Probando en el Nivel del Nanómetro por Sclerometry, Nanoindentation y Nanoscratching

Temas Revestidos

Nanoindentation

Sclerometry

Nanoscratching

Sclerometry, Prueba No destructiva Dinámica

NTEGRA Basó Sclerometry

¿Por Qué es Importante Combinar SPM Con Nanoindentation?

Plataforma de NTEGRA

NTEGRA + Hysitron TriboScope

Microscopia Acústica de la Fuerza Atómica (AFAM)

Espectroscopia Atómica de la Fuerza

Nanoindentation

Durante el nanoindentation la superficie de una muestra se disloca mientras que la presión es aplicada por la punta de una antena. El Análisis de la dependencia aplicada de la “Fuerza-Dislocación” proporciona a datos en el endurecimiento de una muestra en una punta dada (fig.1). Uno puede analizar curvas así como la topografía de las imágenes, explorando la muestra mellada (fig.2).

Cuadro 1. curvas de Cargamento-Descarga. h - dislocación, P - carga, S - rigidez del contacto.

Cuadro 2. superficie del Zafiro con los sangrados de márgenes. Talla de la Exploración: μm 5 x 5

Sclerometry

A Diferencia del voladizo de las antenas comunes del AFM del silicio, la consola piezoceramic de la antena para el Sclerometry NTEGRA-basado tiene un mayor endurecimiento (104-105 N/m). Esto hace el grado de fuerza, aplicado a una muestra mucho mayor que en sistemas usuales del AFM.

Nanoscratching

Nanoscratching es una técnica basada en la fabricación de rayaduras en la superficie de la muestra y la medición de sus parámetros: profundidad y especialmente ancho.

Esto da una oportunidad de evaluar el endurecimiento de materiales cuantitativo (fig.3, 4). Los resultados obtenidos pueden proporcionar En algunos casos a más información que lo obtenida por el nanoindentation, porque el ancho de una rayadura, como resultado de la recuperación elástico, modifica menos que su profundidad.

Cuadro 3. Tres rayaduras de diversas profundidades, hechas en cuarzo fundido. Μm 4 de la talla 4 x de la Imagen.

Cuadro 4. La curva muestra profundidad y el ancho de las rayaduras en cuarzo fundido.

Sclerometry, Prueba No destructiva Dinámica

Una antena se asocia al stiff pero al voladizo flexible, así la amplitud y la frecuencia de las oscilaciones forzadas de la antena se pueden utilizar para la proyección de imagen de la topografía y las propiedades elásticos de prueba de los materiales (Fig. 5). Particularmente, este método proporciona a un valor cuantitativo del módulo De Young en cada punta de la muestra explorada.

Debido a la alta frecuencia de la resonancia de la antena piezoceramic, es posible correlacionar propiedades del endurecimiento y de la elasticidad mucho más rápidamente que usando técnicas estándar del sangrado de márgenes con una alta carga (e.g. NTEGRA+Hysitron TriboScope). Por otra parte, a diferencia de SPMs con las antenas convencionales del silicio, un Sclerometry NTEGRA-basado permite el probar de los materiales y de las películas muy duros (Fig. 6).

El Cuadro cambio de 5. Frecuencias se registra en función de la posición de la antena. El Declive de una curva Δf caracteriza el módulo De Young de una muestra.

Cuadro 6. La imagen del compuesto (metal + fullerite C60). Μm Medio de la talla de grano ~0.4-0.8. Talla de la Imagen: μm 3,5 x 3,5: a) topografía de la superficie; b) Correspondencia De Young del módulo.

NTEGRA Basó Sclerometry

El diseño de la antena usada en Sclerometry NTEGRA-basado permite el uso de una variedad de puntas prefabricadas: el diamante Berkovich inclina, diamante del semiconductor inclina, Etc.

La investigación de la adherencia de la película fina al substrato se puede considerar un ejemplo de las aplicaciones del nanotribology. Nanotribology implica el arañazo de la película con una fuerza aumentativa y la determinación de la carga del destacamento o del desgaste-fuera (fig.7) de la película.

El Cuadro 7. Película de los nanotubes 45°-oriented con un trazo de una rayadura, hecho perpendicular a los nanotubes se inclina. Talla de la Imagen: μm 5,9 x 5,9

Sclerometry NTEGRA-basado permite trabajar con los diversos tipos de películas dentro de una amplia gama de espesores (de varios nanómetros hasta varios micrones) y de hardnesses.

¿Por Qué es Importante Combinar SPM Con Nanoindentation?

Porque es posible hacer una SPM-imagen usando la misma antena, para la cual es esencial:

1. Encontrando los sangrados de márgenes, hechos con el cargamento pálido, que son muy pequeños y duros de ver con la óptica usual.

2. Medición cuantitativa Exacta de los parámetros del sangrado de márgenes y de la rayadura y encontrar defectos de los sangrados de márgenes (montón-UPS, Etc.).

3. Asegurándose de que el objeto necesario esté medido en caso de que tenga tamaño pequeño y no considerado en la óptica, e.g nanoparticles, nanoscratches en las películas, Etc.

