Испытывающ на Уровне Нанометра Sclerometry, Nanoindentation и Nanoscratching

Покрытые Темы

Nanoindentation

Sclerometry

Nanoscratching

Sclerometry, Динамическое Испытание Без разрушения

NTEGRA Основало Sclerometry

Почему Важно Слить SPM С Nanoindentation?

Платформа NTEGRA

NTEGRA + Hysitron TriboScope

Микроскопия Атомного Усилия Акустическая (AFAM)

Атомная Спектроскопия Усилия

Nanoindentation

Во Время nanoindentation поверхность образца смещена по мере того как давление прикладной подсказкой зонда. Анализ прикладной зависимости «Усили-Смещения» обеспечивает данные на твердости образца на, котор дали этап (fig.1). Одно может проанализировать кривые так же, как топографию изображений, путем просматривать выделенный образец (fig.2).

Диаграмма 1. Нагрузк-Разгржая кривые. h - смещение, P - нагрузка, S - жесткость контакта.

Диаграмма 2. поверхность Сапфира с indents. Размер Развертки: μm 5 x 5

Sclerometry

Не Похож На cantilever общих зондов AFM кремния, piezoceramic пульт зонда для NTEGRA-основанного Sclerometry имеет большую твердость (104-105 N/m). Это делает степень усилия, прикладную к образцу гораздо большле чем в обычных системах AFM.

Nanoscratching

Nanoscratching метод основанный на делать скресты на поверхности образца и измерять их параметры: глубина и специально ширина.

Это дает возможность оценить твердость материалов количественно (fig.3, 4). В некоторые случаи полученные результаты могут обеспечить больше информации чем то полученное nanoindentation, потому что ширина скреста, как резыльтат упругой релаксации, дорабатывает чем своя глубина.

Диаграмма 3. 3 скреста различных глубин, сделанного в плавленном кварце. Размер 4 x Изображения μm 4.

Диаграмма 4. Кривый показывает глубину & ширину скрестов в плавленном кварце.

Sclerometry, Динамическое Испытание Без разрушения

Зонд прикреплен к stiff но гибкому cantilever, таким образом амплитуду и частоту, котор принудили колебаний зонда можно использовать для воображения топографии и испытывая эластичных свойств материалов (FIG. 5). В частности, этот метод обеспечивает количественное значение Young модуля на каждый этап просмотренного образца.

Вследствие высокой частоты резонанса piezoceramic зонда, возможно отобразить свойства твердости и упругости очень более быстро чем используя стандартные методы вмятия с высокой нагрузкой (например NTEGRA+Hysitron TriboScope). С другой стороны, не похож на SPMs с обычными зондами кремния, NTEGRA-основанное Sclerometry позволяет испытать очень трудные материалы и фильмы (FIG. 6).

Диаграмма изменение 5. Частот записана как функция положения зонда. Наклон кривого Δf характеризует Young модуль образца.

Диаграмма 6. Изображение смеси (металла + fullerite C60). Среднее μm размера зерна ~0.4-0.8. Размер Изображения: μm 3,5 x 3,5: топография a) поверхности; b) Young карта модуля.

NTEGRA Основало Sclerometry

Конструкция зонда используемого в NTEGRA-основанном Sclerometry позволяет пользе разнообразие полуфабрикат подсказок: диамант Berkovich наклоняет, диамант полупроводника наклоняет, Etc.

Исследование прилипания тонкого фильма к субстрату можно рассматривать примером применений nanotribology. Nanotribology включает царапать фильма с augmentative усилием и определять нагрузку отрыва фильма или износа-вне (fig.7).

Диаграмма 7. Фильм nanotubes 45°-oriented при след скреста, сделанный перпендикуляром к nanotubes склоняет. Размер Изображения: μm 5,9 x 5,9

NTEGRA-основанное Sclerometry делает его возможным работать с различными типами фильмов внутри широкий диапазон толщин (от нескольких нанометров до нескольких микронов) и hardnesses.

Почему Важно Слить SPM С Nanoindentation?

Потому Что возможно сделать SPM-изображение используя такой же зонд, которого необходим для:

1. Находящ indents, сделанные с светлой нагрузкой, которые очень малы и трудны для того чтобы увидеть с обычной оптикой.

2. Точный количественный измерять параметров вмятия и скреста и находить дефекты indents (куч-поднимает, Etc.).

3. Убеждающся что необходимый предмет измерен в случае если он имеет малый размер и не увиден в оптике, например nanoparticles, nanoscratches на фильмах, Etc.

