mit hellem Laden, die sehr klein und hart, mit üblicher Optik zu sehen sind.

2. Genaues quantitatives Messen von Einrückungs- und Kratzerparametern und Finden von Defekten von Einzügen (Massenkarambolagen, Usw.).

3. Sich Vergewissern, dass die erforderliche Nachricht gemessen wird, falls sie kleines hat und nicht in der Optik, z.B. nanoparticles, nanoscratches auf Filmen, Usw. gesehen wird.

Eine geänderte Probe mit der gleichen Spitze Zu Scannen ist genau, da ein Einzug immer breiter als die Spitze wegen der elastischen Dehnung ist

NTEGRA-Plattform

NTEGRA-Plattform ist besonders konstruiert worden, um verschiedene Techniken zu integrieren, um die schließlich neuen und eindeutigen Methoden der Materialprüfung zu geben. Zum Beispiel kann confocal Raman-Mikroskopie angewendet werden, um den Druck sichtbar zu machen, nachdem man nanoindentation und nanoscratching (fig.8). Oberflächenmodifikation und die Prüfung können beide sein durchgeführt durch das gleiche Instrument.

Abbildung 8. Einzüge und Kratzer auf der Oberfläche von GaAs (a) und den Bildern des Druckes erhalten, indem sie von Raman-Spektren abbildet, verschieben (b, c). Bildformate: A). μm 80 x 100; B). μm 25 X.25; c). μm 6 x 6.

NTEGRA + Hysitron TriboScope

Jede NTEGRA-basierte Anlage kann mit nanoindentation Hysitron TriboScope ausgerüstet werden Anlage. Sie liefert hohe Belastungen (bis zu 1N) und kann mit verschiedenen Handelsfühlern montiert werden sowie NTEGRA-basiertes Sclerometry. Zerstörungsfreie dynamische Prüfung und das Elastizitätsmodulabbilden können auch durchgeführt werden. Alle Modi von sclerometry - nanoindentation, Nanoscratching und nanotribology - können angewendet werden in den Prüfungen mit NTEGRA- + Hysitron-TriboScope Integration.

AtomKraft-Akustische Mikroskopie (AFAM)

Der Grundgedanke hinter AFAM ist die Registrierung von FLUGHANDBUCH-Fühleroszillationen, wenn eine freitragende Spitze in Verbindung mit einer oszillierenden Probe ist. Gleichzeitig mit akustischer Darstellung bildet er Topographie, wie er durch Kontakt FLUGHANDBUCH-Techniken getan wird. Das Abbilden des Elastizitätsmoduls verursacht nicht Beispielzerstörung (weder werden Einrückungen noch Kratzer auf die Oberfläche gelassen).

AFAM stellt scharfen Kontrast der Darstellung für die harten u. weichen Proben, während Kontrast FLUGHANDBUCH-Techniken (z.B. Phasendarstellung und Kraftmodulation) Stütznur für verhältnismäßig weiche Materialien zur Verfügung (fig.9, 11).

Abbildung 9. Streifen des niedrigen u. Polyäthylens mit hoher Schreibdichte mit unterschiedlicher Elastizität. Scan-Größe: μm 47x47.

In einigen Fällen innere Nichthomogenität können innerhalb der Probenmenge sichtbar gemacht werden. Es ist möglich, weil das ganze Probenmaterial „rüttelte“ mit akustischen Frequenzen ist und das gesamte Volumen in Generation der Fühleroszillationen miteinbezogen wird (fig.10).

Abbildung 10. HDD-Oberfläche. Topographie (a) u. AFAM (b) eine helle Zeile mitten in dem AFAM-Bild markiert einen inneren Bruch, der nicht auf dem Topographiebild gesehen wird. Bildgröße: μm 0.8x0.8.

Abbildung 11. Polier-PZT-Probe. Es wird gesehen, dass der beste Kontrast mit AFAM erreicht wird. Scan-Größe: μm 4x4.

AtomKraft-Spektroskopie

Wenn es eine Oberfläche durch herkömmlichen FLUGHANDBUCH-Fühler drückt, erwartet möglicherweise man eine lineare Abhängigkeit des Kragbalkenverbiegens und der angewandten Kraft. Dieser könnte der Fall sein, wenn die Probe absolut hart war und sie nicht durch den Fühler verlegt wurde. Praktisch auf weichen Proben ist die Kraftabstand Kurve nichtlinear. Seine Parameter können verwendet werden, um zu berechnen, in welchem Ausmaß die Oberfläche verlegt wird, wenn eine bestimmte Kraft angewandt ist. Der Reihe nach ist dieses der Pfad zu den quantitativen Schätzungen des Elastizitätsmoduls (fig.12).

Dieser Anflug ist auf Weiche und sehr weichen Proben erfolgreich, weil die Federkonstante von herkömmlichen FLUGHANDBUCH-Kragbalken verhältnismäßig klein ist (normalerweise nicht mehr als 102 N/m). Für das Studieren solcher subtiler Nachrichten wie lebende Zellen und natürliche Zellorganellen (fig.13), muss der Kragbalken so weich sein, wie möglich, erhebliche Beispieldeformation zu verhindern. Typische Werte der Federkonstante sind in diesem Fall 10-10-2-1 N/m.

Abbildung 12. Erzwingen Sie Kurvenparameter, die für quantitative Schätzung von elastischen Eigenschaften des Materials verwendet werden. F - Belastung; d - freitragende Distanzadresse; K - freitragende Federkonstante; δ - Einrückung; ΔZ - Beispieldistanzadresse.

Abbildung 13. Elastizitätsmodul, wie auf einer lebende Zelloberfläche und auf einer Petrischalenunterseite geschätzt. Ein Punkt der Zelloberfläche ist- fast zweimal so hart wie ein anderer, während die Petrischale sechs Größenordnungen stark ist. Scan-Größe: μm 25x25

Tabelle 1. Vergleich von Techniken

Härtebereich

Zerstörung

Härte von Proben

Höchstlaste

NTEGRA basierte scleronmetry

0.1-100 GPa

Destruktiv und zerstörungsfrei

Stark u. sehr stark

Mangan 200

NTEGRA + Hysitron Triboscope

0.1-100 GPa

Destruktiv und zerstörungsfrei

Stark u. sehr stark

1 N

AFAM-Option

10kPa - 10GPa

Zerstörungsfrei

Hart u. weich

-

FLUGHANDBUCH

1 kPa - 1 GPa

Desctructive u. zerstörungsfreies

Weich u. sehr weich

Mangan 2

Quelle: NT-MDT

Zu mehr Information über diese Quelle besuchen Sie bitte NT-MDT

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