纳米力学测试系统的原理及其应用_图文_百度文库
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纳米力学测试系统的原理及其应用
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纳米压痕检测中保载时间对骨微观弹性模量和硬度影响
优质期刊推荐纳米压痕仪
仪器分类编码*
所在单位内仪器编号
仪器中文名称*
纳米压痕XP测试系统
仪器英文名称
Nano Indenter G200 System
仪器型号规格*
Nano Indenter G200
主要技术指标*
1纳米压痕测试
1.1 &静态纳米压痕模式：
*a) 压头总的位移范围：³1.5mm
b) 最大压痕深度：³500mm
c) 位移分辨率：&0.02nm
d) 加载模式：电磁力加载（或其它合格加载模式）
e) 位移测量：三片电容位移传感器
*f) 最大载荷：³500mN
g) 载荷分辨率：&50nN
h) 最小接触力：&1.0mN
i) 仪器框架刚度：³5x106 N/m
j) 更换压头时间：& 60s
k) 内置一个Berkovich 金刚石压头，顶部曲率半径:&&&& & 20nm
l) 符合ISO ，3国际标准
m) 实时温度测量、采集并显示。
1.2动态纳米压痕模式
*a) 能够进行恒应变速率（dP/dt/P：P是载荷，t是时间）加载过程中硬度、弹性模量和接触刚度的实时测试、实时处理和实时显示；
*b)能够通过一次压痕获得接触刚度、硬度和弹性模量随压痕深度的连续函数分布；
*c) 能够在10分钟内完成一个恒应变速率（例如：0.05s-1, 标准试样)控制下的纳米压痕测试，单次压入实验应能获得沿压痕深度方向不少于50000个硬度和弹性模量数据点。(投标商必须提供测试结果证明此项功能)
d) 能够测量高分子材料的储存模量、损耗模量和阻尼（tand）
e) 能够在压入过程中通过反馈系统保持恒定的简谐位移振幅为2nm。
f) 简谐力频率范围:&& 1Hz to 300 Hz
*g) 简谐力振幅范围:&100 nN to 4.5 mN
1.3 纳米划痕测量模式：
a) 系统能够扫描并显示试样表面任意方向的轮廓图,实现台阶仪功能。
b) 系统能够执行线性变载或恒定载荷模式下的划痕测试，并自动给出薄膜与基底材料之间的临界附着力，划痕深度、划痕宽度、凸起高度以及材料的粘弹性恢复等力学性能。主要技术参数如下：
c)最大划痕力：³500 mN
d) 最大划擦深度：³500 mm
e) 最大划痕长度：³100mm
f) 最大划痕速度：³100mm/s
2光学成像系统
a) 显微镜带有位置反馈（Microscope with position feedback）控制
b) 该系统配有高分辨率的彩色CCD和与之匹配的图形采集系统
c) 至少配有两个放大倍率分别为10X和40X的物镜
d) 屏幕上最高放大倍率³1000X
e) LED光源系统方便观察样品位置和工作面
f) 软件控制光源系统和聚焦系统
h) 点击鼠标即可实时存取试样表面的光学图像
3 X-Y样品定位台
a) X方向移动范围³200mm
b) Y方向移动范围³200mm
c)有效工作面积：³100mmX100mm
d) 定位分辨率：& 0.1um
e) 定位精度：& 1um
f) 样品台包括试样高度精细调节器，能够使得每个样品原位调节高度。
4分析测试软件包
a) 压痕过程中点击鼠标可以实时切换显示测试参量（载荷、位移、硬度、弹性模量和接触刚度等）；
b) 可将所有测试数据输出到Excel格式；
c) 压头面积函数校对；
d) 计算和显示单个试样不同位置的测试参量的平均值和误差；
e) 计算和显示多个试样的测试参量的平均值和误差；
f) 可以给出测量结果的X-Y曲线，或柱状图，方便用户比较多个试样的测试结果。
5计算机配置：
?双CPU的计算机一台，两个CPU的主频:³ 2.5GHz, 1G内存，硬盘³60GB，16x DVD刻录机，声卡、图形抓获能力、键盘，19英寸纯平液晶彩显，彩色喷墨打印机，正版Windows操作系统和Office软件。
主要测试和
农业□,&农产品和食品□,&林业□,&土壤□,&生态环境□, 材料■, 生物医学□,&医药□,&石油化工□,&& 地质矿产□, 珠宝首饰□,&机械工程■,&海洋□, 大气物理□, 水文气象□, 公共安全□,&能源□，轻工□,&电子与测量□,&计算机□, 有机化学□,&考古■,&天文□,&其它□
主要用途（单选）
研究■, 教育□, 商用□, 其他□
主要附件及功能
a) 备用Berkovich 金刚石压头，顶部曲率半径：&20nm,一只；
b) 熔融石英标样，一只。
c) 单晶铝标样，一只。
d)&Pyrex标样，一只。
e) 高性能减震台，自身共振频率为0.5Hz。
f) 环境隔离箱
g) 技术资料一套
i) 专用工具一套
仪器认证情况*
安捷伦科技公司
所在单位名称*
武汉大学物理科学与技术学院
武汉大学纳米科学与技术研究中心
仪器安放地址*
武汉大学纳米科学与技术研究中心
仪器联系人*
是■,&&&&&& 否□
正常■,偶有故障□,
故障频繁□,报废□,
闲置□,未启用□,
开放机时安排*
对内70%，对外30%
参考收费标准*
280元/个样品
服务统计年份
年对外服务机时
&&&&&&&&&&&&&& （小时）
年对外服务收入
&&&& &&&&&&&（元）
知名用户及
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纳米压痕法测量Cu膜的硬度和弹性模量
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纳米压痕仪的常见技术原理
发布时间：
& &主要由轴向移动线圈、加载单元、金刚石压头和控制单元等四部分组成。纳米压痕仪由于具有无损、可以在很小的局部范围测试材料的力学性能等优点,近10年来在材料的微观力学性能研究方面得到了广泛的应用。纳米压痕技术大体上有5种技术理论：&
& &(1)Oliver和Pharr方法：根据试验所测得的载荷一位移曲线，可以从卸载曲线的斜率求出弹性模量，而硬度值则可由最大加载载荷和压痕的残余变形面积求得。该方法的不足之处是采用传统的硬度定义来进行材料的硬度和弹性模量计算，没有考虑纳米尺度上的尺寸效应。&
& &(2)应变梯度理论：材料硬度H&依赖于压头压人被测材料的深度h，并且随着压人深度的减小而增大，因此具有尺度效应。该方法适用于具有塑性的晶体材料。但该方法无法计算材料的弹性模量。&
& &(3)Hainsworth方法：由于卸载过程通常被认为是一个纯弹性过程，可以从卸载曲线求出材料弹性模量，并且可以根据卸载后的压痕残余变形求出材料的硬度。该方法适用于超硬薄膜或各向异性材料，因为它们的卸载曲线无法与现有的模型相吻合。该方法的缺点是材料的塑性变形假设过于简单，缺乏理论上支持。
& &(4)体积比重法&：主要用来计算薄膜／基体组合体系的硬度，但多局限于试验研究方法，试验的结果也难以完全排除基体对薄膜力学性能的影响。&
& &(5)分子动力学模拟&：该方法在原子尺度上考虑每个原子上所受到作用力、键合能以及晶体晶格常量，并运用牛顿运动方程来模拟原子间的相互作用结果，从而对纳米尺度上的压痕机理进行解释。&
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