Просматривать доработанный образец с такой же подсказкой точен в виду того что indent всегда широке чем подсказка должная к упругой релаксации

Платформа NTEGRA

Платформа NTEGRA специально была конструирована для того чтобы интегрировать различные методы для того чтобы дать в конечном счете новые и уникально методы материального испытания. Например, confocal микроскопия Raman может быть прикладной визуализировать усилие после nanoindentation и nanoscratching (fig.8). Модификация поверхности и рассмотрение могут быть обоими выполненные такой же аппаратурой.

Диаграмма 8. Indents и скресты на поверхности GaAs (a) и изображениях усилия полученных путем отображать спектров Raman переносит (b, c). Размеры Изображения: a). μm 80 x 100; b). μm 25 X 25; c). μm 6 x 6.

NTEGRA + Hysitron TriboScope

Любые NTEGRA-основанная система можно оборудовать с системой nanoindentation Hysitron TriboScope. Ее обеспечивает высокие нагрузки (до 1N) и можно установить с различными коммерчески зондами так же, как NTEGRA-основанное Sclerometry. Динамическое испытание Без Разрушения и Young отображать модуля можно выполнить также. Все режимы sclerometry - nanoindentation, nanoscratching и nanotribology - могут быть прикладной в испытаниях с внедрение NTEGRA + Hysitron TriboScope.

Микроскопия Атомного Усилия Акустическая (AFAM)

Главная идея за AFAM зарегистрирование колебаний зонда AFM, когда консольная подсказка в контакте с осциллируя образцом. Одновременно с акустическим воображением она формирует топографию по мере того как она сделана методами AFM контакта. Отображать Young модуля не причиняет разрушение образца (ни вмятия ни скресты выйдены на поверхность).

AFAM обеспечивает острый контраст воображения для трудных & мягких образцов, тогда как контраст поддержки методов AFM (например воображение участка и модуляция усилия) только для относительно мягких материалов (fig.9, 11).

Диаграмма 9. Нашивки низкого уровня & полиэтилена высокой плотности с различной упругостью. Размер Развертки: μm 47x47.

В non-гомогенност некоторых случаев внутренние смогите быть визуализировано внутри том образца. Возможно потому что весь образец «сотрясал» с акустическими частотами и весь том включается в поколение колебаний зонда (fig.10).

Диаграмма 10. поверхность HDD. Топография (A) & линия AFAM (B) A яркая в середине изображения AFAM маркируют внутренний отказ, который не увиден на изображении топографии. Размер Изображения: μm 0.8x0.8.

Диаграмма 11. Отполированный образец PZT. Увидено что самый лучший контраст получен с AFAM. Размер Развертки: μm 4x4.

Атомная Спектроскопия Усилия

Нажимая поверхность обычным зондом AFM, одно может надеяться линейную зависимость гнуть cantilever и прикладное усилия. Это смогло быть случаем, если образец был совершенно трудн и он не был смещен зондом. Практически, на мягких образцах кривый усили-расстояния нелинейна. Свои параметры можно использовать для того чтобы высчитать до какой степени поверхность смещена, когда определенное усилие прикладной. В свою очередь, это путь к количественным оценкам Young модуля (fig.12).

Этот подход успешен на нежности и очень мягких образцах, потому что константа весны обычных cantilevers AFM относительно мала (обычно не больше чем 102 N/m). Для изучать такие тонкие предметы как живущие клетки и естественные органеллы клетки (fig.13), cantilever должен быть как можно мягок для того чтобы предотвратить существенную деформацию образца. Типичные значения весны постоянн в этот случай 10-10-2-1 N/m.

Диаграмма 12. Принудьте параметры кривого которые использованы для количественной оценки эластичных свойств материала. F - нагрузка; d - консольное смещение; k - константа консольного рессоры; δ - вмятие; ΔZ - смещение образца.

Диаграмма 13. Young модуль как оценено на поверхности живущей клетки и на дне Чашка Петри. Один пункт поверхности клетки почти дважды как трудн как другой один, пока Чашка Петри 6 порядков величины более крепко. Размер Развертки: μm 25x25

Сравнение Таблицы 1. методов

Ряд Твердости

Разрушение

Твердость Образцов

Максимальные Нагрузки

NTEGRA основало scleronmetry

0.1-100 GPa

Разрушительно и без разрушения

Крепко & очень крепко

mN 200

NTEGRA + Hysitron Triboscope

0.1-100 GPa

Разрушительно и без разрушения

Крепко & очень крепко

1 N

Вариант AFAM

10kPa - 10GPa

Без Разрушения

Трудно & мягко

-

AFM

1 kPa - 1 GPa

Desctructive & без разрушения

Мягко & очень мягко

mN 2

Источник: NT-MDT

Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите NT-MDT

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit