Testando a Nível do Nanômetro por Sclerometry, por Nanoindentation e por Nanoscratching

Assuntos Cobertos

Nanoindentation

Sclerometry

Nanoscratching

Sclerometry, Não - Teste destrutivo Dinâmico

NTEGRA Baseou Sclerometry

Por Que é Importante Fundir SPM Com o Nanoindentation?

Plataforma de NTEGRA

NTEGRA + Hysitron TriboScope

Microscopia Acústica da Força Atômica (AFAM)

Espectroscopia Atômica da Força

Nanoindentation

Durante o nanoindentation a superfície de uma amostra é deslocada enquanto a pressão é aplicada pela ponta de uma ponta de prova. A Análise da dependência aplicada do “Força-Deslocamento” fornece dados na dureza de uma amostra em um ponto dado (fig.1). Se pode analisar curvas assim como topografia das imagens, fazendo a varredura a amostra recortada (fig.2).

Figura 1. curvas deDescarregamento. h - deslocamento, P - carga, S - rigidez do contacto.

Figura 2. superfície da Safira com recortes. Tamanho da Varredura: μm 5 x 5

Sclerometry

Ao Contrário do modilhão de pontas de prova comuns do AFM do silicone, o console piezoceramic da ponta de prova para o Sclerometry NTEGRA-baseado tem uma dureza maior (104-105 N/m). Isto faz o grau da força, aplicado a uma amostra muito maior do que em sistemas usuais do AFM.

Nanoscratching

Nanoscratching é uma técnica baseada em fazer riscos na superfície da amostra e em medir seus parâmetros: profundidade e especialmente largura.

Isto dá uma oportunidade de avaliar quantitativa a dureza dos materiais (fig.3, 4). Em alguns casos os resultados obtidos podem fornecer mais informação do que isso obtido pelo nanoindentation, porque a largura de um risco, como consequência da recuperação elástica, altera menos do que sua profundidade.

Figura 3. Três riscos de profundidades diferentes, feitos no quartzo fundido. Tamanho 4 x da Imagem μm 4.

Figura 4. A curva mostra a profundidade & a largura dos riscos no quartzo fundido.

Sclerometry, Não - Teste destrutivo Dinâmico

Uma ponta de prova é anexada ao stiff mas ao modilhão flexível, assim a amplitude e a freqüência de oscilações forçadas da ponta de prova podem ser usadas para a imagem lactente da topografia e propriedades elásticas de teste dos materiais (Fig. 5). Em particular, este método fornece um valor quantitativo do módulo Young em cada ponto da amostra feita a varredura.

Devido à freqüência alta da ressonância da ponta de prova piezoceramic, é possível traçar muito mais rapidamente propriedades da dureza e da elasticidade do que usando técnicas padrão do recorte com uma carga alta (por exemplo NTEGRA+Hysitron TriboScope). Por outro lado, ao contrário de SPMs com pontas de prova convencionais do silicone, um Sclerometry NTEGRA-baseado permite de testar os materiais e os filmes muito duros (Fig. 6).

A Figura uma alteração de 5. Freqüências é gravada em função da posição da ponta de prova. A Inclinação de uma curva Δf caracteriza o módulo Young de uma amostra.

Figura 6. A imagem do composto (metal + fullerite C60). Μm Médio do tamanho de grão ~0.4-0.8. Tamanho da Imagem: μm 3,5 x 3,5: a) topografia da superfície; b) Mapa Young do módulo.

NTEGRA Baseou Sclerometry

O projecto da ponta de prova usada em Sclerometry NTEGRA-baseado permite o uso de uma variedade de pontas pré-fabricadas: o diamante Berkovich derruba, diamante do semicondutor derruba, Etc.

A investigação da adesão do filme fino à carcaça pode ser considerada um exemplo de aplicações do nanotribology. Nanotribology envolve o risco do filme com uma força aumentativa e a determinação da carga do destacamento do filme ou do desgaste-para fora (fig.7).

A Figura 7. Filme dos nanotubes 45°-oriented com um traço de um risco, feito perpendicular aos nanotubes inclina-se. Tamanho da Imagem: μm 5,9 x 5,9

Sclerometry NTEGRA-baseado torna possível trabalhar com vários tipos de filmes dentro de uma vasta gama de espessuras (de diversos nanômetros até diversos mícrons) e de hardnesses.

Por Que é Importante Fundir SPM Com o Nanoindentation?

Porque é possível fazer uma SPM-imagem usando a mesma ponta de prova, que é essencial para:

1. Encontrando os recortes, feitos com carga clara, que são muito pequenos e duros de ver com sistema ótico usual.

2. Medição quantitativa Exacta de parâmetros do recorte e do risco e encontrar defeitos dos recortes (pilha-UPS, Etc.).

3. Certificando-se de que o objeto necessário está medido caso que tem o tamanho pequeno e não considerado no sistema ótico, por exemplo nanoparticles, nanoscratches em filmes, Etc.

