? 纳米压痕是一种先进的微规范力学丈量技能。它是经过测 量作用在压针上的载荷和压入样品外表的深度来取得资料 的载荷-位移曲线。其压入深度一般操控在微/纳米规范， 因而要求测验仪器的位移传感器具有优于1nm的分辨率， 所以称之为纳米压痕仪。 ? 丈量的资料力学性能包含：弹性模量、硬度、屈从强度、 断裂韧性、应变硬化效应、粘弹性等。 浙江大学力学试验中心 2 ? 一、TriboIndenter?是Hysitron公 司出产的低载荷原位纳米力学 测验体系，可进行压入和划入 测验。右上图为其中心部分。 ? Hysitron公司：1992年景立于美 国明尼苏达州，是一家专门致 力于原位纳米力学测验体系设 计、出产和出售的公司。 ? 二、Nano Indenter?是最早研制 的压入丈量仪器。右下图为其 中心部分。 ? 1983年Nano Instruments公司在 美国田纳西州建立并开端研制 Nano Indenter?，1998年被MTS 公司收买，MTS公司2008年被 Agilent公司收买。 浙江大学力学试验中心 传感器 光学显微镜 样品台 3 Vibration Isolation Cabinet 隔热和隔音 Computer Monitor CSM Controller 接连刚度丈量 Keyboard NanoSwift Controller 操控和收集位移和力的改变 浙江大学力学试验中心 4 Schematic of the Nano Indenter G200 浙江大学力学试验中心 5 ? ? ? ? ? ? ? ? 载荷分辨率：50nN 规范测验最大载荷：500mN 高载荷测验最大载荷：10N Z方向的位移分辨率：0.01nm 最大压入深度：500μm X-Y Table位移分辨率：1μm 行程规模：100 ×100mm 显微镜扩大倍数： Video Screen ：25X Objective ：10X&40X 浙江大学力学试验中心 6 最大载荷500mN，压痕深度2100nm左右 浙江大学力学试验中心 7 P ? ? ?h ? h f ? dP ? S ?? ? ? dh ? h ? h hc ? hmax ? ? A ? f ?hc ? H ? Er ? 1 ? Er Pmax A ? m ?1? ?2 ? max Pmax S ?3? ?4 ? ?5? ? 2? 1 ?? 2 E S A 1 ? ? i2 ? Ei ?6 ? ?7 ? 用最小二乘法拟合卸载曲线）式，然后计 算出触摸刚度即（2）式，用（3）式核算出触摸深度，代入（4）中 求得触摸面积，所以得到硬度即（5）式。使用触摸刚度和触摸面积 核算得到折合模量即（6）式，然后使用（7）式以及压针的模量和泊 松比核算样品资料的弹性模量。 浙江大学力学试验中心 8 传统的准静态纳米压痕测验是使用卸载曲线取得触摸刚度，每个压痕循环 只能取得最大压痕深度处的一个硬度和模量。接连刚度丈量技能则能够直 接取得压入过程中收集的每个数据点对应压入深度的触摸刚度，从而核算 出硬度与弹性模量等力学性能作为压入深度的接连函数。 12 10 Load（mN） 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 ?1 Nominal Force Time（seconds） ? ? ? ? 1 1 ? ? 触摸刚度： S ? ? ? F0 Kf ? 2 cos ? ? m ? ? K s ?Z ? ? 0 ? 浙江大学力学试验中心 H &E 9 1 2 3 装载样品 翻开电源，发动电脑 翻开Nanosuite软件，进行操作 4 导出试验相关数据，卸载样品 浙江大学力学试验中心 10 装载样品 浙江大学力学试验中心 11 Nanosuite软件界面 浙江大学力学试验中心 12 注意事项 1） 2） 3） 浙江大学力学试验中心 13 浙江大学力学试验中心 14