四川汽车纳米力学测试模块

微纳米材料力学性能测试系统是一种用于机械工程领域的科学仪器，于2008年11月18日启用。纵向载荷力和位移。载荷力分辨率：3nN（在施加1µN的条件下）；较小载荷接触力：＜100nN；较大载荷：10mN；位移分辨率：0.0004nm；较小位移：＜0.2nm；较大位移：5μm；热漂移：＜0.05nm/s（在室温条件下）。 横向载荷力和位移。载荷力的分辨率：0.5μN；较小横向力：＜5μN；较大横向力：2mN；位移分辨率：3nm；较小位移：＜5nm；较大位移：15μm；热漂移：＜0.05nm/s（在室温条件下）。磨损面积范围：4μm x 4μm 到 60μm x 60μm；磨损速率：≤180μm/s；纵向载荷范围：100nN – 1mN。X-Y stage。摩擦学测试在纳米力学领域具有重要地位，为减少能源损耗提供解决方案。四川汽车纳米力学测试模块

常把纳米力学当纳米技术的一个分支，即集中在工程纳米结构和纳米系统力学性质的应用面。纳米系统的例子，包括纳米颗粒，纳米粉，纳米线，纳米棍，纳米带，纳米管，包括碳纳米管和硼氮纳米管，单壳，纳米膜，纳米包附，纳米复合物/纳米结构材料（有纳米颗粒分散在内的液体），纳米摩托等。纳米力学一些已确立的领域是：纳米材料，纳米摩檫学（纳米范畴的摩檫，摩损和接触力学），纳米机电系统，和纳米应用流体学（Nanofluidics）。作为基础科学，纳米力学是以经验原理（基本观察）为基础。包括：1.一般力学原理；2.由于研究或探索的物体变小而出现的一些特别原理。四川汽车纳米力学测试模块纳米力学测试是一种用于研究纳米尺度材料力学性质的实验方法。

目前纳米压痕在科研界和工业界都得到了普遍的应用，但是它仍然存在一些难以克服的缺点，比如纳米压痕实际上是对材料有损的测试，尤其是对于薄膜来说；其压针的曲率半径一般在50 nm 以上，由于分辨率的限制，不能对更小尺度的纳米结构进行测试；纳米压痕的扫描功能不强，扫描速度相对较慢，无法捕捉材料在外场作用下动态性能的变化。基于AFM 的纳米力学测试方法是另一类被普遍应用的测试方法。1986 年，Binnig 等发明了头一台原子力显微镜(AFM)。AFM 克服了之前扫描隧道显微镜(STM) 只能对导电样品或半导体样品进行成像的限制，可以实现对绝缘体材料表面原子尺度的成像，具有更普遍的应用范围。AFM 利用探针作为传感器对样品表面进行测试，不只可以获得样品表面的形貌信息，还可以实现对材料微区物理、化学、力学等性质的定量化测试。目前，AFM 普遍应用于物理学、化学、材料学、生物医学、微电子等众多领域。

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。纳米力学测试在材料设计和产品开发中发挥着重要作用，能够提供关键的力学性能参数。

有限元数值分析方面，Hurley 等分别基于解析模型和有限元模型两种数据分析方法测量了铌薄膜的压入模量，并进行了对比。Espinoza-Beltran 等考虑探针微悬臂的倾角、针尖高度、梯形横截面、材料各向异性等的影响，给出了一种将实验测试和有限元优化分析相结合，确定针尖样品面外和面内接触刚度的方法。有限元分析方法综合考虑了实际情况中的多种影响因素，精度相对较高。Kopycinska-Muller 等研究了AFAM 测试过程中针尖样品微纳米尺度下的接触力学行为。Killgore 等提出了一种通过检测探针接触共振频率变化对针尖磨损进行连续测量的方法。面向未来，纳米力学测试将继续拓展人类对微观世界的认知边界。四川汽车纳米力学测试模块

纳米力学测试的前沿研究方向包括多功能材料力学、纳米结构动力学等领域。四川汽车纳米力学测试模块

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。对纳米材料和纳米器件的研究和发展来说，表征和检测起着至关重要的作用。由于人们对纳米材料和器件的许多基本特征、结构和相互作用了解得还不很充分，使其在设计和制造中存在许多的盲目性，现有的测量表征技术就存在着许多问题。此外，由于纳米材料和器件的特征长度很小，测量时产生很大扰动，以至产生的信息并不能完全表示其本身特性。这些都是限制纳米测量技术通用化和应用化的瓶颈，因此，纳米尺度下的测量无论是在理论上，还是在技术和设备上都需要深入研究和发展。四川汽车纳米力学测试模块