Fazer A Varredura de uma amostra alterada com a mesma ponta é precisa desde que um recorte é sempre mais largo do que a ponta devido à recuperação elástica

Plataforma de NTEGRA

A plataforma de NTEGRA foi projectada especialmente integrar técnicas diferentes a fim dar métodos finalmente novos e originais do teste material. Por exemplo, a microscopia confocal de Raman pode ser aplicada para visualizar o esforço após o nanoindentation e nanoscratching (fig.8). A alteração De Superfície e o exame podem ser ambos executados pelo mesmo instrumento.

A Figura 8. Recortes e riscos na superfície de GaAs (a) e nas imagens do esforço obtidas traçando de espectros de Raman desloca (b, c). Tamanhos da Imagem: a). μm 80 x 100; b). μm 25 X.25; c). μm 6 x 6.

NTEGRA + Hysitron TriboScope

Alguns sistema NTEGRA-baseado podem ser equipados com o sistema do nanoindentation de Hysitron TriboScope. Fornece cargas altas (até 1N) e pode ser montado com várias pontas de prova comerciais assim como Sclerometry NTEGRA-baseado. o teste dinâmico Não-Destrutivo e o traço Young do módulo podem ser executados também. Todos Os modos de sclerometry - nanoindentation, nanoscratching e nanotribology - podem ser aplicados nos testes com integração de NTEGRA + de Hysitron TriboScope.

Microscopia Acústica da Força Atômica (AFAM)

A ideia principal atrás de AFAM é o registo de oscilações da ponta de prova do AFM, quando uma ponta do modilhão é em contacto com uma amostra de oscilação. Simultaneamente com imagem lactente acústica forma a topografia como é feita por técnicas do AFM do contacto. O Traço do módulo Young não causa a destruição da amostra (nem os recortes nem os riscos são deixados na superfície).

AFAM fornece o contraste afiado da imagem lactente para amostras duras & macias, visto que contraste do apoio das técnicas do AFM (por exemplo imagem lactente da fase e modulação da força) somente para os materiais relativamente macios (fig.9, 11).

Figura 9. Listras do baixo & polietileno high-density com elasticidade diferente. Tamanho da Varredura: μm 47x47.

As não-homogeneidades Em alguns casos internas podem ser visualizadas dentro do volume de amostra. É possível porque o espécime inteiro é “agitou” com freqüências acústicas e o volume inteiro é envolvido na geração das oscilações da ponta de prova (fig.10).

Figura 10. superfície de HDD. A Topografia (a) & AFAM (b) Uma linha brilhante no meio da imagem de AFAM marcam uma rachadura interna, que não seja vista na imagem da topografia. Tamanho da Imagem: μm 0.8x0.8.

Figura 11. amostra Lustrada de PZT. Vê-se que o melhor contraste está obtido com AFAM. Tamanho da Varredura: μm 4x4.

Espectroscopia Atômica da Força

Ao empurrar uma superfície pela ponta de prova convencional do AFM, se pode esperar uma dependência linear da dobra do modilhão e da força aplicada. Este poderia ser o caso, se a amostra era absolutamente dura e não foi deslocada pela ponta de prova. Praticamente, em amostras macias a curva da força-distância é não-linear. Seus parâmetros podem ser usados para calcular a que grau a superfície está deslocada, quando uma força particular é aplicada. Por sua vez, este é o trajecto às avaliações quantitativas do módulo Young (fig.12).

Esta aproximação é bem sucedida no delicado e em amostras muito macias, porque a constante da mola de modilhões convencionais do AFM é relativamente pequena (geralmente não mais de 102 N/m). Para estudar objetos subtis como as pilhas vivas e os organelles naturais da pilha (fig.13), o modilhão deve ser tão macio como possível impedir a deformação substancial da amostra. Os valores Típicos da constante da mola são neste caso 10-10-2-1 N/m.

Figura 12. Force os parâmetros da curva que são usados para a avaliação quantitativa das propriedades elásticas do material. F - carga; d - deslocamento do modilhão; k - constante da mola de modilhão; δ - recorte; ΔZ - deslocamento da amostra.

Figura 13. Módulo Young como calculado em uma superfície da pilha viva e em uma parte inferior do prato de Petri. Um ponto da superfície da pilha é quase duas vezes mais duro que outro, quando o prato de Petri for seis ordens de grandeza mais duramente. Tamanho da Varredura: μm 25x25

Comparação da Tabela 1. das técnicas

Escala da Dureza

Destruição

Dureza das Amostras

Cargas Máximas

NTEGRA baseou scleronmetry

0.1-100 GPa

Destrutivo e não-destrutivo

Duramente & muito duramente

manganês 200

NTEGRA + Hysitron Triboscope

0.1-100 GPa

Destrutivo e não-destrutivo

Duramente & muito duramente

1 N

Opção de AFAM

10kPa - 10GPa

Nondestructive

Duro & macio

-

AFM

1 kPa - 1 GPa

Desctructive & não-destrutivo

Macio & muito brandamente

manganês 2

Source: NT-MDT

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor NT-MDT

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