海南原位纳米力学测试应用

纳米力学（Nanomechanics）是研究纳米范围物理系统的基本力学（弹性，热和动力过程）的一个分支。纳米力学为纳米技术提供科学基础。作为基础科学，纳米力学以经验原理（基本观察）为基础，包括：一般力学原理和物体变小而出现的一些特别原理。纳米力学（Nanomechanics）是研究纳米范围物理系统基本力学性质（弹性，热和动力过程）的纳米科学的一个分支。纳米力学为纳米技术提供了科学基础。纳米力学是经典力学，固态物理，统计力学，材料科学和量子化学等的交叉学科。纳米力学测试旨在探究微观尺度下材料的力学性能，为科研和工业领域提供有力支持。海南原位纳米力学测试应用

随着精密、 超精密加工技术的发展，材料在纳米尺度下的力学特性引起了人们的极大关注研究。而传统的硬度测量方法只适于宏观条件下的研究和应用，无法用于测量压痕深度为纳米级或亚微米级的硬度( 即所谓纳米硬度，nano- hardness) 。近年来，测量纳米硬度一般采用新兴的纳米压痕技术 (nano-indentation)，由于采用纳米压痕技术可以在极小的尺寸范围内测试材料的力学性能，除了塑性性质外，还可反映材料的弹性性质，因此得到了越来越普遍的应用。广西金属纳米力学测试厂商纳米力学测试在生物医学领域，助力研究细胞力学行为，揭示疾病发生机制。

在AFAM 测试系统开发方面，Hurley 等开发了一套基于快速数字信号处理的扫频模式共振频率追踪系统。这一测试系统可以根据上一像素点的接触共振频率自动调整扫描频率的上下限。随后，他们又开发出一套称为SPRITE(scanning probe resonance image tracking electronics) 的测试系统，可以同时对探针两阶模态的接触共振频率和品质因子进行成像，并较大程度上提高成像速度。Rodriguez 等开发了一种双频共振频率追踪(dual frequency resonance tracking，DFRT) 的方法，此种方法应用于AFAM 定量化成像中，可以同时获得探针的共振频率和品质因子。日本的Yamanaka 等利用PLL(phase locked loop) 电路实现了UAFM 接触共振频率追踪。

FT-NMT03纳米力学测试系统可以配合SEM/FIB原位精确直接地测量纳米纤维的力学特性。微力传感器加载微力，纳米力学测试结合高分辨位置编码器可以对纳米纤维进行拉伸、循环、蠕变、断裂等形变测试。力-形变（应力-应变）曲线可以定量的表征纳米纤维的材料特性。此外，纳米力学测试结合样品架电连接，可以定量表征电-机械性质。位置稳定性，纳米力学测试对于纳米纤维的精确拉伸测试，纳米力学测试系统的位移是测试不稳定性的主要来源。图2展示了FT-NMT03纳米力学测试系统位移的统计学评价，从中可以找到每一个测试间隔内位移导致的不确定性，例如100s内为450pm，意思是65%（或95%）的概率，纳米力学测试系统在100s的时间间隔内的位移稳定性小于±450pm（或±900pm）。纳米力学测试技术的发展推动了纳米材料和纳米器件的性能优化。

AFAM 的基本原理是利用探针与样品的接触振动来对材料纳米尺度的弹性性能进行成像或测量。AFAM 于20 世纪90 年代中期由德国萨尔布吕肯无损检测研究所的Rabe 博士(女) 首先提出，较初为单点测量模式。2000 年前后，她们采用逐点扫频的方式实现了模量成像功能，但是成像的速度很慢，一幅128×128 像素的图像需要大约30min，导致图像的热漂移比较严重。2005 年，美国国家标准局的Hurley 博士(女) 采用DSP 电路控制扫频和探针的移动，将成像速度提高了4~5倍(一幅256×256 像素的图像需要大约25min)。纳米力学测试可以应用于纳米材料的研究和开发，以及纳米器件的设计和制造。湖南半导体纳米力学测试技术

在生物医学领域，纳米力学测试有助于了解细胞与纳米材料的相互作用机制。海南原位纳米力学测试应用

AFAM 利用探针和样品之间的接触共振进行测试，基于对探针的动力学特性以及针尖样品之间的接触力学行为分析，可以通过对探针接触共振频率、品质因子、振幅、相位等响应信息的测量，实现被测样品力学性能的定量化表征。AFAM 不只可以获得样品表面纳米尺度的形貌特征，还可以测量样品表面或亚表面的纳米力学特性。AFAM 属于近场声学成像技术，它克服了传统声学成像中声波半波长对成像分辨率的限制，其分辨率取决于探针针尖与测试样品之间的接触半径大小。AFM 探针的针尖半径很小(5~50 nm)，且施加在样品上的作用力也很小(一般为几纳牛到几微牛)，因此AFAM 的空间分辨率极高，其横向分辨率与普通AFM 一样可以达到纳米量级。与纳米压痕技术相比，AFAM 在分辨率方面具有明显的优势，通常认为其测试过程是无损的。此外，AFAM 在成像质量和速度方面均明显优于纳米压痕。目前，AFAM 已经普遍应用于纳米复合材料、智能材料、生物材料、纳米材料和薄膜系统等各种先进材料领域。海南原位纳米力学测试应用