量子效應(yīng)決定物理系統(tǒng)內(nèi)個(gè)別原子間的相互作用力。在納米力學(xué)中用一些原子間勢(shì)能的平均數(shù)學(xué)模型引入量子效應(yīng)。在經(jīng)典多體動(dòng)力學(xué)內(nèi)加入原子間勢(shì)能提供了納米結(jié)構(gòu)和原子尺寸決定性的力學(xué)模型。數(shù)據(jù)方法求解這些模型稱為分子動(dòng)力學(xué)(MD),有時(shí)稱為分子力學(xué)。非決定性數(shù)字近似包括蒙特卡羅,動(dòng)力蒙卡羅和其它方法。現(xiàn)代的數(shù)字工具也包括交叉通用近似,允許同時(shí)和連續(xù)利用原子尺寸的模型。發(fā)展這些復(fù)雜的模型是另一應(yīng)用力學(xué)的研究課題。納米力學(xué)測(cè)試可以幫助研究人員了解納米材料的變形和斷裂機(jī)制,為納米材料的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供指導(dǎo)。廣西微納米力學(xué)測(cè)試方法
一般力學(xué)原理包括:。能量和動(dòng)量守恒原理;。哈密頓變分原理;。對(duì)稱原理。由于研究的物體小,納米力學(xué)也要考慮:。當(dāng)物體尺寸和原子距離可比時(shí),物體的離散性;。物體內(nèi)自由度的多樣性和有限性。。熱脹落的重要性;。熵效應(yīng)的重要性;。量子效應(yīng)的重要性。這些原理可提供對(duì)納米物體新異性質(zhì)深入了解。新異性質(zhì)是指這種性質(zhì)在類似的宏觀物體沒(méi)有或者很不相同。特別是,當(dāng)物體變小,會(huì)出現(xiàn)各種表面效應(yīng),它由納米結(jié)構(gòu)較高的表面與體積比所決定。這些效應(yīng)影晌納米結(jié)構(gòu)的機(jī)械能和熱學(xué)性質(zhì)(熔點(diǎn),熱容等)例如,由于離散性,固體內(nèi)機(jī)械波要分散,在小區(qū)域內(nèi),彈性力學(xué)的解有特別的行為。自由度大引起熱脹落是納米顆粒通過(guò)潛在勢(shì)壘產(chǎn)生熱隧道及液體和固體交錯(cuò)擴(kuò)散的理由。小和熱漲落提供了納米顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的基本理由。在納米范圍增加了熱漲落重要性和結(jié)構(gòu)熵,使納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超彈性,熵彈性(熵力)和其它新彈性。開(kāi)放納米系統(tǒng)的自組織和合作行為中,結(jié)構(gòu)熵也令人產(chǎn)生很大興趣。湖南高校納米力學(xué)測(cè)試收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)納米壓痕技術(shù)作為一種常見(jiàn)測(cè)試方法,可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料在微觀層面的力學(xué)性能。
譜學(xué)技術(shù)微納米材料的化學(xué)成分分析主要依賴于各種譜學(xué)技術(shù),包括紫外-可見(jiàn)光譜紅外光譜、x射線熒光光譜、拉曼光譜、俄歇電子能譜、x射線光電子能譜等。另有一類譜儀是基于材料受激發(fā)的發(fā)射譜,是專為研究品體缺陷附近的原子排列狀態(tài)而設(shè)計(jì)的,如核磁共振儀、電子自旋共振譜儀、穆斯堡爾譜儀、正電子湮滅等等。熱分析技術(shù),納米材料的熱分析主要是指差熱分析、示差掃描量熱法以及熱重分析。三種方法常常相互結(jié)合,并與其他方法結(jié)合用于研究微納米材料或納米粒子的一些特 征:(1)表面成鍵或非成鍵有機(jī)基團(tuán)或其他物質(zhì)的存在與否、含量多少、熱失重溫度等(2)表面吸附能力的強(qiáng)弱與粒徑的關(guān)系(3)升溫過(guò)程中粒徑變化(4)升溫過(guò)程中的相轉(zhuǎn)變情況及晶化過(guò)程。
微納米材料研究中用到的一些現(xiàn)代測(cè)試技術(shù):電子顯微法,電子顯微技術(shù)是以電子顯微鏡為研究手段來(lái)分析材料的一種技術(shù)。電子顯微鏡擁有高于光學(xué)顯微鏡的分辨率,可以放大幾十倍到幾十萬(wàn)倍的范圍,在實(shí)驗(yàn)研究中具有不可替代的意義,推動(dòng)了眾多領(lǐng)域研究的進(jìn)程。電子顯微技術(shù)的光源為電子束,通過(guò)磁場(chǎng)聚焦成像或者靜電場(chǎng)的分析技術(shù)才達(dá)成高分辨率的效果、利用電子顯微鏡可以得到聚焦清晰的圖像, 有利于研究人員對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行觀察分析。在納米力學(xué)測(cè)試中,常用的測(cè)試方法包括納米壓痕測(cè)試、納米拉伸測(cè)試和納米彎曲測(cè)試等。
金屬玻璃納米線的熱機(jī)械蠕變測(cè)試,金屬玻璃由于其獨(dú)特的力學(xué)性能,如高彈性極限和高斷裂韌性,而受到越來(lái)越多的關(guān)注。而且,其寬的過(guò)冷液態(tài)區(qū)間開(kāi)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(jī)械行為是至關(guān)重要的。右圖顯示了針對(duì)金屬玻璃超塑性性能的研究。金屬玻璃納米線通過(guò)Pt基電子束沉積方法固定在FT-S微力傳感探針和樣品臺(tái)之間。在進(jìn)行蠕變測(cè)試時(shí)(施加固定拉伸力來(lái)測(cè)量樣品的形變量),納米力學(xué)測(cè)試采用對(duì)納米線通電加熱來(lái)控制納米線溫度。這樣可測(cè)試納米線在不同溫度下的熱機(jī)械蠕變性能。納米力學(xué)測(cè)試的發(fā)展促進(jìn)了納米材料及其應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展和創(chuàng)新。廣西電線電纜納米力學(xué)測(cè)試設(shè)備
納米力學(xué)測(cè)試對(duì)于理解納米材料在極端條件下的力學(xué)行為具有重要意義,如高溫、高壓等。廣西微納米力學(xué)測(cè)試方法
納米纖維已經(jīng)展現(xiàn)出各種有趣的特性,除了高比表面積-體積比,納米纖維相比于塊狀材料,沿主軸方向有更突出的力學(xué)特性。因此納米纖維在復(fù)合材料、纖維、支架(組織工程學(xué))、藥物輸送、創(chuàng)傷敷料或紡織業(yè)等領(lǐng)域是一種非常有應(yīng)用前景的材料。納米纖維機(jī)械性能(剛度、彈性變形范圍、極限強(qiáng)度、韌性)的定量表征對(duì)理解其在目標(biāo)應(yīng)用中的性能非常重要,而測(cè)量這些參數(shù)需要高度專業(yè)畫的儀器,必須具備以下功能:以亞納米的分辨率測(cè)量非常小的變形;在測(cè)量的時(shí)間量程(例如100 s)內(nèi)在納米級(jí)的位移下保持高度穩(wěn)定的測(cè)量系統(tǒng);以亞納米分辨率測(cè)量微小力;處理(撿取-放置)納米纖維并將其放置在機(jī)械測(cè)試儀器上。廣西微納米力學(xué)測(cè)試方法