La Exploración de una muestra modificada con la misma punta es exacta puesto que un sangrado de márgenes es siempre más ancho que la punta debido a la recuperación elástico

Plataforma de NTEGRA

La plataforma de NTEGRA se ha diseñado especialmente para integrar diversas técnicas para dar final nuevos y únicos métodos de prueba de materiales. Por ejemplo, la microscopia confocal de Raman se puede aplicar para visualizar la tensión después del nanoindentation y de nanoscratching (fig.8). Modificación Superficial y el examen pueden ser ambas realizados por el mismo instrumento.

El Cuadro 8. Sangrados De Márgenes y rayaduras en la superficie de GaAs (a) y las imágenes de la tensión obtenidas correlacionando de los espectros de Raman se desvía (b, c). Tallas de la Imagen: a). μm 80 x 100; b). μm 25 X.25; c). μm 6 x 6.

NTEGRA + Hysitron TriboScope

Ningunos sistema NTEGRA-basado se pueden equipar del sistema del nanoindentation de Hysitron TriboScope. Proporciona a altas cargas (hasta 1N) y puede ser montado con las diversas antenas comerciales así como Sclerometry NTEGRA-basado. La prueba dinámica No Destructiva y la correspondencia De Young del módulo se pueden realizar también. Todos Los modos de sclerometry - nanoindentation, el nanoscratching y nanotribology - se pueden aplicar en pruebas con integración de NTEGRA + de Hysitron TriboScope.

Microscopia Acústica de la Fuerza Atómica (AFAM)

La idea principal detrás de AFAM es la inscripción de las oscilaciones de la antena del AFM, cuando una punta voladiza está en contacto con una muestra oscilante. Simultáneamente con proyección de imagen acústica forma la topografía como es hecha por técnicas del AFM del contacto. La Correspondencia del módulo De Young no causa la destrucción de la muestra (ni los sangrados de márgenes ni las rayaduras se dejan en la superficie).

AFAM proporciona al contraste sostenido de la proyección de imagen para las muestras duras y suaves, mientras que contraste del soporte de las técnicas del AFM (e.g proyección de imagen de la fase y modulación de la fuerza) solamente para los materiales relativamente suaves (fig.9, 11).

Cuadro 9. Galones del polietileno inferior y de alta densidad con diversa elasticidad. Talla de la Exploración: μm 47x47.

Las no-homogeneidades En algunos casos internas se pueden visualizar dentro del volumen de muestra. Es posible porque es el espécimen entero “sacudió” con frecuencias acústicas y el volumen entero está implicado en la generación de las oscilaciones de la antena (fig.10).

Cuadro 10. superficie de HDD. La Topografía (a) y AFAM (b) Una línea brillante en el medio de la imagen de AFAM marca una rajadura interna, que no se ve en la imagen de la topografía. Talla de la Imagen: μm 0.8x0.8.

Cuadro 11 muestra Pulida de PZT. Se ve que el mejor contraste está obtenido con AFAM. Talla de la Exploración: μm 4x4.

Espectroscopia Atómica de la Fuerza

Al activar una superficie por la antena convencional del AFM, uno puede contar con una dependencia lineal de doblar del voladizo y de la fuerza aplicada. Éste podría ser el caso, si la muestra era absolutamente dura y no fue dislocada por la antena. Prácticamente, en muestras suaves la curva de la fuerza-distancia es no lineal. Sus parámetros se pueden utilizar para calcular en qué medida se disloca la superficie, cuando una fuerza determinada es aplicada. A su vez, éste es el camino a las apreciaciones cuantitativas del módulo De Young (fig.12).

Esta aproximación es acertada en suavidad y muestras muy suaves, porque el constante del muelle de los voladizos convencionales del AFM es relativamente pequeño (generalmente no más que 102 N/m). Para estudiar los objetos sutiles tales como las células vivas y los organelos naturales de la célula (fig.13), el voladizo debe ser tan suave como sea posible prevenir la deformación sustancial de la muestra. Los valores Típicos del constante del muelle en este caso son 10-10-2-1 N/m.

Cuadro 12. Fuerce los parámetros de la curva que se utilizan para la apreciación cuantitativa de las propiedades elásticos del material. F - carga; d - dislocación voladiza; k - constante del muelle voladizo; δ - sangrado de márgenes; ΔZ - dislocación de la muestra.

Cuadro 13. Módulo De Young según lo estimado en una superficie de la célula viva y en una parte inferior de la Placa de Petri. Una punta de la superficie de la célula es casi dos veces más dura que otro, mientras que la Placa de Petri es seis órdenes de magnitud más difícilmente. Talla de la Exploración: μm 25x25

Comparación del Cuadro 1. de técnicas

Rango del Endurecimiento

Destrucción

Endurecimiento de Muestras

Cargas Máximas

NTEGRA basó scleronmetry

0.1-100 GPa

Destructivo y no destructivo

Difícilmente y muy difícilmente

manganeso 200

NTEGRA + Hysitron Triboscope

0.1-100 GPa

Destructivo y no destructivo

Difícilmente y muy difícilmente

1 N

Opción de AFAM

10kPa - 10GPa

No Destructivo

Duro y suave

-

AFM

1 kPa - 1 GPa

Desctructive y no destructivo

Suave y muy suavemente

manganeso 2

Fuente: NT-MDT

Para más información sobre esta fuente visite por favor NT-MDT

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit