福建科研院纳米力学测试系统

Berkovich压头是纳米压痕硬度计中较常用的。它可以加工得很尖，而且几何形状在很小尺度内保持自相似，适合于小尺度的压痕实验。目前，该类压头的加工水平：端部半径50nm，典型值约40nm，中心线和面的夹角精度为J=0.025°。在纳米压痕硬度测量中，Berkovich压头是一种理想的压头。优点包括：易获得好的加工质量，很小载荷就能产生塑性，能减小摩擦的影响。Cube-corner压头因其三个面相互垂直，像立方体的一个角，故取此名称。压头越尖，就会在接触区内产生理想的应力和应变。目前，该种压头主要用于断裂韧性(fracture toughness)的研究。它能在脆性材料的压痕周围产生很小的规则裂纹，这样的裂纹能在相当小的范围内用来估计断裂韧性。锥形压头圆锥具有尖的自相似几何形状，从模型角度常利用它的轴对称特性，纳米压痕硬度的许多模型均基于圆锥压痕。由于难以加工出尖的圆锥金刚石压头，它在小尺度实验中很少使用。纳米力学测试可以用于评估纳米材料的性能和质量，以确保其在实际应用中的可靠性。福建科研院纳米力学测试系统

即使源电阻大幅降低至1MW，对一个1mV的信号的测量也接近了理论极限，因此要使用一个普通的数字多用表（DMM）进行测量将变得十分困难。除了电压或电流灵敏度不够高之外，许多DMM在测量电压时的输入偏移电流很高，而相对于那些纳米技术[3]常常需要的、灵敏度更高的低电平DC测量仪器而言，DMM的输入电阻又过低。这些特点增加了测量的噪声，给电路带来不必要的干扰，从而造成测量的误差。系统搭建完毕后，必须对其性能进行校验，而且消除潜在的误差源。误差的来源可以包括电缆、连接线、探针[5]、沾污和热量。下面的章节中将对降低这些误差的一些途径进行探讨。福建科研院纳米力学测试系统纳米力学测试通常在真空或者液体环境下进行，以保证测试的准确性。

样品制备，纳米力学测试纳米纤维的拉伸测试前需要复杂的样品制备过程，因此FT-NMT03纳米力学测试具备微纳操作的功能，纳米力学测试利用力传感微镊或者微力传感器可以对单根纳米纤维进行五个自由度的拾取-放置操作（闭环）。可以使用聚焦离子束（FIB）沉积或电子束诱导沉积（EBID）对样品进行固定。纳米力学测试这种结合了电-机械测量和纳米加工的技术为大多数纳米力学测试应用提供了完美的解决方案。SEM/FIB集成，得益于FT-NMT03纳米力学测试系统的紧凑尺寸（71×100×35mm），该系统可以与市面上绝大多数的全尺寸SEM/FIB结合使用，在样品台上安装和拆卸该系统十分简便，只需几分钟。此外，由于FT-NMT03纳米力学测试的独特设计（无基座、开放式），纳米力学测试体系统可以和电子背向散射衍射仪（EBSD）和扫描透射电子显微镜（STEM）技术兼容。

2005 年，中国科学院上海硅酸盐研究所的曾华荣研究员在国内率先单独开发出定频成像模式的AFAM，但不能测量模量。随后，同济大学、北京工业大学等单位也对这种成像模式进行了研究。2011 年初，我们研究组将双频共振追踪技术用于AFAM，实现了快速的纳米模量成像(一幅256×256 像素的图像只需1~2min)，并对其准确度和灵敏度进行了系统研究。较近几年，AFAM 引起了越来越多国内外学者的关注。然而，相对于其他AFM 模式，AFAM 的测量原理涉及梁振动力学和接触力学，初学者不容易掌握。纳米力学测试可以帮助研究人员了解纳米材料的力学响应机制，从而推动纳米科学的发展。

纵观纳米测量技术发展的历程，它的研究主要向两个方向发展：一是在传统的测量方法基础上，应用先进的测试仪器解决应用物理和微细加工中的纳米测量问题,分析各种测试技术,提出改进的措施或新的测试方法；二是发展建立在新概念基础上的测量技术，利用微观物理、量子物理中较新的研究成果,将其应用于测量系统中,它将成为未来纳米测量的发展趋向。但纳米测量中也存在一些问题限制了它的发展。建立相应的纳米测量环境一直是实现纳米测量亟待解决的问题之一，而且在不同的测量方法中需要的纳米测量环境也是不同的。纳米力学测试可以解决纳米材料在微纳尺度下的力学问题，为纳米器件的设计和制造提供支持。福建科研院纳米力学测试系统

在纳米力学测试中，常用的仪器包括原子力显微镜、纳米硬度仪等设备。福建科研院纳米力学测试系统

纳米压痕技术，纳米压痕技术是一种直接测量材料硬度和弹性模量的方法。该方法通过在纳米尺度下施加一个小的压痕负荷，通过测量压痕的深度和形状来推算材料的力学性质。纳米压痕技术一般使用压痕仪进行测试。在进行纳米压痕测试时，样品通常需要进行前处理，例如制备平整的表面或进行退火处理。测试过程中，将顶端负载在材料表面上，并控制负载的大小和施加时间。然后，通过测量压痕的深度和直径来计算材料的硬度和弹性模量。纳米压痕技术普遍应用于纳米硬度测试、薄膜力学性质研究等领域。福建科研院纳米力学测试系统