Sclerometry、 Nanoindentation および Nanoscratching 著ナノメーターのレベルでテストします

カバーされるトピック

Nanoindentation

Sclerometry

Nanoscratching

Sclerometry のダイナミックで非破壊的なテスト

NTEGRA は Sclerometry を基づかせていました

なぜ Nanoindentation と SPM をマージすることは重要ですか。

NTEGRA のプラットホーム

NTEGRA + Hysitron TriboScope

原子力の音響の顕微鏡検査 (AFAM)

原子力の分光学

Nanoindentation

nanoindentation の間にサンプルの表面は圧力がプローブの先端によって適用されると同時に転置されます。 応用 「力変位」の依存の分析はある特定のポイント (fig.1) でサンプルの硬度でデータを提供します。 1 つは字下がりにされたサンプル (fig.2) のスキャンによって画像のカーブ、また地形を、分析することができます。

図 1. ローディング荷を下すカーブ。 h - 変位、 P - ロード、 S - 接触の剛さ。

刻み目が付いている図 2. サファイアの表面。 スキャンサイズ: 5 x 5 μm

Sclerometry

共通のケイ素 AFM のプローブの片持梁とは違って、 NTEGRA ベースの Sclerometry のためのプローブの piezoceramic コンソールにより大きい硬度 (104-105 N/m) があります。 これは力の通常 AFM システムでより大きいサンプルに大いに応用程度を作ります。

Nanoscratching

Nanoscratching はスクラッチをサンプル表面の作り、パラメータを測定することに基づく技術です: 深さおよび特に幅。

これは材料の硬度を量的に評価する機会を与えます (fig.3、 4)。 場合によっては得られる結果はスクラッチの幅が、伸縮性がある回復の結果、深さよりより少しを修正するので nanoindentation によって得られるそれよりより多くの情報を提供できます。

図 3。 石英ガラスでなされる異なった深さの 3 つのスクラッチ。 画像のサイズ 4 x 4 μm。

図 4。 カーブは石英ガラスでスクラッチの深さ及び幅を示します。

Sclerometry のダイナミックで非破壊的なテスト

プローブは役立たず適用範囲が広い片持梁に接続します、従ってプローブの強制振動の振幅そして頻度は材料 (図 5) の地形イメージ投射そしてテストの伸縮性がある特性に使用することができます。 特に、この方法はスキャンされたサンプルの各ポイントでヤングの係数の量的な値を提供します。

piezoceramic プローブの高い共鳴頻度のために、高いロード (例えば NTEGRA+Hysitron TriboScope) との標準刻み目の技術を使用してより硬度および伸縮性の特性を大いに速くマップすることは可能です。 一方では、慣習的なケイ素のプローブとの SPMs とは違って、 NTEGRA ベースの Sclerometry は非常に堅い材料およびフィルム (図 6) をテストすることを許します。

図はプローブの位置の機能として 5. の頻度変化記録されます。 カーブΔf の斜面はサンプルのヤングの係数を特徴付けます。

図 6。 合成物 (金属 + fullerite C60) の画像。 平均結晶粒度 ~0.4-0.8 のμm。 画像のサイズ: 3.5 x 3.5 μm: a) 表面の地形; b) ヤングの係数のマップ。

NTEGRA は Sclerometry を基づかせていました

NTEGRA ベースの Sclerometry で使用されるプローブのデザインはいろいろプレハブの先端の使用を可能にします: ダイヤモンド Berkovich は、半導体のダイヤモンドひっくり返ます、等ひっくり返ます。

基板への薄膜の付着の調査は nanotribology アプリケーションの例として考慮することができます。 Nanotribology は augmentative 力とフィルムのスクラッチし、フィルムの取り外しまたは摩耗 (fig.7) のロードの決定を含みます。

nanotubes に垂直になされるスクラッチのトレースが付いている 45° 指向の nanotubes の図 7. フィルムは傾斜します。 画像のサイズ: 5.9 x 5.9 μm

NTEGRA ベースの Sclerometry はさまざまなタイプの厚さ (複数のミクロンまでの複数のナノメーターから) および hardnesses の広い範囲内のフィルムを使用することを可能にします。

なぜ Nanoindentation と SPM をマージすることは重要ですか。

必要である同じプローブを使用して SPM 画像を作ることは可能であるので:

1. 軽いローディングとなされる非常に小さく、通常の光学と見にくい刻み目を見つけます。

2. 刻み目およびスクラッチパラメータの正確で量的な測定し、刻み目 (玉突き衝突、等) の欠陥を見つけること。

3. 小型があれば測定され、光学、フィルムの例えば nanoparticles、 nanoscratches、等で見られない必要な目的がことを確かめます。

同じ先端の修正されたサンプルをスキャンすることは刻み目が伸縮性がある回復による先端より広い常にので精密です

NTEGRA のプラットホーム

NTEGRA のプラットホームは特に物質的なテストの最終的に新しく、一義的な方法を与えるために異なった技術を統合するように設計されていました。 nanoindentation および nanoscratching の後で圧力を視覚化するために例えば、ラマン共焦点の顕微鏡検査は適用することができます (fig.8)。 同じ器械によって行われる表面の修正および検査は両方である場合もあります。

