图6-14弹塑性材料在纳米压痕实验中的压痕变化剖面图图6-15典型的纳米压痕实验载荷位移曲线1.压痕硬度和弹性模量的计算在图6-15中,hmax表示测试时的最大压痕深度,Pmax表示测试时的最大加载力,hf表示卸载后的剩余压痕深度。纳米压痕仪不仅仅可以测得纳米材料的杨氏模量,还可以测得纳米材料的硬度。......
2023-06-20
纳米压痕仪(nanoindenter)不仅能测量传统的硬度指标,也可以测量拉伸指标、冲击指标等,因此得到了广大纳米科技工作者的青睐。实际上,压痕实验已有百余年历史,是基于压深传感的压痕技术(depth-sensing indentation)。在这种技术中,用已知材料性质的压头压入被测材料的表面,并实时且连续地记录载荷—位移加卸载曲线,可推断出材料的弹性模量、硬度、屈服应力、幂次律蠕变指数等。传统的压痕技术具有直接、简单的优点,但它的分辨率较低,通常需要足够深的压痕深度才能保证其数据的有效性。
随着材料制备技术水平的发展,材料越来越趋向于纳米尺寸,传统的压痕技术已经不能有效地测试低维材料的力学性能。纳米压痕仪(如图6-13所示)作为一种高精度的压痕测试设备,其载荷精度已达到几十个纳牛顿,位移精度达到0.1 nm,可以精确地完成量程为数十个纳米的压痕实验,形成了纳米压痕测量技术。由于纳米压痕实验可在极浅的深度下测量硬度,所以被广泛用于微米或纳米晶粒材料和薄膜的力学测量。
图6-13 纳米压痕仪
(a)全貌图 (b)局部放大图
本章介绍的纳米压痕仪是指广义的纳米压痕仪,也可称作纳米力学测试系统。除了提供高精度的纳米压痕测试外,还可提供相关的全面综合测试:如纳米划痕和磨损测试、纳米冲击和疲劳测试,以及在高温、液体环境中的测试。
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2023-06-20
图6-19为一个商品化的纳米压痕仪及其工作原理。目前,各种商业应用的纳米压痕仪原理基本相同,它们的差别主要表现在力的加载方式和位移的测量方式上。图6-19压痕仪的结构及内部结构根据前面的介绍,目前的纳米压痕仪的工作模式有两种:普通模式和连续刚性测量模式。压头在纳米压痕仪中是一个重要的部件,测试时需要选择合适的压头。是纳米压痕试验另一个常用的压头。球形压头的初始接触应力小,仅产生弹性变形。......
2023-06-20
通过使用装有Berkovich金刚石压头的仪器系统,我们可以在焊点横截面上制作一个纳米压痕标记物的面阵列。在本次研究中,所使用的纳米标记物的尺寸为5μm,标记深度为1 000 nm。图9.15所示为在电迁移试验前后,共晶锡银铜焊点横截面上所制成的纳米压痕标记物的阵列[15]。对于阳极附近标记物的反向移动,一种可能的机制是,背应力或柯肯达尔漂移引起了锡从阳极到阴极的反向流动。因此,为了分析第六行标志物的运动,我们需要一个不同的机制。......
2023-06-20
从纳米压痕仪的结构可以看到,显微镜是压痕仪的重要组成部分,利用显微镜,可以精确定位需要测量的位置及实现对压痕、划痕等的观察。传统的纳米压痕仪通称使用光学显微镜。因此,现代的纳米压痕仪更多的是与各种高分辨率的显微镜相结合[67-72]。图6-25为压痕仪与扫描电镜、透射电镜和原子力显微镜相结。AFM纳米压痕的缺点是不能提供较大的载荷,响应速度较慢,数据处理复杂。......
2023-06-20
近十几年来,在微观力学方面,纳米压痕技术受到越来越广泛的应用,主要体现在以下几个方面。图6-27为采用纳米压痕技术在硅表面施加50mN压力后形成的压痕阵列。图6-30为利用纳米压痕和显微成像技术相结合的一个典型例子。图6-31为采用材料纳米压痕技术测量Al多晶材料中一个晶粒性能的过程及力—位移曲线。Bahr[88]利用纳米压痕实验完成了低于50 nm深度的硬度测量;Adams[89]用纳米压痕实验研究了颗粒薄膜凝聚体的断裂机制。......
2023-06-20
已有很多文章对载流子迁移率的重要性进行研究。图7-4所示为TOF实验装置图[8]。图7-4TOF系统2.TOF系统中的实际使用问题薄膜的厚度。TOF方法只适合载流子迁移率在10-7~10-1 cm2/V·sec范围,迁移率太高和太低都不适合。电子迁移率和空穴迁移率。在TOF系统中,数据的重复性包含了测量数据的可重复性及光电器件的可重复性。......
2023-06-20
纳米材料的磁性质主要表现为超顺磁性、高的矫顽力、低的居里温度和高的磁化率[1-3]。当纳米材料尺寸较小,使得各向异性减少到能与热运动相比拟时,磁化方向不再固定于一个易磁化方向而是做无规律的变化,因而出现超顺磁性现象。不同纳米材料出现超顺磁性的临界尺寸不同。由于小尺寸效应和表面效应而导致纳米粒子的本征和内在的磁性变化,使其具有较低的居里温度。......
2023-06-20
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