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湖北材料科學納米力學測試技術(shù)

來源: 發(fā)布時間:2024-05-20

納米測量技術(shù)是利用改制的掃描隧道顯微鏡進行微形貌測量,這個技術(shù)已成功的應用于石墨表面和生物樣本的納米級測量。國外于1982年發(fā)明并使其發(fā)明者Binnig和Rohrer(美國)榮獲1986年物理學諾貝爾獎的掃描隧道顯微鏡(STM)。1986年,Binnig等人利用掃描隧道顯微鏡測量近10-18N的表面力,將掃描隧道顯微鏡與探針式輪廓儀相結(jié)合,發(fā)明了原子力顯微鏡,在空氣中測量,達到橫向精度3n m和垂直方向0.1n m的分辨率。California大學S.Alexander等人利用光杠桿實現(xiàn)的原子力顯微鏡初次獲得了原子級分辨率的表面圖像。納米力學測試可以用于評估納米材料的熱力學性能,為納米材料的應用提供參考依據(jù)。湖北材料科學納米力學測試技術(shù)

湖北材料科學納米力學測試技術(shù),納米力學測試

掃描探針聲學顯微術(shù)一般適用于模量范圍在1~300 GPa 的材料。對于更軟的材料,在測試過程中接觸力有可能會對樣品造成損害?;谳p敲模式的原子力顯微鏡多頻成像技術(shù)是近年來發(fā)展的一項納米力學測試方法。通過同時激勵和檢測探針多個頻率的響應或探針振動的兩階(或多階) 模態(tài)或探針振動的基頻和高次諧波成分等,可以實現(xiàn)對被測樣品形貌、彈性等性質(zhì)的快速測量。只要是涉及探針兩個及兩個以上頻率成分的激勵和檢測,均可以歸為多頻成像技術(shù)。由于輕敲模式下針尖施加的作用力遠小于接觸狀態(tài)下的作用力,因此基于輕敲模式的多頻成像技術(shù)適合于軟物質(zhì)力學性能的測量。廣州電線電纜納米力學測試服務納米力學測試還可以評估材料在高溫、低溫等極端環(huán)境下的性能表現(xiàn)。

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金屬玻璃納米線的熱機械蠕變測試,金屬玻璃由于其獨特的力學性能,如高彈性極限和高斷裂韌性,而受到越來越多的關(guān)注。而且,其寬的過冷液態(tài)區(qū)間開啟了超塑成形的材料加工工藝。因此定量研究金屬玻璃的熱機械行為是至關(guān)重要的。右圖顯示了針對金屬玻璃超塑性性能的研究。金屬玻璃納米線通過Pt基電子束沉積方法固定在FT-S微力傳感探針和樣品臺之間。在進行蠕變測試時(施加固定拉伸力來測量樣品的形變量),納米力學測試采用對納米線通電加熱來控制納米線溫度。這樣可測試納米線在不同溫度下的熱機械蠕變性能。

與傳統(tǒng)硬度計算不同的是,A 值不是由壓痕照片得到,而是根據(jù) “接觸深度” hc(nm) 計算得到的。具體關(guān)系式需通過試驗來確定,根據(jù)壓頭形狀的不同,一般采用多項式擬合的方法,比如針對三角錐形壓頭,其擬合結(jié)果為:A = 24.5 + 793hc + 4238+ 332+ 0.059+0.069+ 8.68+ 35.4+ 36. 9式中 “接觸深度”hc由下式計算得出:hc = h - ε P max/S,式中,ε是與壓頭形狀有關(guān)的常數(shù),對于球形或三角錐形壓頭可以取ε = 0.75。而S的值可以通過對載荷-位移曲線的卸載部分進行擬合,再對擬合函數(shù)求導得出,即,式中Q 為擬合函數(shù)。這樣通過試驗得到載荷-位移曲線,測量和計算試驗過程中的載荷 P、壓痕深度h和卸載曲線初期的斜率S,就可以得到樣品的硬度值。該技術(shù)通過記錄連續(xù)的載荷-位移、加卸載曲線,可以獲得材料的硬度、彈性模量、屈服應力等指標,它克服了傳統(tǒng)壓痕測量只適用于較大尺寸試樣以及只能獲得材料的塑性性質(zhì)等缺陷,同時也提高了硬度的檢測精度,使得邊加載邊測量成為可能,為檢測過程的自動化和數(shù)字化創(chuàng)造了條件。納米力學測試助力新能源材料研發(fā),提高能量轉(zhuǎn)換效率。

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用戶可設計自定義的測試程序和測試模式:①FT-NTP納米力學測試平臺,是一個5軸納米機器人系統(tǒng),能夠在絕大部分全尺寸的SEM中對微納米結(jié)構(gòu)進行精確的納米力學測試。②FT-nMSC模塊化系統(tǒng)控制器,其連接納米力學測試平臺,同步采集力和位移數(shù)據(jù)。其較大特點是該控制器提供硬。件級別的傳感器保護模式,防止微力傳感探針和微鑷子的力學過載。③FT-nHCM手動控制模塊,其配置的兩個操控桿方便手動控制納米力學測試平臺。④帶接線口的SEM法蘭,實現(xiàn)模塊化系統(tǒng)控制器和納米力學測試平臺的通訊。納米力學測試的前沿研究方向包括多功能材料力學、納米結(jié)構(gòu)動力學等領域。廣州空心納米力學測試系統(tǒng)

在進行納米力學測試時,需要特別注意樣品的制備和處理過程,以避免引入誤差。湖北材料科學納米力學測試技術(shù)

應用舉例:納米纖維拉伸測試,納米力學測試單軸拉伸測試是納米纖維定量力學分析較常見的方法。用Pt-EBID將納米纖維兩端分別固定在FT-S微力傳感探針和樣品架上,拉伸直至斷裂。從應力-應變曲線計算得到混合納米纖維的平均屈服/極限拉伸強度為375MPa/706Mpa,金納米纖維的平均屈服/極限拉伸強度為451MPa/741Mpa。對單根納米纖維進行各種機械性能的定量測試需要通用性極高的儀器。這類設備必須能進行納米機器人制樣和力學測試。并且由于納米纖維軸向形變(延長)小,高位移分辨率和優(yōu)異的位置穩(wěn)定性(位置漂移?。τ诰_一定測量是至關(guān)重要的。湖北材料科學納米力學測試技術(shù)

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