GaAs (a) のラマンスペクトルのマップによって得られる表面および圧力の画像の図 8. 刻み目およびスクラッチは移ります (b の c)。 画像のサイズ: a)。 80 x 100 μm; b)。 25 x 25 μm; c)。 6 x 6 μm。

NTEGRA + Hysitron TriboScope

どの NTEGRA ベースのシステムでも Hysitron TriboScope の nanoindentation システムと装備することができます。 それはさまざまな商業プローブと高いロードを (1N まで) および取付けることができます提供します、また NTEGRA ベースの Sclerometry。 非破壊的でダイナミックなテストおよびヤングの係数のマップはまた行うことができます。 テストの sclerometry のすべてのモードは - nanoindentation、 nanoscratching および nanotribology - との NTEGRA + Hysitron TriboScope の統合適用することができます。

原子力の音響の顕微鏡検査 (AFAM)

AFAM の後ろの主旨は片持梁先端が振動のサンプルと接触してあるとき、 AFM のプローブの振動の登録です。同時に音響イメージ投射とそれは接触 AFM の技術によってされるように地形を形作ります。 ヤングの係数のマップによりサンプル破壊を引き起こしません (刻み目もスクラッチも表面に残っていません)。

AFAM は堅く及び柔らかいサンプルにイメージ投射の鋭い対照を、一方比較的柔らかい材料 (fig.9、 11) のためのだけ AFM の技術 (例えば段階イメージ投射および力変調) サポート対照提供します。

別の伸縮性の低い及び高密度ポリエチレンの図 9. 縞。 スキャンサイズ: 47x47 μm。

場合によっては内部の非同質性はサンプルボリュームの内で視覚化することができます。 それは全標本が音響の頻度と 「揺れた」あり、全体のボリュームがプローブの振動 (fig.10) の生成にかかわるので可能です。

図 10. HDD の表面。 地形 (a) 及び AFAM (b) は AFAM の画像の真中の明るいライン地形の画像で見られない内部のひびを示します。 画像のサイズ: 0.8x0.8 μm。

図 11. 磨かれた PZT のサンプル。 最もよい対照が AFAM と得られることが見られます。 スキャンサイズ: 4x4 μm。

原子力の分光学

表面を慣習的な AFM のプローブによって押すとき、 1 つは片持梁曲がることおよび応用力の線形依存を期待するかもしれません。 これはサンプルが絶対に堅かったら、プローブによって転置されなかったら事実でもよい。 事実上、柔らかいサンプルに力間隔のカーブは非線形です。 特定力が応用のときそのパラメータが表面が転置されるかどの程度まで計算するのに使用することができます。 次に、これはヤングの係数 (fig.12) の量的な推定へ経路です。

このアプローチは慣習的な AFM の片持梁のばねの定数が比較的小さいので、柔らかさおよび非常に柔らかいサンプルで正常です (通常以上 102 N/m)。 生体細胞および自然なセル細胞器官 (fig.13) のような微妙な目的を調査するために、片持梁は相当なサンプル変形を防ぐことできるだけ柔らかくなければなりません。 ばねの定数の典型的な値はこの場合 10-10 N/m.-2-1 です。

図 12。 材料の伸縮性がある特性の量的な推定のために使用されるカーブパラメータを強制して下さい。 F - ロード; d - 片持梁変位; k - 片持バネの定数; δ - 刻み目; ΔZ - サンプル変位。

図 13。 生体細胞の表面とペトリ皿の底で推定されるヤングの係数。 セル表面の 1 ポイントは二度ペトリ皿は懸命の 6 つの一桁であるが、ほとんどもう 1 つ堅いです。 スキャンサイズ: 25x25 μm

技術の表 1. の比較

硬度の範囲

破壊

サンプルの硬度

最大負荷

NTEGRA は scleronmetry 基づかせていました

0.1-100 GPa

有害および非破壊的

懸命及び非常に懸命に

200 mN

NTEGRA + Hysitron Triboscope

0.1-100 GPa

有害および非破壊的

懸命及び非常に懸命に

1 つの N

AFAM オプション

10kPa - 10GPa

非破壊的

堅く及び柔らかい

-

AFM

1 kPa - 1 GPa

Desctructive 及び非破壊的

柔らかい及び非常に静かに

2 mN

ソース: NT-MDT

このソースのより多くの情報のために NT-MDT を訪問して下さい

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit